DE2338892C2 - Elektrische Regel- und Steuereinrichtung für hydraulische Hubvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Regel- und Steuereinrichtung für hydraulische Hubvorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, insbesondere bei landwirtschaftlichen Schleppern, hydraulische Hubvorrichtungen einzusetzen, die elektrische Soll-Istwert-Steuerungen aufweisen, um kurze Stellzeiten und ein feinfühliges Ansprechen der Hydraulik zu erreichen. Es ist dabei das Bestreben, den Regelbereich möglichst eng zu halten, um eine möglichst exakte Steuerung zu erreichen. Dabei hat es sich jedoch als störend herausgestellt, daß das Gerät infolge seiner federnden Masse leicht in Schwingungen geraten kann. Dies kann dadurch geschehen, daß beispielsweise nach einer auftretenden Regeldifferenz ein Hubvorgang der hydraulischen Einrichtung einsetzt, der wiederum eine Absenkung der Regeldifferenz bewirkt, bis der Hubvorgang als solcher beendet ist Infolge der Massenträgheit der hydraulischen Einrichtung, zusammen mit der Federung des gesagten ίο Systems, wird jedoch die hydraulische Einrichtung in ihrer Hubbewegung fortfahren. Die Regeldifferenz ändert ihr Vorzeichen und ab einem bestimmten Punkt beginnt der hydraulisch gesteuerte Senkvorgang. Beim Absenken kann wiederum ein Durchschwingen erfolgen, so daß ein erneuter hydraulisch gesteuerter Hubvorgang einsetzt Das Gerät kommt ins Schwingen.

Eine bekannte elektrische Regel- und Steuereinrichtung ist beispielsweise in der Zeitschrift Ölhydrauük ;nd Pneumatik 13,1969, Nr. 9. Seite 425 bis 429 beschrieben. Insbesondere die Figuren 10 und Il dieser Schrift zeigen die Schaltungsanordnung einer elektronischen Vergleichs- und Verstärkungseinrichtung für hydraulische Hubvorrichtungen. Die Einrichtung ist dabei als sogenannter Drei-Punkt-Regler ausgebildet Mittels zweier Schwellwertstufen wird bei dieser bekannten Vorrichtung das Ventil für Heben oder das Ventil für Senken geöffnet Diese bekannte Einrichtung hat jedoch die oben erwähnten Nachteile bei eng beieinander liegenden Schwellwertpunkten oder aber einen großen Totbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim möglichst exaktem, engem Regelbereichs, d. h. bei hoher ÄRsprecheinpfindiichkeii, ein Schwingen der hydraulischen Einrichtung zu verhii dem. Gleichzeitig soll erreicht werden, daß bei einer plötzlichen tatsächlichen Regelgrößenänderung der Regler sofort mit seiner größten möglichen Verstärkung diese Änderung ausregelt

Diese Aufgabe wird durch die <m Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelost.

Eine besonders gute Wirkung wird erzielt wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine die Steuer-Spannung zur Erregung der einen Magnetwicklung führende Klemme über ein Integrierglied und/oder Zeitglied mit dem Eingang der der anderen Magnetwicklung zugeordneten Schwellwertstufe verbunden ist

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die durch die Schwingungsunterdrückung ermöglichte Erhöhung der Ansprechempfinalichkeit eine vollautomatische Steuerung des hydraulischen Geiäts ermöglicht. So braucht beispielsweise der Fahrer eines Mähdreschers nicht mehr jede Bodenunebenheit oder jedes Hindernis manuell ausgleichen, sondern der mit einem Taster versehene Mähtisch beweet sich in konstantem Ahuanri vom RnHpn rw Fahrer wird durch ein solches System entlastet und die Maschine kann wirtschaftlicher eingesetzt v/erden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipbild eines elektronisch gesteuerten Tisches am Mähdrescher,

F i g. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Regel- und Steuereinrichtung.
Fig.3 die detaillierte Schaltungsausführung des in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbilds und

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

In dem in F i g. 1 dargestellten Prinzipbild eines Mähdreschers 10 ist eine elektrisch geregelte und gesteuerte hydraulische Hubvorrichtung vorgesehen. Der Mählisch 11 ist drehbar an dem Mähdrescher 10 befestigt und wird durch den Hydraulikzylinder 12 bewegt Der Hydraulikzylinder 12 ist über ein elektromagnetisch gesteuertes, hydraulisches Regelventil 13 sowohl mit einer Hydraulikpumpe 14, wie auch mit einem Vorratsbehälter 15 für das Arbeitsmedium verbunden. Das Magnetventil 13 weist zwei Magnetwicklungen 16, 17 auf. Die Betätigung dieser Magnetwicklungen 16,17 erfolgt durch die Steuerelektronik 18, die in den folgenden Figuren noch näher beschrieben ist Zur Stromversorgung ist die Fahrzeugbaitc. *^α über die Klemme 20 mit der Steuerelektroivk IC '~εν/. mit den verschiedenen 1st- und Sollwertgebern .erbunden. Als Istwertgeber sind vorgesehen· ein mit einer zum Hydraulikzylinder 12 führender! h .. aulikleitung verbundenes, druckabhängiges Is* -vert-Meßglied 21, ein die Lage des Mähtisches 11 anzei|,.?r des Istwert-Meßglied 22 und ein als Taster 23 ausgebildetes Istwert-Meßglied am Mähtisch, das den Abstand des Mähtisches vom Boden anzeigt Als Sollwertgeber 24 dient 'in am Bedienungsstand 25 vorgesehenes Schaltelement das von der Bedienungsperson betätigbar ist Alle Soll- und Istwertgeber sind mit der Steuerelektronik 18 verbunden und liefern der Steuerelektronik 18 ihren Funktionen proportionale Gleichstromsignale.

Wird der Steuerelektronik 18 durch die Geb^r 24 der Befehl zum Heben des Mähtisches 11 gegeben, so fließt durch die Magnetwicklung 16 ein Strom. Durch das hydraulische Regelventil 13 wird dadurch die hydraulische Pumpe 14 mit dem Hydraulikzylinder 12 verbunden und der Mähtisch 11 hebt sich. Wird dagegen der Steuerelektronik 18 der Befehl zum Senken gegeben, so fließt Strom durch die Magnet wicklung 17 und über das hydraulische Regelventil 13 kann die Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikzylinder 12 in das Vorratsgefäß 15 zurückfließen.

Wenn die elektrisch geregelte und gesteuerte hydraulische Hubvorrichtung in einem landwirtschaftlichen Schlepper eingebaut ist kann außerdem noch ein kraftabhängiges Meßglied vorgesehen sein, das vorzugsweise mit dem lageabhängigen Meßglied elektrisch verknüpft ist.

In dem in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbild des Ausführungsbeispie!es sind vier Eingangswiderstände 31 bis 34 gemeinsam an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 35 angeschlossen. Die freien Anschlüsse dieser Widerstände 31 bis 34 sind mit den in F i g. i beschriebenen istwertgebern 2i bis 23 so wie mit dem Sollwertgeber 24 verbunden. Der Operationsverstärker 35 ist durch einen variablen Widerstand 36 gegengekappelt

Der Ausgang des Operationsverstärkers 35 ist mit den Eingängen zweier Schwellwertstufen 37, 38 verbunden. Die Ausgänge dieser Schwellwertstufen 37, 38 sind über Verstijrkersiufen 39,40 an dir Magnetwicklungen 16, 17 des hydraulischen Regeiventils 13 angeschlossen. Die jeweils entgegengesetzten Wicklungsenden dieser Magnetwickiungen 16, 17 sind mit Masse verbunden. Die Stufen 37, 39, 16 sind dein Hubvoigang,die Stufen 38,40,17dem Senkvorgang der hydraulischen Vorrichtung zugeordnet Der Ausgang der Verstärkerstufe ?9 ist über eine Verzögerungsstufe 43 mit einem weiteren Eingang der Schwellwertstufe 38 und der Ausgang der Verstärkerstufe 40 über eine Verzögerungsstufe 41 mit esnem weiteren Eingang der Schwellwertstufe 37 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird im Zusammenhang mit der detaillierten Schaltung nach F i g. 3 und dem Diagramm nach-F i g. 4 noch erläutert

Das Schaltungsbeispiel nach F i g. 3 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung wie das Blockschaltbild nach F i g.2. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 35 ist durch einen Spannungsteiler 44,45 auf ein festes Potential gelegt Der Ausgang des Opera-

κι tionsverstärkers 35 ist über einen Lastwiderstand 46 mit der spannungsführenden Klemme 20 verbunden. In der Schwellwertstufe 37 ist ein N PN-Transistor 370 vorgesehen, dessen Basis durch den Spannungsteiler 371, 372 auf eine Basisvorspannung gelegt ist Eine in

ι i Reihe mit diesem Spannungsteiler 371,372 geschaltete Diode 373 dient der Temperaturstabilisierung. Der Emitter des Transistors 370 ist über einen Eingangswiderstand 374 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 verbunden. Eine Schutzdiode 375 fin den Transistor 370 verbindet dessen Emitter mit dessen Basis. Der Kollektor des Transistors ?7O ist über einen Spannungsteiler 390, 391 in der Versta< ierstufe 39 mit der -spannungsführenden Klemme 20 verbunden. Der Abgriff des Spannungsteilers 390, 391 ist mit dei Basis eines PNP-Transistors 392 verbunden, dessen Emitter ebenfalls an die spannungsführende Klemme 20 angeschlossen ist Der Kollektor des Transistors 392 ist über die Reihenschaltung eines Strombegrenzerwiderstandes 393 und der Magnetwicklung 16 mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors 392 ist außerdem zum Schutz des Transistors 392 und um gleichzeitig ein schnelles Schalten der Magnetwicklung 16 zu gewährleisten über die Reihenschaltung eines Widerstandes 394 mit einer Leerlaufdiode 395 mit Masse verbunden. Die Anode der Leerlaufdiode 395 liegt dabei an Masse. Die Kathode der Leerlaufdiode 395 ist einerseits über einen Rückkoppelwiderstand 376 mit der Basis des Transistors 370 verbunden um ein schnelleres Schalten der Anordnung zu erreichen und außerdem über die Reihenschaltung einer Ladediode 43 t. eines regelbaren Ladewiderstandes 432 und eines regelbaren Entladewiderstandes 433 an die Basis eines N PN-Transistors 434 im Verzögerungsglied 43 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 434 ist über einen Widerstand 435 und die Basis über einen Widerstand 436 mit Masse verbunden. Der Verknüpfungspunki der beiden regelbaren Widerstände 432, 433 ist einerseits über die Reihenschaltung eines Kondensators 437 mit einem Schalter 438 mit Masse und andererseits über die Reihenschaltui".,; eines Kondensators 439 mit einem Schalter 440 mit dem Kollektor des Transistors 434 verbunden.

Eir NPN-Transistor 380 in der zweiten Schwellwertsti/fe 38 'Sf mit seiner Basis über einen Basiswiderstand 381 an die stromfüi rende Klemme 20 sowie über einen Eingang swiderstana 334 εη aen Ausgang des Operationsverstärkers 35 angeschlossen. Der Abgriff eines Spannungsteilers 382, 387 ist mit dem Emitter des Transistors 380 verbunden. In Reihe mit diesem Spannungsteiler 382,387, der zwischen die stromführende Klemme 20 und Masse geschaltet ist, ist eine Diode 383- zuir Temperaturstabilisierung vorgesehen. Eine Schutzdiode 385 ist zwischen den Emitter ui.d die Basis des Transistors 380 geschaltet. Ein Rückkoppelwider* stand 386 führt von der Basis des Transistors 380 zur Verstärkerstufe 40, die analog der Verstärkerstufe 39 aufgebaut ist Die entsprechenden Bauteile tragen ein jeweils um die Zahl 10 erhöhtes Bezugszeichen. Ebenso

ist die Verzögerungsstufe 41 analog der Verzögerungsstufe 43 aufgebaut. Die sich entsprechenden Bauteile tragen ein um die Zahl 20 verringertes Bezugszeichen. Die Basis des Transistors 380 ist über einen Widerstand 441 mit dem Kollektor des Transistors 434 und entsprechend die Basis des Transistors 370 über einen Widerstand 421 mit dem Kollektor des Transistors 414 verbunden.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3 bzw. F ί g, 2 soll im folgenden an Hand des Diagramms nach F ι g. 4 erläutert werden. Die Gleichstromsignale der Soll- und Istwertgeber 21 bis 24 werden Ober die Widerstände 31 bis 34 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 zugeführt, an dessen nicht invertierendem Eingang eine feste Spannung liegt. Wird durch Verändern des Sollwertgebers 24 oder einer der Istwertgeber 21 bis 23 die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 in positiver oder negativer Richtung verändert so entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 35 ein Gleichstromsignal, das dem Transistor 370 in der Schwellwertstufe 37, bzw. dem Transistor 380 in der Schweltwertstufe 38 zugeführt wird. Weist die Gleichspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 35 einen Wert auf, der zwischen UX und U 2 liegt, so spricht keine der Schwellwertstufen an. Steigt die Spannung über U1 an, so wird der Transistor 380 stromleitend. Über die Widerstände 400, 401. die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 380 und den Widerstand 382 kann nun ein Strom fließen, der eine Spannung an der Basis des Transistors 402 erzeugt und diesen Transistor stromleitend macht. Die Magnetwicklung 17 wird dadurch betätigt und ein Senkvorgang der hydraulischen Einrichtung eingeleitet Entsprechend verhält es sich, wenn die Gleichspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 35 unter den Wert i/2 absinkt fn diesem Falle wird der Transistor 370 stromleitend und betätigt analog über den Transistor 392 die Magnetwtcklung 16. Em Hubvorgang wird dadurch eingeleitet.

In dem durch das Diagramm in F i g. 4 aufgezeichneten Fall wird durch Überschreitung von UX ein Senkvorgang ausgelöst Durch das Absenken verändert sich entsprechend die von den Istwertgebern 22 bzw. 23 •gelieferte Gleichspannung und die am Ausgang des Operationsverstärkers 35 anliegende Gleichspannung nimmt wieder ab. Ist UX erreicht so ist der Senkvorgang durch das Magnetventil 17 bzw. den hydraulischen Zylinder 12 beendet infolge der Massenträgheit beispielsweise des Mähtisches 11, und durch die Federung der gesamten Vorrichtung, schwingt der Mähtisch 11 weiterhin nach unten. Der Istwertgeber 23 und auch der Istwertgeber 21 verändern dadurch weiterhin ihre Wert«. So kann es vorkommen, daß die Spannung t/2 unterschritten wird, was nach der bisherigen Beschreibung «inen erneuten Hubvorgang auslösen würde. Dies verhindert jedoch die Verzögerungsstufe 41, die mit der Schwellwertstufe 38 verbunden ist

Die zu Beginn des Senkvorganges am Kollektor des Transistors 402 auftretende Spannung wird über den Widerstand 404, die Diode 411, den regelbaren

ίο Ladewiderstand 4t2 und den regelbaren Entladewiderstand 413 der Basis, des Transistors 414 zugeführt, wodurch dieser Transistor stromleitend wird und das Basispotential des Transistors 370 so absenkt, daß während des Absenkens der hydraulischen Vorrichtung

die Magnetwicklung 16 nicht wirksam werden kann. Gleichzeitig wird bei der in F i g. 3 eingezeichneten Schaltstellung der Schalter 418 und 420 der Kondensator 419 geladen. Wenn de· Transistor 402 nun sperrt so entlädt sich der Kondensator 4J9 wieder langsam, und die Verzögerungsstufe 41 wirkt als Integrator. Der Transis'' - >14 wird nur langsam wieder leitend und es entsteht eine Totzone, die in dem in F i g. 4 dargestellten Diagramm schraffiert dargestellt ist und in der kein Hubvorgang möglich ist Ist dagegen der Schalter 420 geöffnet und der Schalter 418 geschlossen, so wird statt des Kondensators 419 der Kondensator 417 geladen. Dieser en'lädt sich nach Unterschreitung von Ui langsam üuer den regelbaren Entladewiderstand 413 und den Widerstand 4it> ois aie nötige Basisspannung

jo des Transistors 414 unterschritter, iss und dieser wieder sperrt Es entsteht jetzt eine Totzeit zwischen TX und TZ während der kein Hubvorgang möglich ist Durch Variieren der regelbaren Widerstände 412, 413 sowie der Schaltstellungen der Schal'sr 418, 420 läßt sich die

J5 Totzone, bzw. die Totzeit beliebig optimieren. Die Totzeitregelung ist zu bevorzugen, wenn nach einer Bewegung der hydraulischen Vorrichtung eine kurz danach stattfindende entgegengesetzte Bewegung auf jeden Fall verhindert werden soIL Dies kann der Fall sein, wenn durch die Regelung lediglich ein Schwingen der hydraulischen Vorrichtung verhindert werden soIL Sind dagegen Hindernisse oder Bodenunebenheiten auszugleichen, so muß eine kurz nach einer Bewegung stattfindende entgegengerirhtete Bewegung der hydrauiischen Vorrichtung vorgesehen werden. Dies ist mit derTotzonenregelung möglich.

Die Verzögerungsstufe 43, durch die das Basispotential des Transistors 380 abgesenkt werden kann, entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise der

so Verzögerungsstufe 41 und dient der Regelung des urngekehrten Vorgangs bezüglich der vorigen Beschreibung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: 23 38 891

1. Elektrische Rege!- und Steuereinrichtung für hydraulische Hubvomchtungen, insbesondere an landwirtschaftlichen Geräten wie Mähdreschern und Schleppern, mit mindestens einem auf die gewünschte Gerätelage und/oder auf eine gewünschte Zugkraft einstellbaren elektrischen Sollwertgeber, mit mindestens einem am Gerät vorgesehenen elektrischen Istwertgeber, mit wenigstens zwei Schwellwertstufen, von denen die eine oberhalb und die andere unterhalb einer bestimmten Regeldifferenz betätigbar ist und mit mit den Schwellwertstufen verbundenen Magnetwicklungen eines Regelventils, wobei jeder Magnetwicklung je eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung der hydraulischen Hubvorrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplung vorgesehen ist, durch die nach Betätigung des Regelventils (13) durch die eine Magnstwicklung (16, 17} die Betätigjng durch die andere Magnetwicklung (16,17) nur verzögert wirksam werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Steuerspannung zur Erregung der einen Magnetwicklung (16, 17) führende Klemme über ein Integrierglied (434,439 bzw. 414, 419) mit dem Eingang der der anderen Magnetwicklung (17,16) zugeordneten Schwellwertstufe (38,37) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Steuerspannung zur Erregung der einen Magnetwieklung (16, 17) führende Klemme über s'.r, Zeiij."<<sd {434,437 bzw. 414,417) mit dem Eingang d?r ar leren Magnetwick- !ung (17,16) zugeordneten Schweliv*ertstufe (38,37) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß regelbare Widerstände (432,433,412,413) in den Zeitgliedern (434, 437 bzv.. 414, 417) und Integriergliedern (434, 439 bzw. 414,419) zur Einstellung des Verzögerungsverhaltens vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Schwellwertstufe (37,38) und den zugeordneten Magnetwicklungen (16,17) eine Verstärk°rstufe (39,40) vorgesehen ist

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Schwel'wemnjftn (37,38) ein Operationsverstärker (35) vorgeschaltet ist.

7. Einrichtung nacii Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (35) als nicht linearer PD-Regler geschaltet ist