DE2940403C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung der vorgenannten Art dienen die beiden einstellbaren Drosseln als Führungsgrößengeber. Die eine der beiden Drosseln ist während des Betriebes ver­ stellbar und dient zur Regelung der Zugkraft im Unterlenker eines Schleppers, wogegen die andere der beiden Drosseln, die zur Begrenzung des Schlupfes an den Antriebsrädern oder als Überlastsicherung für den Motor des Schleppers dient, vor dem Betrieb eingestellt wird. Auf die andere Steuerein­ richtung wirken über zwei gegenläufig verstellbare Misch­ drosseln zwei verstellbare Drosseln als Regelgrößenaufnehmer für die Zugkraft des Schleppers bzw. die Lage des Unterlenkers des Hubwerkes. Die andere auf die andere Steuereinrichtung wirkende Drossel ist eine Festdrossel. Die Geber für die Regelgrößen und die Führungsgröße befinden sich also auf einander gegenüberliegenden Seiten des Wegeventils. Hierdurch ergibt sich eine reine Drucksteuerung. Um Gleichgewicht am Schieber des Wegeventils zu erreichen, muß bei der Ver­ stellung des Regelgrößenaufnehmers auf der einen Seite die Führungsgröße entsprechend verstellt werden. Zur Wirksamkeit der Steuereinrichtung muß ein bestimmter Steuerdruck und damit eine bestimmte Leistung vorhanden sein (DE-OS 27 31 164).

Eine andere bekannte Einstellvorrichtung hat ein Servoventil, von dem eine Steuerkammer über Leitungen an ein Schieber­ ventil auf der einen Seite und an ein Ventil auf der anderen Seite angeschlossen ist. Das eine verstellbare Drossel bildende Schieberventil steht mit einer Pumpe in Verbindung, wogegen das ebenfalls eine verstellbare Drossel bildende Ventil, dessen Stellung der Stellung des Stellgliedes entspricht, mit dem Vorratsbehälter verbunden ist. Die auf der anderen Seite des Servoventils angeordnete Kammer ist sowohl an eine Drossel mit feststehendem Querschnitt, die ebenfalls mit der Pumpe verbunden ist, als auch an eine in ihrem Durch­ flußquerschnitt veränderbare Drossel angeschlossen, die durch eine Steuerkante am Schieber des Servoventils und eine Zulauföffnung gebildet wird. Die Drosselstelle ist mit dem Vorratsbehälter verbunden (DE-AS 16 28 407).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die im Steuerkreis weniger Energie verbraucht, insbesondere einen geringeren Steuerdruck hat. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungs­ teil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.

Die erfindungs­ gemäße Steuerung ist eine reine Durchflußsteuerung, die einen nur geringen Energieverbrauch aufweist und insbesondere einen nur geringen Steuerdruck benötigt. Der geringe Steuer­ druck braucht gerade so eingestellt zu werden, daß sich der Schieber im Wegeventil noch betriebssicher bewegt. Mit einem geringen Steuerdruck können also hohe Arbeitsdrücke mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Der Steuerdruck ist in weiten Grenzen frei wählbar. Bei einem Schlepper oder dgl., bei welchem ein ausreichendes Druckmittelangebot vorhanden ist, ist besonders vorteilhaft, mit geringem Steuer­ druck zu arbeiten.

Die Merkmale des Anspruches 2 erlauben in einfacher Weise auf die andere Steuereinrichtung eine konstante Kraft auszu­ üben. Die dritte und vierte Drossel sind vorzugsweise als Festdrosseln ausgebildet. Wenn diese Drosseln verstellbar sind, bieten sie die zusätzliche Möglichkeit, den Regelkreis vor Inbetriebnahme der Vorrichtung, insbesondere zum Justieren des Arbeitspunktes einzustellen.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 lassen sich zweckmäßige Durchflußquerschnitte der ersten und der zweiten Drossel ermitteln.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser ist eine Vorrichtung zur Regelung des Hubwerkes eines Schleppers als Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 und 3 je ein Diagramm.

Ein als einfach wirkender Arbeitszylinder ausgebildetes Stell­ glied 1 ist über eine Leitung 2 mit einem in beiden Richtun­ gen durch Druck betätigbares 3/3-Wegeventil 3 verbunden. An das Wegeventil 3 ist über eine Leitung 4 eine Pumpe 5 ange­ schlossen, deren Saugleitung 6 bis zu einem Vorratsbehälter 7 reicht, und über eine Leitung 8 ist der Vorratsbehälter 7 angeschlossen. Die Leitung 4 ist mit einem Druckbegrenzungsventil 9 verbunden, dessen Auslaßseite an den Vorratsbehälter 7 angeschlossen ist. Die Teile 1 bis 9 bilden einen Arbeitskreis 10.

Das Wegeventil 3 hat zum Betätigen seines nicht dargestellten Schiebers beidseitig angeordnete Steuereinrichtungen 11 und 12, die bei Beaufschlagung durch ein Druckmittel (Flüssig­ keit oder Gas) den Schieber entgegen der Wirkung einer der Steuerfedern 13, 14 in Richtung des Pfeiles 15 oder 15 a zu verschieben suchen. Die beiden Steuerfedern 13, 14 suchen bei nicht beauf­ schlagten Steuereinrichtungen 11, 12 den Schieber in seiner Mittenlage zu halten. An die Steuereinrichtung 11 ist eine Steuerleitung 16 und an die Steuereinrichtung 12 ist eine Steu­ erleitung 17 angeschlossen. Die Steuerleitung 16 steht mit einer Steuerleitung 18 in Verbindung, die an die Druckseite einer Steuerpumpe 19 angeschlossen ist, deren Saugleitung 20 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden ist. Ein Druckbegren­ zungsventil 18 a ist mit der Steuerleitung 18 verbunden. An die Steuerleitung 18 ist eine Steuerleitung 21 angeschlos­ sen, die zu einer Stelldrossel 22 führt. Von dieser führt eine Steuerleitung 23 zu einer Stelldrossel 24, die über eine Leitung 25 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden ist. Die Steuerleitung 23 ist mit der Steuerleitung 17 verbunden. Der Steuerkreis ist mit 29 bezeichnet.

Die Stelldrossel 22 ist als Sollwertgeber ausgebildet und die Stelldrossel 24 als mit dem bewegten Teil des Stellgliedes 1 mechanisch verbundener Regelgrößenaufnehmer. Die Steuer­ einrichtung 11 hat, um im eingeregelten Zustand Gleichge­ wicht am Steuerschieber zu erreichen, einen Wirkquerschnitt, der 30% bis 70%, vorzugsweise 50% des Wirkquerschnitts der Steuereinrichtung 12 beträgt.

In Fig. 2 ist das durch das Wegeventil 3 hindurchströmende Volumen V in der Zeiteinheit, das von der Pumpe 5 gefördert wird, abhängig von dem auf die Steuereinrichtungen 11, 12 wirkenden Differenzdruck dp eingezeichnet. Wenn sich der Schieber des Wegeventils 3 in Mittelstellung befindet, so muß der Differenzdruck dpmin aufgebracht werden, damit der Schieber seinen neutralen Bereich verläßt und Druckmittel gerade beginnt, durch das Wegeventil 3 hindurchzuströmen.

In Fig. 3 ist der Druck p zwischen den beiden Drosseln 22 und 24 bei konstantem Förderdruck pmax der Steuerpumpe 19 abhängig von der Querschnittsfläche S der Drossel 24 dargestellt. Der verstellbare Querschnitt der Stelldrosseln 22 und 24 wird wie folgt gewählt: In der Mitte des im wesentlichen geraden Bereiches der in Fig. 5 dargestellten Kurve wird festgestellt, wie groß die Veränderung der Querschnittsflä­ che dS der Drossel sein muß, um zwischen den Steuereinrich­ tungen 11, 12 die Druckabweichung dpmin in positivem oder negativem Sinn zu erzeugen.

Die Ansprechgenauigkeit, mit der der Schieber des Wegeventils 3 auf eine Querschnittsänderung einer oder beider der Stelldrosseln 22, 24 und damit auf einen bestimmten, auf die zugeordnete Steuereinrichtung 12 des Wegeventils 3 wirkenden Differenzdruck ansprechen muß, hängt von der in Prozent ausgedrückten Ansprechgenauigkeit G ab. Das Produkt aus dieser Ansprechgenauigkeit und einem Genauigkeitsfaktor F, mit dem dS multipliziert werden muß, um den für die Steuerung erforderlichen größten Durchflußquerschnitt der Drossel zu erhalten, beträgt 100. Bei einer Ansprechgenauigkeit von 2%, das heißt einem Druckbereich, der um 2% um den Wert schwankt, bei dem der Schieber des Wegeventils 3 eine bestimmte Steuerlage einnimmt (beim Ausführungsbeispiel 0,98 dp bis 1,02 dp), beträgt der Genauigkeitsfaktor F = 50. Der maximal verstellbare Durchflußquerschnitt der Drossel 22 ergibt sich aus der Summe der für die Steuerung der er­ forderlichen größten Querschnittsflächen (F × dS) und eines jeder Stelldrossel eigenen Minimaldurchflußquerschnittes.

Der maximale Durchflußquerschnitt ergibt sich aus folgenden Formeln:

Sadj= dS · F) + Smin und F= ¹⁰⁰/ _G

Hierin bedeuten:

Sadj = maximal einstellbarer Durchflußquerschnitt, dS = geringster Durchflußquerschnitt, der zum Ansprechen
des Wegeventils 3 genügt, Smin = minimaler Durchflußquerschnitt für jede Drosselstelle
und G = vorbestimmte Ansprechgenauigkeit des Ventils in Prozent
ausgedrückt.

Durch die Hintereinanderschaltung der beiden Stelldrosseln 22, 24 ergibt sich praktisch eine Proportionalität der Strö­ mungsmenge zur Regelgröße (jeweils im eingeregelten Zustand), wobei sich in der Leitung 23 immer der gleiche Druck ein­ stellt.

Als Variante des ersten Ausführungsbeispieles ist in Fig. 1 an die Steuerleitung 16 eine strichpunktiert eingezeich­ nete Steuerleitung 26 angeschlossen, in der eine mit dem Vorratsbehälter 7 verbundene, ebenfalls strichpunktiert gezeichnete Drossel 27 liegt. Zwischen den Steuerleitungen 16 und 18 befindet sich bei der Variante eine ebenfalls strichpunktiert dargestellte Drossel 28. Dadurch soll der Steuerdruck reduziert werden. Diese Variante der Vorrich­ tung hat fertigungstechnische Vorteile. Die Steuereinrich­ tungen 11 und 12 können hierbei gleiche Wirkquerschnitte haben. Die beiden Drosseln 27, 28 können als Festdrosseln oder Stelldrosseln ausgebildet sein. Als Stelldrosseln bie­ ten sie die Möglichkeit einer zusätzlichen Beeinflussung des Steuerkreises 29, insbesondere zum Zwecke des Justie­ rens.

Die Drosseln 27 und 28 können unterschiedliche Durchfluß­ querschnitte haben. Wenn der Durchflußquerschnitt der Dros­ sel 27 größer als der Durchflußquerschnitt der Drossel 28 ist, dann liegt der Druck unterhalb der Hälfte des Steuer­ druckes und umgekehrt.

Die Regelgröße kann auch als Istwert und die Führungs­ größe als Sollwert bezeichnet werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Regelung eines Stellgliedes (1) abhängig von Regelgröße und Führungsgröße, insbesondere zur Regelung eines einem Schlepper, einer Dreschmaschine oder dgl. zugehörigen Hubwerkes, mit einem in zwei Richtungen kraftbetätigbaren Wegeventil (3), dessen Steuerschieber unter dem Einfluß von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordneten Steuereinrichtungen (12, 11) steht, mit einer ersten einstellbaren Drossel (22), über die eine der beiden Steuereinrichtungen (12, 11) mit einer Druckmittelquelle (19) verbunden ist, und mit einer zweiten einstellbaren Drossel (24), über die die gleiche Steuereinrichtung mit einem Vor­ ratsbehälter (7) verbunden ist, wobei eine der beiden Drosseln als Führungsgrößenaufnehmer dient, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der beiden einstellbaren Drosseln (24, 22) als Regelgrößenaufnehmer dient und mit dem bewegbaren Teil des Stellgliedes (1) verbunden ist und daß die andere der beiden Steuer­ einrichtungen (11, 12) eine konstante Kraft auf den Steuerschieber des Wegeventils (3) ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die konstante Kraft durch zwei zusätzliche, während des Betriebes fest eingestellte, in Reihe geschaltete Drosseln (27, 28) erzeugt wird, wobei eine dieser Drosseln (28) mit der Druckmittelquelle (19) und die andere der beiden Drosseln (27) mit dem Vor­ ratsbehälter (7) verbunden ist, und daß die andere der beiden Steuereinrichtungen (11) zwischen diesen beiden Drosseln (27, 28) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden hintereinander geschalteten, als Führungsgrößenaufnehmer bzw. als Regelgrößenaufnehmer dienenden einstellbaren Drosseln (22, 24) den gleichen maximalen Durchflußquerschnitt aufweisen und in gleicher Weise einstellbar sind und daß der maximale Durchflußquerschnitt der einstellbaren Drosseln in der Weise gewählt wird, daß zu einem vorbestimmten Mindestdruck (dpmin), auf den der Schieber des Wege­ ventils (3) erst anspricht, aus einem im wesentlichen geradlinigen Abschnitt einer die Abhängigkeit des Druckes von dem Querschnitt der einstellbaren Drossel zeigenden charakteristischen Kennlinie die minimal notwendige Querschnittsänderung (dS) der einstellbaren Drossel entnommen und mit einem vorgesehenen Genauigkeitsfaktor (F) multipliziert wird, der sich aus dem Quotienten aus der Zahl 100 und der gewünschten in Prozent ausge­ drückten Ansprechgenauigkeit (G) des Steuerschiebers des Wegeventils (3) auf einen bestimmten, auf dessen Steuerschieber wirkenden Kraftunterschied ergibt, wozu noch der für eine Drossel erforderliche Minimalquerschnitt addiert wird.