-
Steuereinrichtung für ein hydraulisch angetriebenes Arbeitsgerät Stand
der Technik Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach der Gattung
des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Steuereinrichtung aus der DE-OS 21
58 684 bekannt, bei der ein magnetisch betätigtes Vorsteuerventil ein Umschaltventil
beeinflußt, bei dem die Schaltgeschwindigkeit des Umschaltschiebers durch ein druckabhängig
gesteuertes Schaltventil beeinflußt wird. Wenn mit dieser Steuereinrichtung über
einen Hydrozylinder eine Last gehoben wird, so kann hier der Fall eintreten, daß
der zum Hydrozylinder fließende Arbeitsstrom am Ende des Heben-Vorganges zu schnell
abgedrosselt und somit die bewegte Last so stark verzögert wird, daß sie vom Druckmittelpolster
im Hydrozylinder abhebt und beim Zurückfallen einen Druckstoß in der Hydraulik verursacht.
Von Nachteil bei dieser Steuereinrichtung ist ferner, daß sie zwei voneinander getrennte
Ventile, nämlich das magnetisch betätigte Vorsteuerventil und das Schaltventil benötigt.
-
Damit ist der Bauaufwand relativ hoch.
-
Ferner ist aus der DE-OS 28 16 212 eine Steuereinrichtung für ein
hydraulisch betätigtes Arbeitsgerät bekannt, bei dem ein magnetisch betätigter Vorsteuerschieber
den Steuerschieber eines Umschaltventils beeinflußt. Wird hier der Heben-Vorgang
einer von der Steuereinrichtung über einen Hydrozylinder betätigten Last beendet,
so wird hierzu der Magnet des Vorsteuerventils abgeschaltet.
-
Wenn daraufhin der vom Zulaufdruck betätigte Umschaltschieber über
seine Feinsteuerfase das von der Pumpe kommende Druckmittel zum Rücklauf entlastet,
so führt der verringerte Arbeitsdruckmittelstrom zu einer Verzögerung der Last.
Nachteilig bei dieser Steuereinrichtung ist nun, daß bei zu schnellem Umschalten
des Umschaltschiebers und damit zu starker Verzögerung der Last, die Last vom Druckmittelpolster
im Hydrozylinder abhebt. Beim Aufsetzen der zurückfallenden Last auf dem Druckmittelpolster
entsteht in der Hydraulik ein Druckstoß, der störend wirkt.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
sie bei relativ geringem Aufwand ein stoßfreies Beenden des Heben-Vorganges der
Last ermöglicht. Die Schaltgeschwindigkeit des Umschaltschiebers läßt sich mit Mitteln
einstellen, bei denen keine Funktionsstörungen infolge von Verschmutzung zu kleiner
Querschnitte befürchtet werden muß. Zudem arbeitet die Einstellung der Schaltgeschwindigkeit
des Umschaltschiebers unabhängig von den jeweiligen Lastdrücken. Sie läßt sich zudem
genau und einfach einstellen. Ferner eignet
sich die vorgeschlagene
Lösung besonders gut zum Nachrüsten in bereits vorhandenen Steuereinrichtungen.
Der Bauaufwand selbst wird auf ein Minimum gesenkt.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung
möglich. Sie begünstigen vor allem bei einfachster Bauweise eine sichere und genaue
Funktion.
-
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, deren einzige Figur eine Steuereinrichtung in vereinfachter Darstellung
in einer Steilung etwa am Ende des Heben-Vorganges zeigt.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die einzige Figur zeigt eine
Steuereinrichtung 10, die als elektromagnetisch ansteuerbares Regelventil zum Steuern
eines Krafthebers 11 auf einem Schlepper verwendbar ist. Die Steuereinrichtung 10
besteht im wesentlichen aus einem Umschaltventil 12 mit einem in seinem Umschaltschieber
13 angeordneten Kontrollschieber 14, einem in dem Druckmittelstrom zum Kraftheber
11 geschalteten Sperrventil 15, das die Funktionen eines Rückschlagventils und eines
Senkventils übernimmt, einem dem Sperrventil 15 zugeordneten Entsperrkolben 16 mit
zusätzlicher Steuerfunktion sowie einem ersten, dem Umschaltventil 12 zugeordneten
Vorsteuerventil 17 und einem zweiten dem Entsperrkolben 16 zugeordneten Vorsteuerventil
18. Sperrventil
15 und Entsperrkolben 16 bilden zusammen einen
Sperrblock 19; die beiden Vorsteuerventile 17, 18 bilden eine Vorsteuerstufe 21.
-
Das Umschaltventil 12 nimmt den Umschaltschieber 13 in einer Schieberbohrung
22 auf, die an ihren Enden zu einer ersten (23) und einer zweiten Steuerkammer 24
erweitert ist. Zwischen diesen Kammern sind anschließend an die erste Steuerkammer
23 eine dritte Steuerkammer 25, eine Ablaufkammer 26, eine Zulaufkammer 27, eine
Verbraucherkammer 28 und eine Entlastungskammer 29 angeordnet. Die Zulaufkammer
27 steht über eine Zulaufleitung 31 mit einer Pumpe 32 in Verbindung, die Druckmittel
aus einem Tank 33 saugt. Von der Zulaufleitung 31 führt eine erste Steuerleitung
35 über eine Drossel 36 in die erste Steuerkammer 23. Die erste Steuerleitung 35
ist ferner durch einen Steuerkanal 37, in dem ein die Zulaufleitung 31 absicherndes
Rückschlagventil 38 angeordnet ist, mit der dritten Steuerkammer 25 verbunden, so
daß Drossel 36 und Rückschlagventil 38 zueinander parallel liegen. Ein Druckbegrenzungsventil
39 sichert die Zulaufleitung 31 zur Entlastungskammer 29 hin ab. Der Umschaltschieber
13 weist drei Kolbenabschnitte 41, 42, 43 auf, von denen der zweite, mittlere, Feinsteuerfasen
44 trägt. Der von einer Feder belastete Kontrollschieber 14 hält in der gezeichneten
Ruhelage eine im Innern des Umschaltschiebers 13 verlaufende Verbindung 45 von der
ersten (23) zur dritten Steuerkammer 25 offen, während er bei entsprechend hohem
Druck diese Verbindung 45 sperrt. Eine in der zweiten Steuerkammer 24 angeordnete
Feder 46 belastet den Umschaltschieber 13 in Richtung zur ersten Steuerkammer 23
hin. Von der Ablaufkammer 26 führt eine Ablaufleitung 47
zum Tank
33. Von der Verbraucherkammer 28 im Umschaltventil 12 führt eine Arbeitsleitung
48 über den Entsperrkolben 16 und das Sperrventil 15 zum Kraftheber 11. Diese Arbeitsleitung
48 kann von einer ersten Steuerkante 49 am Entsperrkolben 16 unterbrochen werden,
wobei dann zugleich eine zweite Steuerkante 51 des Entsperrkolbens 16 den vom Sperrventil
15 kommenden Abschnitt der Arbeitsleitung 48 mit einer Rücklaufleitung 52 und weiter
zum Tank 33 verbindet.
-
Zum Steuern des Entsperrkolbens 16 ist ihm ein Steuerraum 53 zugeordnet.
Für ein lastunabhängiges Senken ist in der Rücklaufleitung 52 eine Drosselstelle
54 angeordnet. Im übrigen sind Aufbau und Funktion des Sperrblocks 19 an sich bekannt
und bedürfen im vorliegenden Zusammenhang keiner zusätzlichen Erläuterungen.
-
Von der Zulaufkammer 27 führt eine verzweigte Leitung 55 zu einem
Zulaufanschluß 56 am ersten (17) und zu einem Zulaufanschluß 57 am zweiten Vorsteuerventil
18. Von einem beiden Vorsteuerventilen 17, 18 gemeinsamen Rücklaufanschluß 58 führt
eine Leitung 59 in die Rücklauf~ leitung 52 stromabwärts von der Drosselstelle 54.
Ein Verbraucheranschluß 61 am ersten Vorsteuerventil 17 hat über eine dritte Leitung
62 mit der zweiten Steuerkammer 24 am Umschaltventil 12 Verbindung. Vom Verbraucheranschluß
63 des zweiten Vorsteuerventils 18 führt eine vierte Leitung 64 in den Steuerraum
53 am Entsperrkolben 16. Jedes der Vorsteuerventile 17, 18 hat einen drei Wege steuernden
Längsschieber 65 bzw. 66, die von einer gemeinsamen Feder 67 in Richtung ihrer Aus-Stellungen
belastet sind und jeweils von einem Elektromagneten 68 bzw. 69 in Ein-Stellungen
schaltbar sind. In der Aus-Stellung jedes Vorsteuerventils 17, 18, wie sie der Längsschieber
66 in
der Figur einnimmt, wird der Zulaufanschluß 57 bzw. 56 hydraulisch
blockiert und der jeweilige Verbraucheranschluß 63 bzw. 61 über die jeweils als
Hohlschieber ausgebildeten Längsschieber zum Rücklaufanschluß 58 entlastet. In seiner
Ein-Stellung unterbricht jedes Vorsteuerventil die Entlastung zum Rücklaufanschluß
58 und verbindet seinen jeweiligen Zulaufanschluß 56 bzw. 57 mit dem jeweiligen
Verbraucheranschluß 61 bzw. 63. Darüber hinaus ist an dem Längsschieber 65 an derjenigen
Steueröffnung 71, welche der Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß 61 und
dem Rücklaufanschluß 58 zugeordnet ist, eine Drosselfase 72 ausgebildet. Diese Drosselfase
72 ist so ausgelegt, daß sie mit einer am Längsschieber 65 ausgebildeten, zweiten
Steuerkante 73, welche der Verbindung zwischen dem Zulaufanschluß 56 und dem Verbraucheranschluß
61 zugeordnet ist, wenigstens eine Null- oder eine positive überdeckung ergibt.
Ferner ist im Längsschieber 65 an seiner dem Elektromagnet 68 abgewandten Stirnseite
eine Blende 74 angeordnet, die in Bezug auf den abfließenden Steuerstrom in Reihe
zur Drosselfase 72 liegt. Der Druck stromaufwärts von der Blende 74 kann über eine
Längsbohrung 75 und eine Querbohrung 76 auf eine erste Druckfläche 77 am Längsschieber
65 wirken. Am anderen Ende des Längsschiebers 65 ist eine zweite Druckfläche 78
ausgebildet, auf welche der Druck stromabwärts von der Blende 74 einwirken kann.
-
Der Längsschieber 65 ist mit dem beweglichen Teil des Elektromagneten
68 lediglich kraftschlüssig verbunden, und wird durch die Kraft der Feder 67 an
ihm anliegend gehalten.
-
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert:
In einer nicht näher gezeichneten Neutralstellung
sind beide Vorsteuerventile
17, 18 nicht betätigt; damit ist die zweite Steuerkammer 24 am Umschaltventil 12
über das erste Vorsteuerventil 17 und der Steuerraum 53 am Entsperrkolben 16 über
das zweite Vorsteuerventil 18 jeweils zum Rücklaufanschluß 58 und damit über die
Leitung 59 und die Rücklaufleitung 52 zum Tank 33 entlastet.
-
Das von der Pumpe 32 geförderte öl wird vom Umschaltschieber 13 in
die Ablaufleitung 47 geleitet, wobei infolge der Kraft der Feder 46 ein geringer
Neutralumlaufdruck in der Zulaufkammer 27 angedrosselt wird, der über die verzweigte
Leitung 55 an den Zulaufanschlüssen 56, 57 der Vorsteuerventile 17, 18 ansteht.
Der Kraftheber 11 ist durch das vorgesteuerte Sperrventil 15 hydraulisch blokkiert.
-
Um einen Heben-Vorgang am Kraftheber 11 einzuleiten, wird das erste
Vorsteuerventil ;7 elektromagnetisch betätigt.
-
Dabei wird sein Längsschieber 65 vom beweglichen Teil des Elektromagneten
68 über die gezeichnete Lage hinaus in seine Ein-Stellung gedrückt, wobei die zweite
Steuerkante 73 die Verbindung vom Zulaufanschluß 56 zum Verbraucheranschluß 61 aufsteuert.
Der in der Zulaufkammer 27 herrschende Neutralumlaufdruck kann sich daher über die
Leitung 55, das erste Vorsteuerventil 17 und die dritte Leitung 62 in der zweiten
Steuerkammer 28 aufbauen, wodurch der Umschaltschieber 13 druckausgeglichen wird.
Die Feder 46 kann somit den Umschaltschieber 13 anfangs schnell und nach dem druckabhängigen
Ansprechen des Kontrollschiebers 14 verzögert nach links drücken, und dabei die
Verbindung zur Ablaufleitung 47 über die Feinsteuerfasen 44 abdrosseln. Das von
der Pumpe 32 geförderte öl strömt somit über das Umschaltventil 12 und die Arbeitsleitung
48 mit
den in Ruhestellung befindlichen Entsperrkolben 16 sowie
über das Sperrventil 15 zum Kraftheber 11. Damit wird die am Kraftheber 11 wirksame
Last 79 gehoben. Das Sperrventil 15 wirkt hierbei in an sich bekannter Weise als
Rückschlagventil. Der Aufstoßkolben 16 wird durch eine nicht näher bezeichnete Feder
in einer gezeichneten Ausgangsstellung gehalten, in der er beide Abschnitte der
Arbeitsleitung 48 miteinander verbindet und die Entlastung zur Rücklaufleitung 52
sperrt, da der Steuerraum 53 über das zweite Vorsteuerventil 18 zum Tank entlastet
ist.
-
Es sei davon ausgegangen, daß im Verlaufe des Heben-Vorganges die
Feinsteuerfasen 44 am Umschaltschieber 13 voll zugesteuert und damit die Verbindung
zur Ablaufleitung 47 unterbrochen ist. Um den Heben-Vorgang der Last 79 zu beenden,
wird der Elektromagnet 68 abgeschaltet. Die Feder 67 drückt nun den Längsschieber
65 aus seiner Ein-Stellung in Richtung seiner Aus-Stellung.
-
Dabei steuert die zweite Steuerkante 73 die Verbindung von dem Zulaufanschluß
56 zum Verbraucheranschluß 61 zu, und entlastet letzteren über die Steueröffnung
71, die Längsbohrung 75 und die Blende 74 zum Rücklaufanschluß 58 und damit weiter
zum Tank 33. Der von der Pumpe 32 aufgebaute, relativ hohe Lastdruck wirkt über
die erste Steuerleitung 35 auch in der ersten Steuerkammer 23 und dort auf die Stirnseite
des Umschaltschiebers 13. Dieser Druck schiebt den Umschaltschieber 13 gegen die
Kraft der Feder 46 nach rechts, bezogen auf die Figur, wobei Steuerdruckmittel aus
der zweiten Steuerkamlmer 24 über die Leitung 62, Verbraucheranschluß 61, Steueröffnung
71, Blende 74, Rücklaufanschluß 58 und weiter zum Tank 33 abfließen
muß.
Dieser abfließende Steuerölstrom bewirkt nun an der Blende 74 einen Druckabfall,
wobei der stromaufwärts von der Blende 74 herrschende Druck über die Längsbohrung
75 und die Querbohrung 76 auf die erste Druckfläche 77 und der Druck stromabwärts
der Blende 74 auf die zweite Druckfläche 78 einwirken kann. Dem Druckabfall an der
Blende 74 hält die Kraft der Feder 67 das Gleichgewicht. Der Längsschieber 65 wird
dabei mit seiner Drosselfase 72 den zum Tank 33 abfließenden Steuerölstrom stets
so stark androsseln, daß der Druckabfall über der Blende 74 konstant bleibt. Mit
anderen Worten der Längsschieber 65 arbeitet als 2Wege-Stromregelventil, das den
aus der zweiten Steuerkammer 24 zum Tank abfließenden Steuerölstrom unabhängig von
dem jeweiligen Lastdruck konstant hält. Damit läßt sich aber die Schnelligkeit des
Umschaltschiebers 13 bei seiner Rechtsbewegung so einstellen, daß beim Öffnen der
Feinsteuerfasen 44 durch Abfließen von Druckmittel über die Ablaufleitung 47 der
zum Kraftheber 11 fließende Arbeitsdruckmittelstrom nur so langsam verringert wird,
daß die von ihm gehobene Last 79 eine Verzögerung erfährt, die gleich oder kleiner
ist als die Erdbeschleunigung. Damit wird also verhindert, daß die Verzögerung der
Last 79 so groß ist, daß sich die Last vom Druckmittelpolster im Kraftheber 11 ablösen
und beim Zurückfallen einen Druckstoß in der Hydraulikanlage erzeugen könnte. Es
wird somit sicher verhindert, daß trotz dem schlagartigen Abschalten am Elektromagneten
68 am Ende des Heben-Vorganges ein unerwünschter Druckstoß in der Hydraulikanlage
auftreten kann. Dabei läßt sich diese'Funktion mit einfachsten Mitteln erreichen,
indem bei dem ohnedies vorhandenen Vorsteuerventil 17 eine zusätzliche Blende eingesetzt
und der Längsschieber so ausgestattet wird, daß er als Stromregler
arbeiten
kann. Die Querschnitte am Längsschieber 65 können dabei so groß ausgebildet werden,
daß keine Gefahr einer Funktionsstörung infolge von Verschmutzung auftreten kann.
Dies wird vor allem noch dadurch begünstigt, daß das von der Feder 67 erzeugte Druckgefälle
relativ klein ist und damit die Abmessungen der Blende 74 in einem unkritischen
Bereich liegen können. Bei der Steuereinrichtung 10 läßt sich die Geschwindigkeit
des Umschaltschiebers 13 innerhalb weiter Grenzen einsteuern.
-
Zum Senken des Krafthebers 11 wird das Vorsteuerventil 18 betätigt,
wodurch mit Hilfe des Entsperrkolbens 16 das entsperrbare Sperrventil 15 geöffnet
wird, so daß Druckmittel aus dem Kraftheber 11 über einen Abschnitt der Arbeitsleitung
48 und den Entsperrkolben 16 in die Rücklaufleitung 52 und zum Tank 33 abströmen
kann. Dabei läßt sich mit Hilfe der Drossel 54 ein lastunabhängiges Senken erreichen.
Dieser Senkvorgang, der in an sich bekannter Weise abläuft und bei dem das Sperrventil
15 als Drosselventil arbeitet, braucht im vorliegenden Zusammenhang nicht näher
erläutert zu werden.
-
Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform
möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist der Erfindungsgegenstand
nicht auf die gezeigte Bauart des Umschaltventils 12 begrenzt, bei welcher der Umschaltschieber
13 die Verbindung von der Zulaufleitung 31 zur Arbeitsleitung 48 steuert. Es kann
auch eine Bauart des Umschaltventils gewählt werden, bei dem die Arbeitsleitung
stromaufwärts vom Umschaltschieber von der Zulaufleitung 31 abzweigt. Auch können
die Funktionen der beiden Vorsteuerventile von einem einzigen Steuerventil
ausgeführt
werden, obwohl die gezeigte Lösung besonders vorteilhaft ist. Die Steuereinrichtung
10 ist besonders vorteilhaft anwendbar zur Steuerung von Hubwerken an Traktoren,
Mähdreschern oder anderen Arbeitsfahrzeugen, bei denen vergleichbare Probleme auftreten.