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Hydraulische Steuereinrichtung zur Lage- und/oder
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Zugkraftregelung Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer
hydraulischen Steuereinrichtung zur Lage- und/oder Zukraftregelung für an landwirtschaftliche
Maschinen angebaute Arbeitsgeräte. Es ist schon eine hydraulische Steuereinrichtung
zur Hubwerksregelung aus der,DE-OS 27 31 164 bekannt, bei der zur vollhydraulischen
Signalverarbeitung die Geber für Istwerte und Sollwert in eine Vollbrücke geschaltet
sind, in deren Diagonale ein Regelventil liegt. Es ist nun bekannt, bei einer derartigen
vollhydraulischen Steuereinrichtung zur Hubwerksregelung eine Einrichtung zur Heckbetätigung
vorzusehen, wobei von einem Endpunkt der Brückendiagonale ein zusätzlicher, paralleler
Brückenzweig zum Tank geführt ist, in den für die Heckbetätigung ein zweiter Sollwertgeber
geschaltet ist.
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Eine solche Einrichtung zur Heckbetätigung hat vor allem den Nachteil,
daß der am ersten Sollwertgeber in der Kabine des Schleppers eingestellte Wert die
untere Begrenzung für
die Heckbetätigung darstellt, wodurch bei
Betätigung des zweiten Sollwertgebers am Heck nur bis zu diesem Wert das Hubwerk
gesenkt werden kann. Um ein uneingeschränktes Senken des Hubwerks mit Hilfe der
Heckbetätigung zu ermöglichen, muß zuvor das Hubwerk mit Hilfe des ersten Sollwertgebers
in der Kabine gesenkt werden. Eine derartige Steuerung ist in vielen Fällen unerwünscht
und auch umständlich. Ferner ist von Nachteil, daß bei einer derartigenS einfachen
Heckbetätigung die Energieverluste relativ hoch werden und keine Mittel für eine
gefrhrenarme Bedienung der Heckbetätigung vorgesehen sind.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung
zur Lage-und/oder Zugkraftregelung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, daß bei ihr die Heckbetätigung aus jeder Lage des
Hubwerks heraus gefahren werden kann, ohne daß hierbei die Gefahr einer unbeabsichtigten
Hubbewegung des Hubwerks besteht. Eine Begrenzung des Senkvorganges durch den in
der Schlepperkabine angeordneten ersten Sollwertgeber wird hierbei vermieden. Zudem
baut diese Heckbetätigungseinrichtung relativ einfach und weist auch hinsichtlich
Dynamik und Energieverbrauch gute Eigenschaften auf.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung
möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 2, wodurch die
Heckbetätigungseinrichtung beliebig ein- und ausschaltbar ist. Durch eine Ausbildung
gemäß Anspruch 3 läßt sich eine besonders energiesparende Arbeitsweise der Steuereinrichtung
ermöglichen. Dies läßt sich platzsparend und kostengünstig durch die einfache Bauweise
gemäß Anspruch 4 realisieren.
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Eine erhöhte Sicherheit gegen ungewollte Hubbewegung beim Einschalten
der Heckbetätigungseinrichtung wird durch eine Ausbildung
gemäß
Anspruch 5 erreicht, die gemäß Anspruch 6 in vorteilhafter Weise vervollständigt
werden kann. Um die Bedienung der Heckbetätigungseinrichtung zu erleichtern, wird
in vorteilhafter Weise gemaß Anspruch 7 eine geeignete Vorrichtung zur Anzeige der
jeweiligen Druckdifferenz vorgesehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie
der Zeichnung.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine hydraulische Steuereinrichtung zur vollhydraulischen Hubwerksregelung mit
einer erflndungsgemäßen Heckbetätigungseinrichtung in vereinfachter Darstellung,
Figur 2 eine Steuereinrichtung in Halbbrückenschaltung mit der erfindungsgemäßen
Heckbetätigungseinrichtung nach Figur 1, und Figur 3 einen Längsschnitt durch die
Anzeige-Vorrichtung nach Figur 1.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt eine hydraulische
Steuereinrichtung 10, wie sie zur Regelung eines nicht näher gezeichneten Hubwerks
bei Traktoren oder Mähdreschern etc. verwendbar ist.
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Hierbei wird das nicht näher gezeichnete Hubwerk von einem Stellglied
11 betätigt, das als einfach wirkender Hydrozylinder ausgebildet ist. Ein Druckmittelanschluß
12 am Stellglied 11 ist mit einem Verbraucheranschluß 13 an einem Regelventil 14
verbunden, das als 3/3-Wegeventil ausgebildet ist.
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Ein Steuerschieber 15 des Regelventils 14 ist in einer gezeichneten
Mittelstellung 16 durch'Federn 17 zentriert und leitet in dieser Mittelstellung
16 das von einer Pumpe 18 geförderte Druckmittel über eine Rücklaufleitung 19 unmittelbar
in einen Tank 21 zurück. Ein Druckbegrenzungsventil 22
sichert die
Pumpe 18 ab. Der Steuerschieber 15 im Regelventil 14 ist aus der Mittelstellung
16 heraus jeweils gegen die Kraft der Federn 17 nach beiden Seiten auslenkbar in
eine Hebenstellung 23 sowie eine Senkenstellung 24. Zum Zwecke der hydraulischen
Ansteuerung des Regelventils 14 liegt es mit seinen Steueranschlüssen in der Diagonale
25 einer Brückenschaltung 26 die von einer Steuerölpumpe 27 mit- Druckmittel versorgt
wird. Die Brückenschaltung 26 ist hier als Vollbrücke ausgebildet, in deren ersten
Brückenzweig 28 eine Reste drossel 29 stromaufwärts der Diagonale 2'5 liegt, während
die als Sollwertgeber dienende Verstelldrossel 31 stromabwarts der BrüelNendiagonale
25 im gleichen Brückenzweig 28 liegt. In entsprechender Weise liegt im anderen,
ebenfalls zum Tank 21 geführten9 zweiten Brückenzweig 32 eine Festdrossel 33 stromaufwärts
der Brückendiagonale 25 und eine als Istwertgeber dienende Verstelldrossel 34 stromabwärts
davon. Zur Vervollständigung des Regelkreises wird die Lage des beweglichen Teiles
im Stellglied 11 über eine mechanische Koppelung 30 auf den Istwertgeber 34 zurückgeführt.
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Von der Brückenschaltung 26 zweigt stromaufwärts von dem ersten (28)
und dem zweiten Bruckenzweig 32 ein dritter Brückenzweig 35 ab, der parallel zu
letzteren (28, 32) von der Steuerdrucksittelquelle 27 über eine Heckbetätigungseinrichtung
36 zum Tank 21 geführt ist. Die Heckbetätigungseinrichtung 36 weist einen zweiten
Sollvertteber 37 auf, der aus zwei gegenläufig arbeitenden Widerständen 38, 39 besteht.
Der Druck zwischen den beiden Widerständen 38, 39 kann an einem Mittelanschluß 41
des zweiten Sollwertgebers 37 abgegriffen erdo der über eine Verbindungsleitung
42 mit einem Punkt 43 verknüpft ist, an dem sich die Brückendiagonale 25 mit dem
ersten Brückenzweig 28 treffen.
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In der Verbindungsleitung 42 liegt ein Schaltventil 44, mit dem die
Druckübertragung vom zweiten Sollwert 37 zum ersten Brückenzweig 28 ein- und ausschaltbar
ist. Das Schaltventil 44 hat zu diesem Zweck ein von Hand betätigbares Schaltglied
45, das in der gezeichneten Aus-Stellung 46 diese Verbindungsleitung 42 unterbricht,
während es in einer Ein-Stellung 47 die beiden Abschnitte der Verbindungsleitung
42, insbesondere in gedrosselter weise, miteinander verbindet.
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Darüberhinaus sind im Schaltventil 44 zugleich Schaltmittel 48 integriert,
mit denen die Entlastung des dritten Brückenzweiges 34 zum Tank 21 steuerbar ist.
Dabei liegen diese Schaltmittel 48 in vorteilhafter Weise stromaufwärts vom zweiten
Sollwertgeber 37 im parallelen Brückenzweig 35.
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Diese Schaltmittel 48 sind so ausgebildet, daß sie in der Aus-Stellung
46 den dritten Brückenzweig 34 unterbrechen, während er in Ein-Stellung 47 nicht
unterbrochen wird. Das Schaltglied 45 weist zwischen den beiden Stellungen 46 und
47 eine Zwischenstellung 49 auf, in der die Verbindungsleitung 42 noch unterbrochen
ist, während der dritte Brückenzweig 34 aufgesteuert ist.
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Dem Schaltglied 45 ist eine Rasteinrichtung 51 zugeordnet, wozu das
Schalt glied 45 mit einer Verlängerung 52 verbunden ist. An dieser Verlängerung
52 ist eine der Zwischenstellung 49 zugeordnete, erste Rastkerbe 53 sowie eine der
Ein-Stellung 47 zugeordnete, zweite Rastkerbe 54 angeordnet. Den Rastkerben 53,
54 zugeordnet ist ein Rastzylinder 55 mit einem Rastbolzen 56, der durch Federkraft
entrastet wird und zum Einrasten mit Druckmittel beufschlagbar ist. Der Rastzylinder
55 wird über ein Exklusiv-Oder-Element 5 angesteuert, dessen beide Eingänge 58,
59 jeweils mit einem Abschnitt der Verbindungsleitung 42 beiderseits des Schaltventils
44 verbunden sind.
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Zur optischen Anzeige einer Druckdifferenz in den beiden Abschnitten
der Verbindungsleitung 42 ist eine Anzeige-Vorrichtung 61 vorgesehen, deren Eingänge
62, 63 jeweils mit den beiden Abschnitten der Verbindungsleitung 42 beiderseits
des Schaltventils 44 verbunden sind. Wie Figur 3 näher zeigt, weist diese Vorrichtung
61 in vorteilhafter Weise ein Gehäuse 64 aus durchsichtigem Material auf, in dem
jeder Eingang 62 bzw. 63 zu einem Raum 65 bzw 66 führt. Jeder Raum 65, 66 ist durch
eine federnde Membran 67 bzw. 68 in eine Eingangskammer 69 und eine Gegendruckkammer
71 unterteilt. Über Querbohrungen 72 sind die Eingangskammern 69 in jedem Raum 65
und 66 mit der Gegendruckkammer 71 des anderen Raumes 66 bzw. 65 verbunden.
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Die Wirkungsweise der hydraulischen Steuereinrichtung 10 wird wie
folgt erläutert, wobei nur soweit auf deren Funktion eingegangen wird, als zum Verständnis
der Erfindung notwendig ist.
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Durch entsprechende Einstellung des ersten Sollwertgebers 31 kann
ein mit dem Stellglied 11 verbundenes, nicht näher gezeichnetes Hubwerk in jede
gewünschte Lage gefahren und in einer bestimmten eingeregelten Lage gehalten werden.
Dabei fließt im eingeregelten Zustand das von der Steuerölpumpe 27 geförderte Druckmittel
über die beiden Brückenzweige 28, 32 zum Tank 219 wobei an den Enden der Brückendiagonale
25 gleiche Drücke herrschen und so das in Mittelstellung 16 befindliche Regelventil
14 das Stellglied 11 in seiner jeweiligen Lage blockiert. Durch Verstellen des Sollwertgebers
31 wird in den beiden Enden der Brückendiagonale 25 eine Druckdifferenz erzeugte
welche den federzentrierten Steuerschieber 15 auslenkt und dabei den Druckmittelanschluß
12 im Stellglied 11 entweder mit der Pumpe 18 oder mit dem Rücklaufkanal 19 verbindet.
Dies führt am Stellglied 11 und damit am Hubwerk solange
zu einer
Bewegung, bis die Verstellung des Istwertgebers 34 über die mechanische Koppelung
30 die Druckdifferenz in der Brückendiagonale 25 abbaut und der Steuerschieber 15
wieder seine Mittelstellung 16 einnimmt, wobei die Regelabweichung zu Null wird.
Diese an sich bekannte Regelung eines Hubwerks kann eine Bedienungsperson nur in
einer Kabine eines Schleppers vornehmen, von wo aus er den ersten Sollwertgeber
31 von Hand erreichen kann. Hat die Bedienungsperson die Fahrerkabine des Fahrzeugs
verlassen, so kann sie darüber hinaus das Hubwerk mit Hilfe der Heckbetätigungseinrichtung
36 verstellen, und zwar unabhängig davon, welcher Wert am ersten Sollwertgeber 31
gerade eingestellt ist.
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Bei nicht betätigter Heckbetätigungseinrichtung 36 befindet sich das
Schaltventil 44 in der gezeichneten Aus-Stellung 46.
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Damit ist die Verbindungsleitung 42 unterbrochen, so daß die normale
Hubwerksregelung mit Hilfe des ersten Sollwertgebers 31 in der Schlepperkabine nicht
beeinflußt werden kann. Zudem unterbrechen die Schaltmittel 48 in der Aus-Stellung
46 den dritten Brückenzweig 35, so daß von der Steuerölpumpe 27 kein Druckmittel
zum Tank 21 über ihn fließen kann und somit Energieverluste gering gehalten werden.
Der Aus-Stellung 46 am Schaltventil 44 ist keine Rastung zugeordnet, so daß das
Schaltglied 45 beim Einschalten der Heckbetätigungseinrichtung 36 ohne weiteres
von der Aus-Stellung 46 in die Zwischenstellung 49 bewegt werden kann. In dieser
Zwischenstellung 49 öffnen die Schaltmittel 48 eine Verbindung zwischen den beiden
Abschnitten des dritten Brückenzweiges 35 und Steueröl kann von der Pumpe 27 über
das Schaltventil 47 und dem zweiten Sollvertgeber 37 zum Tank 21 strömen. Der zwischen
den Widerständen 38 und 39 sich bildende Druck im zweiten Sollwertgeber 37 gelangt
über dessen Mittelanschluß 41 zum Eingang 59 am Exklusiv-Oder-Element 57. An dessen
anderen Eingang 58 steht zugleich der Druck vom
Punkt 43 in dem
ersten Brückenzweig 28 an. Sind diese Drücke an den Eingängen 58, 59 nun unterschiedlich,
so führt dies zu einem Signal am Ausgang des Exklusiv-Oder-Elements 57 und der Rastbolzen
58 wird in die Rastkerbe 53 gedrückt. Somit kann bei einer Druckdifferenz zwischen
den beiden Abschnitten dr Verbindungsleitung 42 beiderseits des Schaltventils 44
dessen Schaltglied 45 nicht mehr von Hand in eine andere Stellung bewegt werden.
Die Bedienungsperson. kann nun mit Hilfe der AnseigeVorrichtung 61 die Größe der
vorhandenen Druckdifferenz feststellen und zudem erkennen, in welchem Abschnitt
der Verbindungsleitung 42 der größere Druck herrscht. Dementsprechend wird die Bedienungsperson
nun den zweiten Sollwert geber 37 so, verstellen, daß durch entsprechende Änderung
des Druckes am Mittelanschluß 41 die Druckdifferenz zu Null wird. Dieser Abbau der
Druckdifferenz läßt sich an der Anzeige-Vorrichtung 61 optisch mitverfolgen. Sind
die Drücke in den beiden Abschnitten der Verbindungsleitung 42 gleich, so enfällt
des Signal am Ausgang des Exklusiv-Oder-Elements 57, wodurch der Rastzylinder 55
entlastet wird und der Rastbolzen 56 durch Federkraft ausrastet. Die Bedienungsperson
kann nun das Schaltglied 45 ohne weiteres aus der Zwischenstellung 49 in die Ein-Stellung
47 bewegen, und dabei die Verbindungsleitung 42 aufsteuern. Durch die Druckgleichheit
am Mittelanschluß 41 und am Punkt 43 ist nunmehr sichergestellt, daß am Hubwerk
und damit am Stellglied 11 keine ungewollten Bewegungen auftreten. Solange sich
das Sehaltventil 44 in Ein-Stellung 47 befindet läßt sich mit Hilfe der gegenläufig
arbeitenden Widerstande 38 und 39 am Mittelanschluß' 41 des zweiten Sollvertgebers
37 ein beliebiger Druck zwischen dem Pumpendruck der Steuerölpumpe 27 und dem Rüeklaufdruck
fahren, der über den Punkt 43 und die Brückendiagonale 25 auf das Regelventil 14
einwirkt und dabei den gerade eingestellten Wert am ersten Sollwertgeber 31 verändert.
Das Hubwerk kann mit Hilfe des
Stellgliedes 11 somit durch Verstellen
des zweiten Sollwertgebers 37 in der Heckbetätiungseinrichtung beliebig nach oben
oder unten verstellt werden. Beim Verstellen des zweiten Sollwertgebers 37 bewirkt
die Drosselverbindung 50 in der Ein-Stellung 47 des Schaltglieds 45 zwischen den
beiden Abschnitten der Verbindungsleitung 42 eine Druckdifferenz und damit ein Einrasten
des Rastbolzens 56 in die zugeordnete zweite Rastkerbe 54. Damit wird verhindert,
daß während des Verstellvorganges die eingeschaltete Heckbetätigungseinrichtung
36 wieder abgeschaltet wird. Ein Abschalten der Heckbetätigungseinrichtung 36 ist
erst möglich, wenn der Verstellvorgang beendet ist und sich dabei die Druckdifferenz
über die erwähnte Drosselverbindung abgebaut hat, so daß der Rastbolzen 56 ausrastet.
Befindet sich das Schaltglied 45 nach dem Abschalten der Heckbetätigungseinrichtung
36 in seiner Zwischenstellung 49, so ergibt sich automatisch eine Druckdifferenz
in den beiden Abschnitten der Verbindungsleitung 42, wodurch der Rastbolzen 56 wieder
in die erste Rastkerbe 53 einrastet und eine erneute Verstellung des Schaltglieds
45 ohne Nachführung des zweiten Sollwertgebers 37 vernindert. Somit wird eine ungewollte
Bewegung des ubwerkes sowohl beim Ein- als auch beim -Ausschalten der Heckbetätigungseinrichtung
36 vermieden. Das Ein- oder Ausschalten kann vielmehr nur durchgeführt werden, wenn
der in der Fahrerkabine am ersten Soilwertgeber 31 und der in der Heckbetätigungseinrichtung
36 mit dem zweiten Sollwertgeber 37 eingestellte Wert gleich sind. Die Heckbetätigungseinrichtung
36 kann dabei stets bedient werden, unabhängig davon, welche Hubhöhe gerade mit
dem ersten Sollwertgeber 31 eingestellt' ist.
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Die Figur 2 zeigt eine zweite Steuereinrichtung 80 die sich von derjenigen
nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Im Unterschied zur ersten Steuereinrichtung 10 ist die Brückenschaltung
26 hier als Halbbrücke ausgebildet, wodurch nun der Istwertgeber 34 stromaufwärts
von der Brückendiagonale 25 in dem ersten Brückenzweig 28 zu liegen kommt. Der Steuerschieber
15 des Regelventils 14 wird. nur auf einer Seite hydraulisch beaufschlagt, nämlich
vom Druck am Punkt 43, wobei in Gegenrichtung auf den Steuerschieber die Kraft einer
Feder 17 wirkt.
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Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 80 ist in bezug auf
die Heckbetätigungseinrichtung 36 gleich wie bei der ersten Steuereinrichtung 10.
Dabei wird lediglich der Steuerschieber 15 des Regelventils 14 über die nun als
Halbbrücke ausgeführte Brückenschaltung 26 gesteuert.
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Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Änderungen
möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
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So können für die Ansteuerung des Regelventils 14 nicht nur die gezeigten
Brückenschaltungen. mit Voll- und Halbbrücke verwendet werden9 sondern es sind auch
alle anderen Brückenschaltungen möglich9 bei denen die Festdrosseln und die verstellbaren
Drosseln, welche als Geber dienen, in anderen Lagen angeordnet sind. Auch ist die
erfindungsgemäße Heckbetätigungseinrichtung bei Steuereinrichtungen anwendbar, die
mit Mischregelung arbeiten oder die andere oder zusätzliche Rückführungen aufweisen.
Natürlich kann auch die Anzeige-Vorrichtung 61 sowie die Rasteinrichtung 51 in anderer
Form ausgeführt werden. Die Funktionen der Steuerung der Verbindungsleitung 42 sowie
der Steuerung des parallelen, dritten Brückenzweiges 35 können auch mit getrennten
Bauelementen
verwirklicht werden. Die Integration dieser beiden
Funktionen im Schaltventil 44 stellt jedoch eine besonders vorteilhafte Kombination
dar, insbesondere in Verbindung mit der Rasteinrichtung 51.
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