DE3219730C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Steue­ rung eines hydraulischen Servomotors nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche Einrichtung aus der DE-OS 29 19 206 bekannt, bei der ein Regelven­ til von relativ kleiner Nenn-Größe mit einem zusätzlichen Hilfsventil so kombiniert ist, daß eine große Druckmittel­ menge analog gesteuert werden kann. Bei dieser Steuerein­ richtung sind die Möglichkeiten zur Energieeinsparung ins­ besondere bei gleichzeitiger Kostenreduzierung im Druck­ mittel-Versorgungskreis noch nicht voll ausgeschöpft. So zeigen die Ventile keine Eilgang-Schaltstellung, bei der beide Seiten eines Servomotors gleichzeitig mit der Druck­ mittelquelle verbunden sind. Außerdem wird die Druckmit­ telversorgung durch eine einzige Pumpe vorgenommen, die dementsprechend groß ausgelegt werden muß.

Ferner ist aus der DE-OS 23 43 662 ein elektrohydrau­ lisches Servoventil bekannt, das zusätzlich eine Eil­ gangsstellung aufweist. Damit läßt sich ein Servomotor mit Differentialkolben in energiesparender Weise in einer Differentialschaltung betreiben. Auch hier ist für die Druckmittelversorgung eine einzige Pumpe vor­ gesehen, die entsprechend dem größten auftretenden Druckmittelstrom ausgelegt werden muß und dementsprech­ end hohe Energieverluste bewirkt.

Ferner ist es aus der Zeitschrift "o + p 'Ölhydraulik und Pneumatik' 25" (1981) Nr. 3, Seiten 189 bis 191, Bild 3 bekannt, zur Verringerung von Leistungsverlusten eine Anlage mit zwei Konstantpumpen auszurüsten, von denen eine druckabhängig zu- oder abgeschaltet wird. Diese Anlage weist jedoch kein vergleichbares Regelven­ til auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaf­ fen, die einen verlustleistungsarmen Vorschubantrieb ermöglicht und die energiesparend arbeitet sowie billig baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichnete Einrichtung gelöst.

Mit dieser Einrichtung läßt sich ein verlustleistungsarmer Vorschub­ antrieb realisieren, der gegenüber vergleichbaren Einrichtungen be­ sonders energiesparend arbeitet und zugleich billig baut. Dies gilt auch dann, wenn die Einrichtung in einem geschlossenen Lageregel­ kreis verwendet wird. Bei dieser Steuereinrichtung läßt sich eine automatische, stoßfreie Umschaltung zwischen beiden Druckmittelströ­ men über das elektrische Eingangssignal des Regelventils erreichen. Dabei kann der Arbeitsvorschub mit hoher Präzision gesteuert werden, da der Nenn-Durchfluß des Regelventils an die Vorschubge­ schwindigkeit angepaßt werden kann. Die Vereinigung ei­ ner Eilgang-Schaltstellung und einer Druckmittelversor­ gung aus zwei Druckmittelquellen bei einem Regelventil mit zugeordnetem Hilfsventil stellt eine besonders vor­ teilhafte Kombination dar, die hinsichtlich Energieein­ sparung und Kostenaufwand optimal ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Einrich­ tung zur Steuerung eines hydraulischen Servomotors in vereinfachter Darstellung.

Die Figur zeigt eine Einrichtung 10, die im wesentlichen als Bauelemente ein elektrohydraulisches Regelventil 11, ein diesem zugeordnetes Hilfsventil 12, einen doppelt­ wirkenden Servomotor 13 sowie als Druckmittelquellen eine erste und eine zweite Pumpe 14 bzw. 15 aufweist.

Ein Zulaufanschluß 16 des Regelventils 11 steht über einen ersten Leitungsabschnitt 17 mit dem Ausgang der Pumpe 14 in Verbindung, die Druckmittel aus einem Behäl­ ter 18 saugt. Ein erster Motoranschluß 19 des Regelven­ tils 11 steht über einen zweiten Leitungsabschnitt 21 mit einem ersten Anschluß 22 am Servomotor 13 in Verbin­ dung. Dabei ist der erste Anschluß 22 der großen wirksamen Fläche des Kolbens 23 im Servomotor 13 zugeordnet. Der erste (17) und der zweite Leitungsabschnitt 21 bilden zusammen eine von der Pumpe 14 zum Servomotor 13 füh­ rende, erste Leitung 24. Von einem zweiten Motoranschluß 25 des Regelventils 11 führt ein dritter Leitungsabschnitt 26 zu einem zweiten Anschluß 27 des Servomotors 13, wobei der zweite Anschluß 27 der kleinen wirksamen Fläche am Kolben 23 zugeordnet ist. In den zweiten Leitungsabschnitt 21 ist eine Meßdrossel 28 geschaltet. Der Druck in dem zweiten Leitungsabschnitt 21 im Bereich zwischen Meß­ drossel 28 und Regelventil 11 wird über eine erste Steuerleitung 29 einem ersten Steueranschluß 31 des Hilfsventils 12 zugeführt. Ferner wird der Druck aus demselben Leitungsabschnitt 21 im Bereich zwischen Meß­ drossel 28 und Servomotor 13 über eine zweite Steuer­ leitung 32 einem zweiten Steueranschluß 33 zugeführt.

Das Hilfsventil 12 hat einen ersten Motoranschluß 34, der über eine erste Hilfsleitung 35 mit dem dritten Leitungsabschnitt 26 in Verbindung steht. In entsprech­ ender Weise ist ein zweiter Motoranschluß 36 über eine zweite Hilfsleitung 37 mit dem zweiten Leitungsab­ schnitt 21 im Bereich zwischen Servomotor 13 und Meß­ drossel 28 verbunden. Ein Zulaufanschluß 38 des Hilfs­ ventils 12 wird über einen vierten Leitungsabschnitt 39 mit Druckmittel von der zweiten Pumpe 15 versorgt. Ein Rücklaufanschluß 41 des Hilfsventils 12 ist zu dem Behälter 18 entlastet. Ein Rücklaufanschluß 42 am Re­ gelventil 11 hat über eine Rücklaufleitung 43 Verbin­ dung mit dem vierten Leitungsabschnitt 39.

Das Hilfsventil 12 weist einen Schieber 44 auf, der von Federn 45 in einer Mittelstellung 46 zentriert ist, in der er die beiden Motoranschlüsse 34 und 36 sowie seine Anschlüsse 38 und 41 hydraulisch blockiert. Durch an der Meßdrossel 28 auftretende Druckdifferenzen ist der Schieber aus seiner über­ deckten Mittelstellung 46 heraus nach beiden Seiten auslenkbar. Wirkt hierbei der höhere Druck in dem er­ sten Steueranschluß 31, so ist der Schieber entgegen der Kraft der Feder 45 nach rechts in eine Eilgang­ stellung 47 auslenkbar, in welcher er beide Motor­ anschlüsse 34, 36 mit seinem Zulaufanschluß 38 verbindet. In umgekehrter Weise ist bei höherem Druck im zweiten Steueranschluß 33 der Schieber 44 nach links auslenkbar in eine Arbeitsstellung 48, in welcher die zweite Pumpe 15 Druckmittel zum ersten Motoran­ schluß 24 steuern kann und vom Servomotor 13 zurück­ strömendes Druckmittel über den Rücklaufanschluß 41 zum Behälter 18 abfließen kann.

Das Regelventil 11 weist einen Steuerschieber 51 auf, der aus seiner mittigen Neutralstellung 52 nach beiden Seiten hin in eine erste (53) und eine zweite Arbeits­ stellung 54 auslenkbar ist. In der Neutralstellung 52 sind sämtliche Anschlüsse 19, 25, 16, 42 hydraulisch blockiert (Nullschnitt). In den beiden Arbeitsstellungen 53 und 54 wird jeweils der beiden Motoranschlüsse 19 bzw. 25 mit dem Zulaufanschluß 16 und der andere Mo­ toranschluß mit dem Rücklaufanschluß 42 verbunden. Regel­ ventil 11 und Hilfsventil 12 sind selbstverständlich als proportional arbeitende Ventile ausgebildet.

Beide Pumpen 14, 15 sind durch jeweils ein Rückschlag­ ventil 55 abgesichert, das in dem ersten (17) bzw. dem vierten Leitungsabschnitt 39 liegt. Während die erste Pumpe 14 für einen hohen Druck von z. B. 100 bar und für einen kleinen Förderstrom von 2 Liter pro Minute ausgelegt ist, kann die zweite Pumpe 15 einen wesentlich größeren Förderstrom von z. B. 50 Liter pro Minute bei einem relativ niedrigen Druck von z. B. 30 bar fördern. Beiden Pumpen 14, 15 ist je­ weils ein Energiespeicher 56 bzw. 57 zugeordnet.

Der Servomotor 13 sowie das Regelventil 11 sind fernerhin in einen an sich bekannten Lageregelkreis 58 geschaltet.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 10 wird wie folgt erläutert. Bei nicht betätigtem Regelventil 11 be­ findet sich dessen Steuerschieber 51 in der gezeich­ neten Neutralstellung 52 und der Schieber 44 des Hilfsventils 12 in seiner federzentrierten Mittel­ stellung 46, so daß der Kolben 23 im Servomotor 13 hydraulisch fest eingespannt ist.

Soll im Servomotor 13 gemäß Pfeilrichtung 59 die Kolben­ stange 60 bei Eilgang vorwärts ausfahren, so steuert das Regelventil 11 seinen Steuerschieber 51 in die erste Arbeitsstellung 53. Dabei fließt ein Druckmit­ telstrom von der ersten Pumpe 14 über die erste Lei­ tung 24 zum ersten Anschluß 22 am Servomotor 13. Hierbei entsteht an der Meßdrossel 28 ein Druckge­ fälle, das in den Steueranschlüssen 31, 33 des Hilfs­ ventils 12 wirksam wird und dessen Schieber 44 in die Eilgangstellung 47 auslenkt, wenn die Druckdif­ ferenz von der Meßdrossel 28 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Somit kann von der zweiten Pumpe 15 ein paralleler Druckmittelstrom über das Hilfsventil 12 und die zweite Hilfsleitung 37 zum ersten Anschluß 22 am Servomotor 13 strömen. Zugleich wird das vom Kolben 23 über den zweiten Anschluß 27 verdrängte Druckmittel über den dritten Leitungsabschnitt 26, die erste Hilfsleitung 35 und das Hilfsventil 12 zumindest teilweise dem ersten Anschluß 22 am Servo­ motor 13 wieder zugeführt. Ein anderer Teil des vom Kolben 23 verdrängten Druckmittels strömt im Regel­ ventil 11 vom zweiten Motoranschluß 25 zum Rücklauf­ anschluß 42 und weiter über die Rücklaufleitung 43 in den Niederdruckkreis (39) der zweiten Pumpe 15. Auf diese Weise können die Verluste über die Dros­ selstelle im Regelventil 11 bei Eilgang vorwärts vermindert werden. Mit dem Regelventil 11 kann so­ mit beim Eilgang vorwärts ein Druckmittelstrom zum ersten Anschluß 22 des Servomotors 13 gesteuert wer­ den, dessen Größe sich analog zum elektrischen Ein­ gangssignal am Regelventil 11 verhält. Dieser Druck­ mittelstrom zum Servomotor 13 kann wesentlich größer sein als der durch die Nenngröße des Regelventils 11 maximal bestimmte Durchfluß.

Wird abhängig von der Lage des Kolbens 23 im Servo­ motor 13 von Eilgang vorwärts auf einen Arbeitsvor­ schub gemäß Pfeilrichtung 61 umgeschaltet, so fördert die erste Pumpe 14 weiterhin Druckmittel über die erste Leitung 24 zum ersten Anschluß 22 des Servomo­ tors 13. Der Druckabfall über die Meßdrossel 28 ist nun aber so gering, daß der Schieber 44 des Hilfs­ ventils 12 seine Motoranschlüsse 34 und 36 blockiert. Mit dem Regelventil 11 können nun kleine Druckmittelströme zum Servomotor 13 gesteuert werden, wobei die Genauigkeit des Regelventils voll ausgenutzt werden kann.

Soll die Kolbenstange 60 bei Eilgang rückwärts gemäß Pfeilrichtung 62 im Servomotor 13 eingefahren werden, so wird im Regelventil 11 der Steuerschieber 51 in seine zweite Arbeitsstellung 54 gebracht. Der von der ersten Pumpe 14 geförderte, relativ kleine Druck­ mittelstrom fließt nun über das Regelventil in den zweiten Anschluß 27 des Servomotors 13, wobei der Kol­ ben 23 Druckmittel über den ersten Anschluß 22, den ersten Leitungsabschnitt 21, das Regelventil 11 und die Rücklaufleitung 43 in den Niederdruckkreis 39 ver­ drängt. Die hierbei in der Meßdrossel 28 auftretende Druckdifferenz wird in den Steueranschlüssen 31 und 33 des Hilfsventils 12 wirksam und lenkt dessen Steuerschie­ ber 44 in seine Arbeitsstellung 48 aus. Überschreitet die Druckdifferenz an der Meßdrossel 28 eine vorbe­ stimmte Größe, so fließt von der zweiten Pumpe 15 ein Druckmittelstrom über das Hilfsventil 12 und die erste Hilfsleitung 35 zum zweiten Anschluß 27 am Servomotor 13, wobei die Größe dieses Druckmittelstroms propor­ tional ist zur Größe der Druckdifferenz an der Meßdros­ sel 28. Zugleich wird ein Teil des vom Kolben 23 ver­ drängten Druckmittels über die zweite Hilfsleitung 37 und das Hilfsventil 12 zum Behälter 18 abströmen. Auch beim Eilgang rückwärts wird somit der den Kolben 23 einfah­ rende Druckmittelstrom proportional zur Größe des elek­ trischen Eingangssignals am Regelventil 11 gesteuert, wobei auch dieser Strom wesentlich größer sein kann als der durch die Nenngröße des Regelventils 11 bestimmte maximale Durchflußwert.

Mit vorliegender Einrichtung 10, bei der ein elektro­ hydraulisches Regelventil 11 von relativ kleiner Nenn­ größe mit einem zugeordneten, hydraulisch angesteuerten Hilfsventil größerer Nenngröße zur parallelen Druckmit­ telversorgung eines Servomotors zusammenarbeitet, wobei das Hilfsventil eine Eilgangsstellung aufweist und von einer zweiten Niederdruckpumpe für höhere Förderlei­ stung versorgt wird, ermöglicht einen besonders verlust­ leistungsarmen Vorschubantrieb. Dies gilt vor allem dann, wenn der maximale Arbeitsdruck durch den Arbeitsvor­ schub und der maximale Förderstrom durch den Eilgang festgelegt sind, so daß die für Eilgang und Arbeits­ vorschub benötigten Teilleistungen niedrig gehalten werden können. Dabei kann die Einrichtung ohne wei­ teres in einem Lageregelkreis 58 arbeiten, wobei der Umschaltvorgang bezüglich der Druckmittelquelle 15 schnell, stoßfrei und automatisch in Abhängigkeit vom elektrischen Eingangssignal am Regelventil 11 er­ folgt. Die Aufteilung der Einrichtung 10 zur propor­ tionalen Steuerung von Druckmittelströmen in ein Re­ gelventil 11 und ein Hilfsventil 12 gestattet in vor­ teilhafter Weise die Einbeziehung der energiesparenden Differentialschaltung in den geregelten Vorschuban­ trieb.

Die Vereinigung von Regelventil 11 mit Hilfsventil 12 in Verbindung mit Servomotor 13, Differentialkolben 23 sowie Eilgangschaltung 47 im Hilfsventil 12 sowie mit zusätzlicher Niederdruckpumpe 15 als Druckmittelver­ sorgung für das Hilfsventil 12 stellen eine besonders vorteilhafte Kombination dar, die hinsichtlich Energie­ verbrauch und Kostenaufwand optimiert ist. Schließlich kann als Regelventil 11 ein ein­ stufiges oder ein zweistufiges Ventil verwendet wer­ den.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Servomotors mit wenigstens einer von einer ersten Druckmittelquelle zum doppeltwir­ kenden Servomotor führenden ersten Leitung, in die ein elektrohydraulisches Regelventil sowie dazu in Reihe eine Meßdrossel geschaltet sind, wo­ bei die Meßdrossel insbesondere im Leitungsabschnitt zwischen Regel­ ventil und Servomotor liegt und deren Druckdifferenz einen federbe­ lasteten Schieber eines Hilfsventils steuert, das einen Zulaufan­ schluß aufweist und zwei Motoranschlüsse hat, die beide über Leitun­ gen mit den beiden Anschlüssen des Servomotors verbunden sind, um eine parallele Druckmittelversorgung des Servomotors zu ermöglichen, und mit einer zweiten Leitung zwischen dem Servomotor und dem Regel­ ventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufanschluß (38) des Hilfsventils (12) mit einer zweiten Druckmittelquelle (15) verbunden ist und das Hilfsventil (12) eine Eilgang-Schaltstellung (47) auf­ weist, in der seine beiden Motoranschlüsse (34, 36) mit dem Zulaufanschluß (38) verbunden sind und daß der Kolben des Servomo­ tors (13) ein Differentialkolben (23) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmittelquelle (15) für niedrigere Drücke und für wesentlich größere Volumenströme als die erste Druckmittelquelle (14) ausgelegt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einen geschlossenen Lageregel­ kreis (58) geschaltet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrossel (28) in der ersten Leitung (24) zwischen Regelventil (11) und Servomotor (13) angeordnet ist, die der großen wirksamen Fläche des Differentialkolbens (23) zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (44) des Hilfsventils (12) eine insbesondere federzentrierte Mittelstellung (46) aufweist, in der beide Motoranschlüsse (34, 36) blockiert sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rücklaufanschluß (42) des Regel­ ventils (11) eine Rücklaufleitung (43) in den Nieder­ druckkreis (15, 57) führt.