DE3240064C2

DE3240064C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrohydraulischen Schaltgliedern

Info

Publication number: DE3240064C2
Application number: DE19823240064
Authority: DE
Inventors: Bernd 2303 Schinkel Dräger; Reimer 2300 Altenholz Femerling; Reinhard Dipl.-Ing. 2300 Kiel Köster
Original assignee: Krupp Mak Maschinenbau GmbH
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1982-10-29
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3240064A1

Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung für hydraulische Kreisläufe, wobei Steuersignale für elektrohydraulische Schaltglieder erzeugt werden, ist zur Vermeidung von Druckspitzen und Schaltstößen vorgesehen, daß die Sperr- und Umschaltventile erst schaltbar sind, wenn die im gleichen Kreislauf liegenden Stromregelorgane in ihrer Null- bzw. Neutralposition über ein Steuersignal gesteuert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrohydraulischen Schaltgliedern in einer bestimmten Reihenfolge, die sich als Verstellpumpe, Sperr- und Umschaltventile in elektrohydraulischen Kreisläufen befinden, und mit UND-Gliedern und bistabilen Schaltstufen (DE-Z-»STZ«, Okt. 1979, S. 1366-1368).

Hydraulische Kreisläufe dieser Art sind in zahlreichen Varianten bekannt. Bei diesen Hydraulikkreisen tritt häufig das Problem auf, daß beim Schalten der elektrisch angesteuerten Schaltglieder Schaltstöße auftreten, welche die Funktion und die Betriebssicherheit beeinträchtigen. Diese Schaltstöße werden in der Regel dadurch hervorgerufen, daß die Stromregelorgane beim Umschalten auf andere Verbraucher nicht in der Neutralposition stehen. In einem solchen Fall wird der in einem Hydraulikkreis noch bestehende Restfluß des 01-stromes dem anderen Hydraulikkreis aufgeschaltet, ohne daß dieser ihn aufnehmen kann. Dies hat dann Druckspitzen zur Folge, weiche Ursache für die bereits erwähnten Schaltstöße sind.

Zur Steuerung elektrohydraulischer Schaltglieder ist es auch bekannt, programmierbare Schaltungsanordnungen zu benutzen. So zeigt z. B. die Fachzeitschrift »STZ«, Okt 1979, Seiten 1366 bis 1368, eine programmierbare Steuerschaltung für die 4/2-Wege-Elektromagnetventile zwei hydraulischer Stellglieder. Bei dieser Schaltung werden die auslösbaren Steuersignale übe.* Signalwege mit Kontrollgliedern für die Ansteuerung der Ventile UND-Glieder zugeführt, deren Ausgangssignale die Befehle für die Ventile liefern. Diese Schaltungsanordnung ist im wesentlichen auf ihre Programmierbarkeit ausgelegt und daher nicht in der Lage, Schaltstöße und Druckspitzen, wie zuvor beschrieben, zu unterdrücken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Steuersignalen für elektrohydraulische Schaltglieder hydraulischer Kreisläufe vorzusehen, welche bei Schaltvorgängen das Entstehen von Druckspitzen verhindert

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuersignale zum Ein- und Ausschalten für ein Sperr- oder Umschaltventil jeweils einem UND-Glied und jeweils über ein einstellbares Zeitglied einem Schalter zugeführt werden, der zum Abschalten der Steuerspannung des Steuermagneten der Verstellpumpe dient und daß die beim Abschalten der Steuerspannung auftretende Spannungsänderung als Schaltsignal abgegriffen wird und den beiden UND-Gliedern, an denen das Steuersignal zum Ein- oder Ausschalten anliegt, zugeführ* wird, wobei die beiden Ausgänge der UND-Glieder über eine bistabile Schaltstufe mit dem Steuermagneten des Sperr- oder Umschaltventils verbunden sind.

Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die Absperr- und Umschaltventile erst schaltbar sind, wenn die im gleichen Kreislauf liegenden Stromregelorgane in ihre Null- bzw. Neutralposition gesteuert sind.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Hydraulik-Schaltplan mit elektrohydraulischen SchaltgHedern,

F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Erzeugung von Steuersignalen für elektrohydraulische Schaltglieder gemäß Fig. 1,

F i g. 3a ein 4/3 Proportionalventil,

F i g. 3b ein Diagram,

F i g. 3c ein Diagramm und

F i g. 4 ein Blockschaltbild.

In Fig. 1 sind drei Hydraulik-Kreisläufe dargestellt, die von einer regelbaren Pumpe 1 aus einem ölbehälter 2 versorgt werden. Die Pumpe 1 kann durch einen Steuermagnet 3 elektrisch in ihrer Fördermenge von 0 bis zum Maximalwert gesteuert werden. Der Förderstrom geht einerseits zu einem 3/2 Abschaltventil 4 mit dem Steuermagnet 5 und von da aus zu einem einseitig wirkenden Hydraulik-Zylinder 6 (Hydraulik-Kreislauf 1). Bei Abschaltung der Ölzufuhr wird der Zylinder 6 über die Rückölleitung 7 wieder entlastet.
Zwei weitere Hydraulik-Kreisläufe werden über ein 3/2-UmschaltventiI 8 angesteuert, welches über den Steuermagnet 9 elektrisch geschaltet wird. In der gezeichneten Stellung geht der ölstrom zu einem hydraulisch geregelten Hydro-Motor 10, welcher über einen doppelt wirkenden Kolben 11 in Verbindung mit einem Proportionalventil 12 in Fördermenge und Förderrichtung kontinuierlich verstellt werden kann. Das Proportionalventil 12 wird dabei durch Steuermagnete 13, 14

angesteuert. Der Ölrücklauf erfolgt durch eine Rücklaufleitung 15 (Hydraulik-Kreislauf 2). Wird das Umschaltventil 8 in seine 2. Schaltposition umgeschaltet, so wird der Hydraulik-Kreislauf 2 stillgesetzt und der Förderstrom von der Pumpe t zu einem Hydraulik-Kreislauf 3 geleitet, wo er über ein 4/3-Proportionalventil 16 mit zwei Elektro-Magneten 17, 18 einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 19 ansteuert Das Rücklauföl wird über die Leitung 7 in den Ölbehälter 2 zurück geleitet

Wie im weiteren Verlauf noch erläutert wird, läßt sich im Hydraulik-Kreislauf 1 das Abschaltventil 4 nur dann schalten, wenn die Verstellpumpe 1 in der O-Position steht und kein öl fördert Außerdem kann das Umschaltventil 8 für die Kreisläufe 2 und 3 nur dann geschaltet werden, wenn die Pumpe 1 in ihrer O-Position steht und die Proportionalventile 12, 16 ihre neutrale Lage einhalten.

im Blockschaltbild nach Fig.2 findet man zunächst den Steuermagnet 5 vom Absperrventil "j. sowie den Steuermagnet 3 der Verstellpumpe 1. Der Schaltvorgang für das Ventil 4 über den Magnet 5 wird durch einen Schalter 20 ausgelöst, welcher die Steuerspannung Ub entweder auf eine Leitung 21 (Aussignal) oder eine Leitung 22 (Einsignal) schaltet. Der Ein-Impuls wird in einer Speicherstufe 23' innerhalb des Zeitraumes Ti gespeichert, während der Aus-Impuls in einer Speicherstufe 23" innerhalb des Zeitraumes T₂ gespeichert wird. Die gespeicherten Signale werden anschließend über ein Oder-Glied 25 geführt und betätigen einen Schalter 26. Dieser Schalter 26 schaltet das Steuersignal für die Verstellpumpe 1 ab, welches mit einem Einstellwiderstand 24 erzeugt wird und während der Zeit Ti bzw. T₂ daher auf 0 geschaltet ist. Als Folge davon wird über eine Verstärkerstufe 27 auch der Steuerstrom für den Steuermagnet 3 der Verstellpumpe 1 auf Null geschaltet. Dieser Steuerstrom verursacht normalerweise über einen Widerstand 28 einen Spannungsabfall, der über eine Verstärkerstufe 29 auf die beiden Und-Glieder 30, 31 gelangt. Das Und-Glied 30 erhält außerdem den Einschaltimpuls vom Schalter 20, während das Und-Glied 31 den Ausschaltimpuls vom Schalter 20 erhält. Die Ausgänge der Und-Glieder betätigen eine bistabile Schaltstufe 32, welche über eine Verstärkerstufe 33 dem Steuermagnet 5 des Abschaltventils ansteuert.

Betätigen des Schalters 20 bewirkt diese Schaltung, daß die Verstellpumpe 1 auf 0 geschaltet wird und in dieser Stellung für die Zeit 7Ϊ bzw. T₂ blockiert bleibt. Das Absinken des Steuerstromes an der Verstellpumpe 1 wird über den Widerstand 28 abgefragt und löst die Ansteuerung des Absperrventils 4 über den Steuermagnet 5 aus. Dieser Vorgang befindet sich innerhalb der Zeiten Ti bzw. T₂, so daß gewährleistet ist, daß die Verstellpumpe 1 erst wieder freigegeben wird, wenn der Schaltvorgang beim Absperrventil 4 abgeschlossen ist. Mithin umfaßt die Zeit Ti bzw. T₂ den Zeitraum vor und nach Ansteuerung des Absperrventils, wo die Verstellpumpe 1 in der Nullstellung steht.

Im weiteren Teil des Blockschaltbildes nach F i g. 2 ist die elektrische Ansteuerung für die Schaltglieder der Hydraulik-Kreisläufe 2 und 3 abgebildet Hier wird das Umschaltventil 8 mit der elektrischen Ansteuerung für den Steuermagnet 9 durch den Schalter 34 in folgender Weise gesteuert. Schaltet der Schalter 34 die Steuerspannung auf eine Leitung 35 dann wird die Steuerspannung Ub auf das Und-Glied 36 gegeben. Dieses muß gleichzeitig über die Leitung 37 von der Verstärkerstufe 29 die Information bekommen, daß die Verstellpumpe 1 mit dem zugehörigen Steuermagnet 3 in O-Position steht, und über die Verstärke! einheit 38 die weitere Information erhält, daß die Proportionalventile 12,16 ihre neutrale Position einnehmen. Das bedeutet, daß die zugehörigen Steuermagnete 13, 14 sowie 18, 19 mit gleichen Steuerströmen jedoch verschiedener Polarität angesteuert werden.

Beim Vorliegen dieses Schaltzustandes gibt das Und-Glied 36 die Steuerspannung Ub an eine bistabile Schaltstufe 39, welche über eine Verstärkerstufe 40 den Steuermagnet 9 des Umschaltventils 8 ansteuert

Wird jedoch die Steuerspannung Ub durch den Schalter 34 auf die Leitung 41 geschaltet, dann wird das Und-Glied 42 angesteuert, welches bei gleichzeitigem Vorliegen der Signale für O-Stellung der Pumpe 1 über die Leitung 37 und der Neutral-Stellung der Proportionalventile 12, 16 über die Verstärkerstufe 38 die bistabile Schaltstufe 39 sperrt und den Steuermagnet 9 des Umschaltventils 8 nicht aktiviert.

Die Proportionalventile 12, 16 können auch in einer ähnlichen Schaltung wie der Steuermagnet 3 der Verstellpumpe 1 durch einen Schaltimpuls mit entsprechender Verzögerungszeit T₁ bzw. T₂ in ihrer Neutral-Position gehalten werden. Dabei ist es auch möglich und manchmal sinnvoll, diese durch manuellen Eingriff in die Neutral-Position zu bringen und mit Hilfe des Umschaltsignals vom Schalter 34 zu verriegeln.

Fig.3a zeigt das Proportionalventil 16 oder 12. Um eine einwandfreie Einhaltung der Neutral-Position zu erreichen, wird das Ventil durch eine Schaltung an seinen beiden Steuermagneten 17,18 mit gleichen Steuerströmen entgegengesetzter Polarität beaufschlagt In den Diagrammen nach F i g. 3b bzw. 3c sind diese Steuerströme gezeigt, welche zusätzlich durch gegenphasige Wechselströme 47,48 überlagert sind.

Wie F i g. 4 zeigt kann die Verstellpumpe 1 bzw. ihr Steuermagnet 3 sowie ein weiteres, nur in einer Richtung wirkendes Stromregelorgan 49 auch mit einer anderen Schaltung angesteuert werden. Die Stellgröße wird z. B. mittels eines Handhebels an einem Potentiometer 50 erzeugt, welches zusammen mit einem Festwiderstand 51 und einem Symmetriewiderstand 52 einen zwischen + U und — U liegenden Spannungsteiler bildet. In einem dem Abgriff des Potentiometers 50 nachgeschalteten Gleichrichter 53 wird die so gewonnene Steuerspannung gleichgerichtet, wobei gleichzeitig deren Polarität abgefragt und in einer Komparatorstufe 54 ausgewertet wird. Diese Komparatorstufe schaltet je nach der festgestellten Polarität einen Schalter 55 über entsprechende Verstärkerstufen 56, 57 entweder auf den Steuermagnet 3 oder einen Arbeitswiderstand 49.

Die gleichgerichtete Steuerspannung wird in einem weiteren Komparator 58 mit einem wählbaren Schwellwert U₀ verglichen, wobei der Komparator beim Überschreiten des Schwellwertes einen Schalter 59 durchschaltet. Unterhalb des Schwellwertes bleibt der Schalter geöffnet und verhindert so daß Ansteuern der Ventile im Nullpunktbereich.
Mit dem Schalter 59 wird der Steuerspannung außer-

dem eine Wechselspannung 60 zur Überlagerung aufgeschaltet, deren Amplitude kleiner oder gleich der Schwelle £/_oist

Die erfindungsgemäße Schaltung hat neben dem geschilderten Vorteil, den ungenauen Nullpunktbereich von elektro-hydraulisehen Schaltventilen unwirksam zu machen, einige weitere positive Nebeneffekte.

So ermöglicht sie eine rein elektrische Justage von mechanischen Sollwertgebern und Proportionalventi-

len, so daß die Ansteuerung von mehreren Richtungsventilen prinzipiell gleich ist. Außerdem werden Dejustagen, wie bei rein mechanischen Lösungen, vermieden,
wie sie sonst durch Verwendung von Endschaltern zu
erwarten sind. 5

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

10

15

20

30

35

40

45

50

55

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrohydrauüschen SchaltgHedern in einer bestimmten Reihenfolge, die sich als Verstellpumpe, Sperr- und Umschaltventile in elektrohydraulischen Kreisläufen befinden, und mit UND-Gliedern und bistabilen Schaltstufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale zum Ein- und Ausschalten für ein Sperr- oder Umschaltventil (4, 8) jeweils einem UND-Glied (30,31; 36,42) und jeweils über ein einstellbares Zeitglied (23', 23") einem Schalter (20) zugeführt werden, der zum Abschalten der Steuerspannung des Steuermagneten (5) der Verstellpumpe (1) dient und daß die beim Abschalten der Steuerspannung auftretende Spannungsänderung als Schaltsignai abgegriffen wird und den beiden UND-Gliedern (30, 31; 36, 42), an denen das Steuersignal zum Ein- oder Ausschalten anliegt, zugeführt wird, wobei die beiden Ausgänge der UND-Glieder (30, 31; 36,42) über eine bistabile Schaltstufe (32,39) mit dem Steuermagneten (5, 9) des Sperr- oder Umschaltventils (4,8) verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für die in zwei Richtungen steuerbare Stromregelorgane (10) aus jeweils einem Gleichspannungsteil mit überlagertem gegenphasigen Wechselspannungsanteil bestehen.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die in einer Richtung steuerbare Verstellpumpe (1) in einem Komparator (58) mit einem einstellbaren Schwellwert verglichen wird, der beim Übersteigen des Steuersignals eine Schaltspannung zur Steuerung der Verstellpumpe (1) auslöst.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (58) beim Übersteigen des Schwellwertes .durch das Steuersignal der Schaltspannung eine Wechselspannung überlagert.