DE4241846A1 - Hydraulisches System - Google Patents
Hydraulisches SystemInfo
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
- F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
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- F15B13/0416—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor with means or adapted for load sensing
- F15B13/0417—Load sensing elements; Internal fluid connections therefor; Anti-saturation or pressure-compensation valves
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit
einer Druckquelle, einer Drucksenke, einem Arbeitsmo
tor, einem Hauptventil, das zwischen Druckquelle und
Drucksenke einerseits und Arbeitsmotor andererseits
angeordnet und mit dem Arbeitsmotor über Arbeitsan
schlüsse verbunden ist, einem Kompensationsventil, näm
lich einem Eingangs-Kompensationsventil, zwischen
Druckquelle und Hauptventil, und einer zusätzlichen
Ventileinrichtung zwischen Hauptventil und Drucksenke,
die den Volumenstrom vom Hauptventil zur Drucksenke
steuert.
Im folgenden wird der Einfachheit halber die Druckquel
le als Pumpe und die Drucksenke als Tank bezeichnet.
Ein derartiges System ist aus EP 362 409 B1 bekannt.
Bei einem weiteren bekannten System (DE 34 36 246 C2)
steuert das Kompensationsventil den Volumenstrom der
Hydraulikflüssigkeit durch das Hauptventil in Abhängig
keit von den Drücken im Eingangsanschluß des Hauptven
tils, im Tankanschluß des Hauptventils und im Arbeits
anschluß des Hauptventils, der mit dem hier dargestell
ten einzigen Arbeitsraum des Arbeitsmotors verbunden
ist. Vom Arbeitsmotor ausfließende Hydraulikflüssigkeit
fließt durch das Hauptventil zurück zum Tank.
Bei einem anderen hydraulischen System (WO 90/12165)
ist das Kompensationsventil vom höheren der beiden
Drücke in den Arbeitsanschlüssen gesteuert. Das Haupt
ventil übernimmt hier zusätzlich die Funktion der Rich
tungssteuerung. Vom Arbeitsmotor rückfließende Hydrau
likflüssigkeit fließt durch das Hauptventil direkt zum
Tank.
WO 88/05135 beschreibt eine Steuereinrichtung für Hy
draulik-Zylinder, die manuell betätigbar ist. Die hier
gezeigte Steuereinrichtung entspricht dem Hauptventil
der beiden oben beschriebenen Systeme. Dieses ist so
aufgebaut, daß der Volumenstrom durch das Ventil auto
matisch reduziert wird, wenn sich der Arbeitsdruck über
dem Ventil seinem Maximum nähert. Dies ist insbesondere
in Verbindung mit Kränen ein Vorteil, wenn sie mit der
höchsten zulässigen Last in der Nähe der maximalen Aus
legung arbeiten. Aus dieser Literaturstelle ist es auch
bekannt, bei negativer Last, beispielsweise beim Absen
ken einer Last, eine Kombination von Innen- und Außen
schieber so auszunutzen, daß der Volumenstrom durch den
Tankanschluß automatisch abnimmt. Hierdurch läßt sich
eine besonders langsame Bewegung erreichen, die beim
Betrieb von Kränen gerade beim Absenken aus Sicher
heitsgründen vorteilhaft ist. Allerdings wird dadurch
das Hauptventil im Aufbau sehr kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrauli
sches System mit verbesserten Steuermöglichkeiten bei
einfachem Aufbau bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs ge
nannten Art dadurch gelöst, daß die Ventileinrichtung
einen steuerbaren Öffnungsgrad aufweist.
Hierdurch läßt sich erreichen, daß die Druckdifferenz
über dem Hauptventil nicht nur beim Zulauf der Hydrau
likflüssigkeit zum Arbeitsmotor, sondern auch beim
Rücklauf zum Tank gesteuert oder geregelt werden kann.
Es ergeben sich hierdurch vermehrte Eingriffsmöglich
keiten, die zu einer schnelleren Regelung oder Steue
rung genutzt werden können. Insbesondere können Schwin
gungen im Hydrauliksystem unterdrückt werden. Bei nega
tiver Last, also wenn der Arbeitsmotor als Pumpe arbei
tet, kann der Volumenstrom zwischen Hauptventil und
Tank zusätzlich gesteuert werden. Damit kann das Haupt
ventil beispielsweise beim Absenken einer Last voll
ständig offengehalten werden. Auch ist eine Begrenzung
des Volumenstromes durch das Eingangs-Kompensationsven
til nicht mehr notwendig. Hieraus ergibt sich ein mini
maler Druckbedarf der Pumpe. Dies führt zu einem höhe
ren Wirkungsgrad, da der Leistungsverlust im Hauptven
til und im Eingangs-Kompensationsventil stark verrin
gert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich hier auch
eine verbesserte Sicherheit durch eine erhöhte Redun
danz, da der Volumenstrom vom Arbeitsmotor zum Tank
sowohl vom Hauptventil als auch von der zusätzlichen
Ventileinrichtung unterbrochen werden kann. Selbst wenn
eines dieser beiden Teile fehlerhaft sein sollte, ist
das andere Teil noch in der Lage, den Arbeitsmotor bzw.
die daran hängende Last zu halten, so daß unbeabsich
tigte Lastabsenkungen vermieden werden können. Der Vo
lumenstrom vom Hauptventil zur Drucksenke läßt sich
gezielt beeinflussen.
Mit Vorteil ist die Ventileinrichtung als Kompensa
tionsventil, nämlich als Ausgangs-Kompensationsventil,
ausgebildet und mindestens eines der Kompensationsven
tile durch ein Lastfühlsignal gesteuert, das von einem
Druck in den Arbeitsanschlüssen hergeleitet ist, wobei
eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Druck
des Lastfühlsignals zur Beeinflussung des Öffnungsgra
des des Kompensationsventils steuert. Die Steuerung des
Öffnungsgrades kann hier in Abhängigkeit vom Druckab
fall über das Hauptventil erfolgen. Es lassen sich da
mit Steuerungs- oder Regelungsphilosophien verfolgen,
die vom Eingangs-Kompensationsventil her bekannt sind.
Durch Veränderung des Lastfühlsignals läßt sich der
Druckabfall über das Hauptventil beeinflussen. Hier
durch beeinflußt man den Volumenstrom durch das Haupt
ventil, ohne die Stellung des Hauptventils verändern zu
müssen. Natürlich läßt sich der Volumenstrom, wenn dies
gewünscht ist, auch nach wie vor durch eine Änderung
der Stellung des Hauptventils beeinflussen. Es ergeben
sich hiermit aber vermehrte Steuerungsmöglichkeiten,
die unter anderem zu einer Verringerung der Bewegungen
des Hauptventils, genauer gesagt des Schiebers des
Hauptventils, genutzt werden können. Da der Schieber
des Hauptventils im allgemeinen eine relativ große Mas
se aufweist, die bei einer Veränderung seiner Lage be
schleunigt und abgebremst werden muß, läßt sich durch
die Steuerung des Drucks des Lastfühlsignals und die
dadurch bedingte Steuerung des Volumenstromes eine we
sentlich schnellere Einstellung des Volumenstromes er
reichen. Dies kann vorteilhafterweise zur schnellen
Gegensteuerung beim Auftreten von Schwingungen ausge
nutzt werden. Außerdem kann der Druckabfall über den
Hauptschieber reduziert werden, wenn der Volumenstrom
bedarf klein ist, was zu einer deutlichen Verminderung
des Leistungsverlustes und damit zu einer Erhöhung des
Wirkungsgrades führt. Da mit der neuen Steuerung eine
Erhöhung des Drucks über das Hauptventil möglich ist,
können auch bereits existierende Proportionalventile
auf einen wesentlichen höheren Nenn-Volumenstrom ge
bracht werden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteil
haft, wenn ein großer Volumenstrombedarf nur kurzzeitig
auftritt. Das Hauptventil und die Kompensationsventile
können durchaus in einer gemeinsamen Baueinheit aufge
nommen sein. Hierin wird dann das Hauptventil durch
einen Hauptschieberabschnitt und das oder die Kompensa
tionsventile durch einen oder zwei Kompensationsschie
berabschnitte gebildet. Zum leichteren Verständnis der
Erläuterung wird aber im folgenden von getrennten Ven
tilen gesprochen werden.
Allgemein ist vorgesehen, daß die Steuereinrichtung
sowohl bei positiver Last als auch bei negativer Last
den Druck des dem Eingangs-Kompensationsventil zugeord
neten Lastfühlsignals auf einen positiven oder einen
negativen Wert einstellt. Die Steuerungsmöglichkeiten
werden hierdurch beträchtlich erweitert. Je nachdem,
welches Betriebsverhalten des zugeordneten Arbeitsmo
tors gewünscht ist, lassen sich hier die gewünschten
Einstellungen durch Erhöhen oder Absenken des Drucks
des Lastfühlsignals, das dem Eingangs-Kompensationsven
til zugeordnet ist, einstellen oder einregeln. Bei
spielsweise senkt die Steuereinrichtung bei negativer
Last den Druck des dem Eingangs-Kompensationsventil
zugeordneten Lastfühlsignals auf einen vorbestimmten
Wert ab und stellt den Öffnungsgrad des Eingangs-Kom
pensationsventil auf einen vorbestimmten Wert ein.
Hierdurch läßt sich beispielsweise bei negativer Last
das Eingangs-Kompensationsventil vollständig schließen.
Dies muß aber nicht der Fall sein. In anderen Anwen
dungsfällen kann es erwünscht sein, mit einem Druck auf
der Gegenseite des Kolbens des Arbeitsmotors zu arbei
ten. Dieser Gegendruck läßt sich dann einstellen.
Erhöht die Steuereinrichtung beispielsweise bei positi
ver Last den Druck des dem Eingangs-Kompensationsven
tils zugeordneten Lastfühlsignals, dann wird erreicht,
daß das zwischen Druckquelle und Hauptventil vorgesehe
ne Eingangs-Kompensationsventil von der Steuereinheit
zu einem möglichst großen Öffnungsgrad geregelt werden
kann. Das bedeutet, daß auch der Druckabfall über das
Hauptventil auf einen recht großen Wert eingestellt
wird. Dadurch läßt sich der Volumenstrom durch das
Hauptventil im entsprechenden Maße steigern. Er kann
wesentlich größer gemacht werden, als dies bei einem
herkömmlichen Kompensationsschieber der Fall wäre, der
für einen konstanten Druckabfall über das Hauptventil
sorgen muß. Änderungen des Volumenstromes und damit
Änderungen der Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitsmo
tors lassen sich dann auch ohne Bewegung des Schiebers
im Hauptventil erreichen, indem das Kompensationsventil
mehr oder weniger geöffnet wird.
Bei positiver Last, also wenn durch ein Befüllen des
einen Arbeitsraumes zum Zwecke der Anhebung oder Bewe
gung einer Last der andere Arbeitsraum in der Drucksen
ke entleert werden soll, öffnet sich das Ausgangs-Kom
pensationsventil automatisch praktisch vollständig und
es wird durch das Ausgangs-Kompensationsventil kein
Widerstand aufgebaut. Das hydraulische System funktio
niert dann wie ein herkömmliches System ohne zusätzli
che Ventileinrichtung im Ausgangsanschluß. Die Absen
kung des Lastfühlsignals für das Ausgangs-Kompensa
tionsventil läßt sich einfach dadurch erreichen, daß
mit Hilfe der Ventileinrichtung, genauer gesagt des
Minus-Ventils, das Lastfühlsignal beispielsweise mit
dem Ausgangsanschluß verbunden wird. Über die Blenden
einrichtung ergibt sich eine Entkopplung der Drücke des
mit dem Eingangs-Kompensationsventil und des mit dem
Ausgangs-Kompensationsventil verbundenen Lastfühlsigna
le, so daß ohne weiteres eine getrennte Steuerung des
Eingangs-Kompensationsventils möglich ist, auch wenn
das Ausgangs-Kompensationsventil voll geöffnet wird.
Vorteilhafterweise ist der Druck des Lastfühlsignals
für jedes Kompensationsventil getrennt einstellbar.
Hierdurch lassen sich unterschiedliche Einstellphiloso
phien für die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung
verfolgen und zwar ohne daß die Notwendigkeit besteht,
eine Abhängigkeit der Öffnungsgrade von Eingangs-Kompe
nsationsventil und Ausgangs-Kompensationsventil in Kauf
nehmen zu müssen.
Mit Vorteil ist zumindest bei einem Kompensationsventil
ein entgegen dem Druck des Lastfühlsignals wirkender
Gegendruck einstellbar. Die Steuerung eines Kompensa
tionsventils läßt sich einerseits dadurch erreichen,
daß der Druck des Lastfühlsignals erhöht oder ernied
rigt wird. Anstelle den Druck des Lastfühlsignals zu
erhöhen, ist es andererseits auch möglich, einen Gegen
druck abzusenken. In diesem Fall ergeben sich weitere
Einstell- und Steuermöglichkeiten.
Zum Trennen der beiden Lastfühlsignale voneinander ist
vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Lastfühlsignale
für die beiden Kompensationsventile durch eine Blenden
einrichtung voneinander entkoppelt sind, die insbeson
dere für jedes Lastfühlsignal eine eigene Blende auf
weist. Der Druck an den beiden Kompensationsventilen
läßt sich dann durch unterschiedlich große Volumenströ
me durch die Lastfühlsignal-Leitung einstellen.
Bevorzugterweise ist zumindest für ein Kompensations
ventil eine Steuerventileinrichtung vorgesehen, die den
Druck des Lastfühlsignals absenkt oder erhöht bzw. den
Gegendruck absenkt. Dies läßt sich auf einfache Art und
Weise dadurch erreichen, daß die Steuerventileinrich
tung das Lastfühlsignal mit einem Punkt niedrigeren
Drucks, beispielsweise dem Tankdruck, oder mit einem
Punkt höheren Drucks, beispielsweise dem Pumpendruck
oder dem Ausgang des Kompensationsventils, verbindet.
Zur Absenkung des Gegendrucks läßt sich natürlich auch
der Gegendruck mit einem Punkt niedrigeren Drucks, bei
spielsweise dem Tankdruck, verbinden. Auf diese Art und
Weise ergeben sich Einstellmöglichkeiten für den Druck
des Lastfühlsignals in relativ weiten Grenzen.
Hierzu weist die Steuerventileinrichtung bevorzugter
weise jeweils ein Plus-Ventil zur Erhöhung des Drucks
des Lastfühlsignals bzw. zur Absenkung des Gegendrucks
und/oder ein Minus-Ventil zur Absenkung des Drucks des
Lastfühlsignals auf. Die Steuerventileinrichtung muß
also für jedes Kompensationsventil maximal zwei Ventile
aufweisen. Wenn man auf bestimmte Einstellmöglichkeiten
verzichtet, kann es sogar ausreichen, daß die Steuer
ventileinrichtung nur ein einziges, für alle Kompensa
tionsventile gemeinsames Minus- oder Plus-Ventil auf
weist.
Vorteilhafterweise sind das Plus-Ventil und das Minus-
Ventil als steuerbare Blenden, insbesondere als puls
breitenmodulierte Magnetventile, ausgebildet. Hierdurch
läßt sich der Druck des Lastfühlsignals nicht nur auf
zwei Extremwerte, sondern auch auf dazwischenliegende
Werte steuern. Pulsbreitenmodulierte Magnetventile las
sen sich leicht elektrisch steuern. Sie ermöglichen
zudem eine sehr schnelle Reaktion auf Steuerungssigna
le.
Bevorzugterweise ist ein Vorrang-Wechselventil zwischen
dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des
Hauptventils angeordnet, dessen Ausgang über eine Blen
de mit dem Gegendruckeingang des Ausgangs-Kompensa
tionsventils verbunden ist, wobei zwischen der Verbin
dung von Blende und Ausgangs-Kompensationsventil einer
seits und Drucksenke andererseits das Minus-Ventil an
geordnet ist. Hierdurch wird der Gegendruck auf das
Ausgangs-Kompensationsventil erzeugt. Das Minus-Ventil
kann dazu verwendet werden, den Gegendruck abzusenken,
um das Ausgangs-Kompensationsventil zu schließen.
Auch ist bevorzugt, daß zwischen den mit der Drucksenke
verbundenen Plus- bzw. Minus-Ventilen und der Drucksen
ke jeweils ein Kompensationsschieber angeordnet ist.
Dieser Kompensationsschieber vermindert die Druckdiffe
renz über die Plus- bzw. Minus-Ventile. Dies ist ins
besondere dann vorteilhaft, wenn als Plus- bzw. Minus-
Ventile pulsbreitenmodulierte Magnetventile verwendet
werden. Zwischen beiden Arbeitsanschlüssen des Ar
beitsmotors kann ein insbesondere als Kugelwechselven
til ausgebildetes Lastfühlwechselventil angeordnet, an
dessen Ausgang das Lastfühlsignal zur Verfügung steht.
Durch das Lastfühlwechselventil läßt sich auf einfache
Art und Weise immer der Druck der Arbeitsanschlüsse als
Lastfühlsignal gewinnen, der von beiden Drücken in den
Arbeitsanschlüssen der höhere ist. Hierbei kann es gün
stig sein, daß das Lastfühlsignal einem Eingang eines
Hauptsteuer-Wechselventils zugeführt wird, dessen ande
rem Eingang ein Lastfühlsignal eines von der gleichen
Druckquelle versorgten anderen hydraulischen Systems
zugeführt wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich,
mit einer Druckquelle mehrere hydraulische Systeme zu
versorgen und trotzdem sicherzustellen, daß die Druck
quelle immer in Abhängigkeit vom größten auftretenden
Bedarf arbeitet. Es kann damit nicht zu Unterversorgun
gen einzelner hydraulischer Systeme kommen.
Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, daß die Steuer
einrichtung einen oder mehrere Sensoren aufweist, die
feststellen, ob die Last am Arbeitsmotor positiv oder
negativ ist. In Abhängigkeit von der Entscheidung die
ser Frage lassen sich unterschiedliche Steuerungs-Phi
losophien verfolgen. So treten beim Anheben einer Last
in der Regel andere Probleme und Kräfte auf als beim
Absenken. Dies ist insbesondere aus Sicherheitsgründen
beachtenswert.
Hierzu weisen die Sensoren einen Lastsensor, der fest
stellt, in welchem Arbeitsraum des Arbeitsmotors der
höhere Druck herrscht und der insbesondere die Stellung
eines Ventilgliedes in dem zwischen die beiden Arbeits
anschlüsse geschalteten Lastfühl-Wechselventils erfaßt,
und einen Positionssensor, der die Stellung des Haupt
ventils erfaßt, auf. Der Lastsensor kann also auch als
Positionssensor ausgebildet sein, der die Stellung des
Ventilgliedes des Wechselventils erfaßt. Das Wechsel
ventil, dessen Ventilglied-Stellung erfaßt werden soll,
muß nicht notwendigerweise identisch mit dem Lastfühl-
Wechselventil sein. Es bietet sich aber an, ein ohnehin
vorhandenes Wechselventil auch zum Zweck der Druck-
Feststellung auszunutzen. Über die Stellung des Haupt-
Ventils läßt sich feststellen, welcher Arbeitsanschluß
mit der Druckquelle und welcher mit der Drucksenke ver
bunden ist. Wenn in dem mit dem Eingangsanschluß ver
bundenen Arbeitsanschluß der höhere Druck herrscht,
herrscht positive Last. Wenn im mit dem Ausgangsan
schluß verbundenen Arbeitsanschluß ein höherer Druck
herrscht, herrscht negative Last.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform
können die Sensoren einen insbesondere als Lagesensor,
der die Position eines Ventilgliedes eines weiteren
Wechselventils erfaßt, das zwischen dem Eingangsan
schluß und dem Ausgangsanschluß des Hauptventils ange
ordnet ist, ausgebildeten Druckvergleicher aufweist,
der feststellt, ob im Eingangsanschluß oder im Ausgan
gsanschluß des Hauptventils ein höherer Druck herrscht.
Bei dieser Ausgestaltung wird der Druck bereits vor dem
Hauptventil, also auf der dem Arbeitsmotor abgewandten
Seite des Hauptventils erfaßt. Wenn im Eingangsanschluß
der höhere Druck herrscht, liegt positive Last vor.
Wenn hingegen im Ausgangsanschluß der höhere Druck
herrscht, liegt negative Last vor. Hierzu ist aller
dings Voraussetzung, daß zumindest eines der beiden
Kompensationsventile zumindest teilweise geschlossen
ist und das weitere Wechselventil zwischen dem Haupt
ventil und den beiden Kompensationsventilen angeordnet
ist.
Vorteilhafterweise erzeugen die Sensoren in Abhängig
keit von der Lage der jeweiligen Ventilglieder binär
wertige Ausgangssignale in elektrischer, pneumatischer
oder hydraulischer Form. Derartige Ausgangssignale las
sen sich leicht verarbeiten. Da die Ventilglieder nur
zwei definierte Stellungen einnehmen können, die von
Interesse sind, reicht die Auswertung in binärwertiger
Form, also in Gestalt von Signalen, die jeweils eine
Null oder eine Eins darstellen, vollkommen aus.
Auch kann in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen
sein, daß das Ausgangs-Kompensationsventil bei positi
ver Last mit Hilfe des zugeordneten Gegendrucks, der
über die Druckleitung, das weitere Wechselventil und
die Blende wirkt, öffnet. In diesem Fall wirkt der Ge
gendruck gegen das Lastfühlsignal und zwingt das Kom
pensationsventil in die geöffnete Stellung.
Auch ist bevorzugt, daß ein Nachfüllventil zwischen
Hauptventil und Drucksenke vorgesehen ist. Als Nach
füllventil kann beispielsweise ein in Richtung der
Drucksenke sperrendes Rückschlag- oder Ein-Richtungs-
Ventil verwendet werden. Normalerweise würde man anneh
men, daß bei negativer Last zum Absenken auch das Ein
gangs-Kompensationsventil vollständig geöffnet werden
müßte. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird
dieser Effekt jedoch nicht verwendet. Vielmehr ist par
allel zum Eingangs-Kompensationsventil ein mit der
Drucksenke verbundenes Nachfüllventil vorgesehen, um
ein Nachfüllen des anderen Arbeitsraumes des Arbeits
motors zu ermöglichen. Die Absenkung des Druckes des
Lastfühlsignals hat aber den großen Vorteil, daß hier
durch auch der Druckquelle signalisiert wird, daß im
Augenblick kein Druck-Bedarf besteht. Die Druckquelle
muß also beim Absenken einer Last gar nicht tätig wer
den. Trotzdem ist eine gesteuerte Absenkung der Last
bzw. eine gesteuerte Bewegung des Arbeitsmotors bei
negativer Last problemlos möglich. Diese kann ohne wei
teres durch das Ausgangs-Kompensationsventil vorgenom
men werden.
Bevorzugterweise schließt das Ausgangs-Kompensations
ventil bei negativer Last unter der Wirkung von Last
fühlsignal und Feder. Hierdurch wird eine Eigensicher
heit erreicht. Bei negativer Last wird das Ausgangs
kompensationsventil ohne weitere Maßnahmen geschlossen.
Hierdurch läßt sich eine Blockierung oder ein Selbst
halten einer Last erzielen.
Insbesondere bei negativer Last läßt sich dadurch ein
"Einklemmen" der Last, d. h. ein Selbsthalten, errei
chen.
Hierzu ist besonders bevorzugt, daß die Steuereinrich
tung bei negativer Last den Druck des dem Ausgangs-Kom
pensationsventil zugeordneten Lastfühlsignals gesteuert
absenkt. Hierdurch wird erreicht, daß die Steuereinheit
die Bewegungssteuerung des Arbeitsmotors übernimmt. Der
Volumenstrom zur Drucksenke kann sowohl vom Hauptventil
als auch vom Ausgangs-Kompensationsventil reduziert
werden. Auch wenn eines dieser beiden Ventile einen
Defekt aufweisen sollte, können die dadurch bedingten
Fehler nicht zu einer gefährlichen Situation führen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein
Umschaltventil vorgesehen, dessen Stellung davon ab
hängt, ob positive oder negative Last vorhanden ist,
und das in einer Stellung das Lastfühlsignal mit dem
Eingangs-Kompensationsventil und dem ihm zugeordneten
Minus-Ventil verbindet und in der anderen Stellung das
Eingangs-Kompensationsventil mit der Drucksenke und das
Minus-Ventil mit dem Ausgangs-Kompensationsventil und
dem Lastfühlsignal verbindet. Hierdurch lassen sich
eine Anzahl von Plus- und Minus-Ventilen einsparen. Im
Grunde genommen ist nur ein einziges Minus- oder Plus-
Ventil für beide Kompensationsventile notwendig. Aller
dings läßt sich mit dieser Ausgestaltung nur eine be
grenzte Zahl von Einstellungen durchführen. Insbesonde
re ist es hiermit nicht möglich, das Eingangs-Kompensa
tionsventil weiter zu öffnen, als durch das Lastfühlsi
gnal vorgegeben ist.
Vorteilhafterweise ist das Umschaltventil hydraulisch
aktivierbar und schaltet um, wenn die Last zwischen
positiv und negativ bzw. umgekehrt wechselt. Hierdurch
wird erreicht, daß das Umschalten auch ohne elektrische
Aktivierung ausgeführt werden kann. Es kann ein einfa
ches und sehr schnell wirkendes Umschaltventil verwen
det werden, das bereits bei sehr geringen Druckdiffe
renzen wechselt. Wenn das Umschaltventil keine elektri
sche Energie erfordert, kann das Umschalten unabhängig
von eventuellen Fehlern in der Steuereinrichtung erfol
gen. Dies erhöht die Fehlersicherheit im System weiter.
Hierbei ist bevorzugt, daß das hydraulisch aktivierbare
Umschaltventil zwei Arbeitskammern hat, die mit dem
Eingangsanschluß bzw. dem Ausgangsanschluß verbunden
sind, wobei das hydraulisch aktivierbare Umschaltventil
und das weitere Wechselventil mit gemeinsamen Arbeits
kammern zusammengebaut sind. Hierdurch erreicht man
einen einfachen Aufbau des Umschaltventils, das hierzu
in einem Ventilblock integriert werden kann. Es wird
eine weitere Vereinfachung im Aufbau des Systems er
reicht, weil die beiden Ventile in einem gemeinsamen
Gehäuse mit gemeinsamen Steueranschlüssen angeordnet
werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Hauptventil
als richtungsbestimmendes Proportionalventil ausgebil
det, wobei die Steuereinrichtung zur Änderung des Volu
menstroms eine grobe Regelung des Volumenstroms mittels
der Kompensationsventile und eine feinere Regelung mit
tels des Hauptventils durchführt. Das neue System kann
dann bei bereits vorhandenen Systemen verwendet werden.
Die zusätzlichen Ventile können mit herkömmlich bekann
ten Proportionalventilen verwendet werden. Hierdurch
wird eine sehr schnelle Regelung erreicht, bei der die
positiven Eigenschaften der verschiedenen Ventiltypen
optimal ausgenutzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hauptven
til als Wechselventil mit konstantem Areal und Neutral
stellung ausgebildet. Hierdurch erhält man ein extrem
schnelles Ventil. Dieses ist zwar nur richtungsbestim
mend. Eine Volumenstrom-Steuerfunktion kann hierbei
jedoch entfallen, da diese Steuerung durch die Kompen
sationsventile vorgenommen wird. Da die Kompensations
ventile mit Hilfe des Lastfühlsignals gesteuert werden,
die wiederum von pulsbreitenmodulierten Magnetventilen
gesteuert sind, wird eine sehr schnelle Steuerung des
Volumenstromes ermöglicht. Die Steuerung ist so
schnell, daß auftretende Schwingungen durch ein gegen
phasiges Steuern der Kompensationsventile sehr schnell
gedämpft werden können, insbesondere dann, wenn ein
Sensor zum Ermitteln der Schwingungen im hydraulischen
System vorhanden ist. Darüber hinaus ist die Herstel
lung eines Hauptventils, das lediglich eine Richtungs
funktion hat, sehr einfach und preisgünstig. Ein der
artiges Ventil kann mit einer großen Fehlersicherheit
hergestellt werden.
Das Hauptventil kann in einer weiteren bevorzugten Aus
gestaltung auch als Brückenschaltung von zwangsgesteu
erten Ventilen ausgebildet sein. Hierdurch wird er
reicht, daß das Hauptventil aus vier einzelnen, relativ
einfachen und einzeln wirkenden Ventilen hergestellt
werden kann, deren Funktion darauf begrenzt ist, beim
Auftreten eines Steuersignals zu öffnen und ohne Steu
ersignal zu schließen. Auch hierdurch läßt sich eine
extrem schnelle Steuerung erreichen.
Bevorzugterweise sind die Ventile der Brückenschaltung
als zwangsgesteuerte elektrisch und/oder hydraulisch
und/oder pneumatisch und/oder mechanisch aktivierbare
Kugel-Wechselventile ausgebildet. Hierdurch wird er
reicht, daß das Hauptventil aus Ventilen aufgebaut ist,
bei denen der Druck im geschlossenen Zustand zur Ab
dichtung der Ventile beiträgt, so daß, wenn überhaupt,
nur sehr geringe Leckagen auftreten können. Wenn das
Steuersignal ausbleibt, schließen die Kugelventile auf
grund des Drucks sehr schnell. Dies trägt zu einer wei
teren Erhöhung der Sicherheit bei.
Hierbei ist bevorzugt, daß eine Hilfsfluidquelle über
Steuerventile auf Steuereingänge der Ventile der Brücken
schaltung wirkt. Durch die Hilfsfluidquelle kann die
Steuerenergie für die Umschaltung der Wechselventile
zur Verfügung gestellt werden. Die Hilfsfluidquelle muß
nicht durch eine eigene Pumpe gebildet werden. Der
Druck kann auch von der Druckquelle entnommen werden.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ist vorgesehen,
daß die Steuereinrichtung eine Vergleichereinheit zur
Ermittlung mindestens eines Fehlerzustandes in den Ven
tilen und/oder der Steuereinrichtung aufweist, wobei
die Steuereinrichtung alle Ventile bei Auftreten eines
Fehlerzustandes stromlos schaltet. Da bei geschlossenen
Ventilen eine weitere Bewegung des Arbeitsmotors nicht
mehr möglich ist, wird das System in seinem augenblick
lichen Zustand, d. h. dem Zustand bei Auftreten des Feh
lers, verriegelt. Diese Verriegelung kann schneller
geschehen als im herkömmlichen Fall, da die Kompensa
tionsventile schneller schließen können als das Haupt
ventil in seine Neutralstellung bewegbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung unterbrechen die
Magnetventile den Volumenstrom durch das Eingangs-Kom
pensationsventil und das Ausgangs-Kompensationsventil
beim Ausbleiben der Steuersignale. Hierbei wird sicher
gestellt, daß eine Last bei einem Fehler im System hän
genbleibt und nicht unkontrolliert absinkt. Hierzu sind
bevorzugterweise die Minus-Ventile als normal-offene-
Ventile und die Plus-Ventile bzw. die Steuerventile als
normal-geschlossene-Ventile ausgebildet. Durch diese
konstruktive Maßnahme läßt sich sehr einfach erreichen,
daß der Volumenstrom bei Ausbleiben von Hilfsenergie
unterbrochen wird, wodurch die Last hängenbleibt.
Vorzugsweise enthält die Steuereinrichtung mindestens
zwei parallel arbeitende Verarbeitungseinheiten, die
die gleichen Eingangssignale erhalten, und eine Ver
gleichereinheit, die Ausgangssignale und/oder Zwischen
signale der Verarbeitungseinheiten vergleicht und bei
Abweichungen einen Fehlerzustand feststellt. Normaler
weise müßten die beiden Verarbeitungseinheiten exakt
parallel arbeiten, d. h. ihre Ausgangssignale und auch
ihre Zwischensignale, d. h. die Signale zwischen einzel
nen Stufen der Verarbeitungseinheiten, müssen überein
stimmen. Treten Abweichungen auf, muß eine der beiden
Verarbeitungseinheiten defekt sein. Aus Sicherheits
gründen wird dann ein Fehlerzustand festgestellt und
entsprechende Maßnahmen zur Warnung, zur Beseitigung
des Fehlers oder zur Stillsetzung des Systems getrof
fen.
In einer weiteren Ausgestaltung sind mindestens drei
Verarbeitungseinheiten vorgesehen. Die Vergleicherein
heit erzeugt ein Hilfsfehlersignal, wenn nur eine Ver
arbeitungseinheit von den anderen abweichende Ausgangs-
bzw. Zwischensignale erzeugt, wobei die Vergleicherein
heit bei mehr als zwei Verarbeitungseinheiten und Auf
treten einer Abweichung von Signalen feststellt, welche
der Verarbeitungseinheiten abweicht und diese Verarbei
tungseinheit ausschaltet. Wenn nur eine Verarbeitungs
einheit abweichende Signale erzeugt, ist die Wahr
scheinlichkeit groß, daß gerade diese Verarbeitungsein
heit defekt ist. Es reicht hierbei aus, ein Hilfsfeh
lersignal zu erzeugen, um darauf hinzuweisen, daß eine
Verarbeitungseinheit defekt ist und repariert oder aus
getauscht werden muß. Es kann mit den verbleibenden
Verarbeitungseinheiten ein Notbetrieb aufrechterhalten
werden. Hierdurch ist es möglich, das System auch bei
Auftreten eines Fehlers in einen Zustand zurückzufüh
ren, der einen gefahrlosen Zugang erlaubt, beispiels
weise eine schwebende Last abzusenken. Es wird er
reicht, daß das System weiter arbeiten kann, auch wenn
in einer Verarbeitungseinheit ein Fehler vorhanden ist.
Das bedeutet, daß eine hängende oder angehobene Last
ohne Sicherheitsrisiko abgesenkt werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Arbeitsmotor ein Lenkmotor
einer Fahrzeuglenkung. Bei Fahrzeuglenkungen ist der
Sicherheitsbedarf relativ groß. Diese Forderung ist
beim vorliegenden System in hohem Maße erfüllt. Fast
alle wichtigen Komponenten sind redudant ausgelegt, so
daß auch bei den meisten Defekten keine gefährlichen
Situationen auftreten können.
Hierbei ist das System bevorzugterweise redundant aus
mindestens zwei Ventilsektionen aufgebaut, die von un
abhängigen elektronischen Verarbeitungseinheiten ge
steuert werden, wobei die mindestens zwei Ventilsektio
nen parallelgeschaltet sind und den gleichen Arbeits
zylinder versorgen. Somit wird ein relativ weitgehend
fehlergesichertes Steuersystem für Landfahrzeuge oder
Schiffe erreicht, wobei fast jeder Fehler so ausgegli
chen werden kann, daß ein weiterer Betrieb möglich ist,
ohne daß eine Bedienungsperson die Bedienung oder
Steuerung des Fahrzeuges ändern muß. Das System kann
als Steuersystem für bereits existierende Fahrzeuge
verwendet werden, d. h. es kann nachgerüstet werden.
Weil die Ventilsektionen so aufgebaut sind, daß es meh
rere Möglichkeiten für die Unterbrechung des Volumen
stromes gibt, kann eine fehlerbehaftete Ventilsektion
mit großer Sicherheit geschlossen werden. Sie hat damit
keinen Einfluß mehr auf die parallelgeschaltete Ventil
sektion. Wenn die Steuereinrichtungen ihre Eingangs
signale von Detektoren erhalten, die mit Steuerorganen
des Fahrzeugs verbunden sind, kann das Fahrzeug mit
einem kleineren Lenkhandrad betrieben werden, sofern
kein Momentbedarf für die Steuereinheit vorhanden ist.
Gleichzeitig kann das Fahrzeug mit einem "Joy-stick",
d. h. einem Steuerknüppel, gelenkt werden, ohne daß
hierzu eine Änderung im Steuersystem notwendig ist. Es
wird auch möglich das Fahrzeug von verschiedenen Bedie
nungspositionen aus zu steuern. Das System kann auch so
aufgebaut werden, daß das Fahrzeug mit einer Fernsteue
rung gelenkt wird und sich die Bedienungsperson außer
halb des Fahrzeugs aufhält. Auch kann mit dem System
eine führerlose Steuerung realisiert werden, die mit
einer Leitlinie arbeitet, die mechanisch, elektronisch,
magnetisch, optisch oder auf ähnliche Weise ausgebildet
sein kann. Derartig ausgerüstete Fahrzeuge können dann
weitgehend autonom arbeiten. Wenn am Ausgang des Ar
beitsmotors Detektoren vorgesehen sind, die an die
Steuereinheiten zurückmelden, kann das System als ge
schlossene Regelung arbeiten. Gleichzeitig kann die
durch die Steuereinrichtung gebildete Überwachungselek
tronik auf diese Weise die Funktion des Steuersystems
kontrollieren. Wenn die Steuereinrichtung Mittel für
begrenzte Korrekturen von Abweichungen zwischen Signa
len von Detektoren von den Steuerorganen und Rückmel
dungs-Signalen von den Detektoren am Ausgang des Ar
beitsmotors aufweist, können kleinere Abweichungen, die
wegen Leckagen in hydraulischen System praktisch unver
meidbar sind, ausgeglichen werden, bevor die Abweichun
gen so groß werden, daß sie von einer Bedienungsperson
bemerkt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 1a eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1,
Fig. 2 eine vereinfachte Ausführungsform der Erfin
dung,
Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung entspre
chend Fig. 1 mit einem anderen Hauptventil,
Fig. 4 eine Ausführungsform entsprechend Fig. 2 mit
einem anderen Hauptventil,
Fig. 4a eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 4,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Steuer
einheit und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erweiter
ten Systems.
Ein in Fig. 1 dargestelltes hydraulisches System weist
eine mit einem als Druckquelle dienenden Pumpenanschluß
P verbundene Pumpenleitung 1 auf, durch die Hydraulik
flüssigkeit über ein Eingangs-Kompensationsventil 2 und
eine daran anschließende Eingangsleitung 19 zu einem
Hauptventil 3 gefördert werden kann. Das Hauptventil 3
kann mit einem herkömmlichen bekannten Schieber als ein
Proportionalventil ausgebildet sein. Vom Hauptventil 3
führen zwei Arbeitsanschlüsse 73, 74 zu einem Arbeits
motor 4. Der Arbeitsmotor 4 kann in beide Richtungen
bewegt werden. Er weist hierzu zwei durch einen Kolben
77 getrennte Arbeitsräume 75, 76 auf, die mit den Ar
beitsanschlüssen 73, 74 verbunden sind. Der Kolben be
wegt eine Kolbenstange 78. Der Arbeitsmotor 4 kann bei
spielsweise in einem Kran eingesetzt werden, um einen
Ausleger anzuheben, oder er kann in einer Fahrzeuglen
kung eingesetzt werden, um die gelenkten Räder des
Fahrzeuges in eine bestimmte Richtung zu bewegen.
Das Hauptventil 3 ist über eine Ausgangsleitung 20 mit
einem Ausgangs-Kompensationsventil 5 verbunden. Das
Ausgangs-Kompensationsventil 5 ist über eine Tanklei
tung 6 mit einem als Drucksenke dienenden Tankanschluß
T verbunden.
Vom Pumpenanschluß P zugeführte Hydraulikflüssigkeit
gelangt somit durch das Eingangs-Kompensationsventil 2,
die Eingangsleitung 19 und das Hauptventil in einen
durch das Hauptventil 3 bestimmten Arbeitsanschluß 73,
74 und dann in den mit diesem Arbeitsanschluß 73, 74
verbundenen Arbeitsraum 75, 76 des Arbeitsmotors 4 und
bewegt den Kolben 77 in die entsprechende Richtung. Die
aus dem anderen Arbeitsraum 76, 75 verdrängte Hydrau
likflüssigkeit gelangt dann durch den anderen Arbeits
anschluß 74, 73 zum Hauptventil 3 und von dort über die
Ausgangsleitung 20, das Ausgangs-Kompensationsventil 5
und die Tankleitung 6 zum Tankanschluß T.
Beide Arbeitsanschlüsse 73, 74 des Hauptventils 3 sind
über Druckverbindungen 7 mit einem Wechselventil 8 ver
bunden. Das Wechselventil 8 gibt den jeweils höheren
Druck an eine durch zwei Blenden 9, 10 gebildete Blen
deneinrichtung weiter. Am Ausgang der Blendeneinrich
tung, d. h. auf den Leitungen 11 und 12 steht damit ein
Lastfühlsignal zur Verfügung, das in der Literatur auch
als LS-Signal bezeichnet wird.
Die Leitung 11 ist mit einem Steuereingang des Ein
gangs-Kompensationsventils 2 verbunden. Die Leitung 11
ist außerdem mit einem Eingang eines Hauptsteuer-Wech
selventils 38 verbunden, dessen anderem Eingang ein
Lastfühlsignal eines weiteren, nicht dargestellten Hy
drauliksystems zugeführt wird, das von der gleichen
Druckquelle versorgt wird. Am Ausgang des Hauptsteuer-
Wechselventils steht also das Lastfühlsignal LS aller
hydraulischer Systeme, die von der gleichen Pumpe P
versorgt werden, mit dem höchsten Druck zur Verfügung.
Dieses Lastfühlsignal wird in bekannter Art und Weise
zur Steuerung dieser Druckquelle verwendet.
Die Leitung 11 ist ebenfalls verbunden mit einer durch
zwei pulsbreitenmodulierte Magnetventile 13, 14 gebil
dete Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung 13, 14
weist hierbei ein Plus-Ventil 13 auf, das die Leitung
11 mit der Leitung 19, d. h. dem Ausgang des Eingangs-
Kompensationsventils 2, verbindet und ein Minus-Ventil
14, das die Leitung 11 mit dem Tankanschluß T verbin
det, auf. Das Plus-Ventil 13 ist in Ruhestellung ge
schlossen, das Minus-Ventil 14 in Ruhestellung offen.
Zwischen dem Ausgang des Minus-Ventils 14 und dem Tank
anschluß T ist noch ein Kompensationsventil 15 geschal
tet, um die Druckdifferenz über das Minus-Ventil 14
nicht zu groß werden zu lassen. Das Plus-Ventil 13
weist einen Steuereingang 48 und das Minus-Ventil 14
einen Steuereingang 49 auf, über die der Öffnungsgrad
der beiden Ventile 13, 14 eingestellt werden kann.
Wenn das Plus-Ventil 13 öffnet, wird der Druck auf der
Leitung 11 erhöht, d. h. das Lastfühlsignal, das dem
Eingangs-Kompensationsventil 2 zugeführt wird, erhält
einen höheren Druck. Wenn das Minus-Ventil 14 geöffnet
ist, wird der Druck auf der Leitung 11 abgesenkt, d. h.
der Druck des Lastfühlsignals sinkt. Im ersten Fall
wird der Öffnungsgrad des Eingangs-Kompensationsventils
2 vergrößert, da das Lastfühlsignal zusammen mit einer
Feder 23 in Öffnungsrichtung auf das Eingangs-Kompensa
tionsventil 2 wirkt, im anderen Fall wird der Öffnungs
grad des Eingangs-Kompensationsventils 2 verringert.
Durch die Steuerung des Öffnungsgrades des Eingangs-
Kompensationsventils 2 läßt sich die Druckdifferenz
über das Hauptventil 3 einstellen und damit auch der
Volumenstrom durch das Hauptventil 3.
Die Leitung 12, auf der ebenfalls der Druck des Last
fühlsignales anliegt, ist mit einem Steuereingang des
Ausgangs-Kompensationsventils 5 verbunden und wirkt auf
das Ausgangs-Kompensationsventil 5 in schließender
Richtung zusammen mit einer Feder 22. Die Leitung 12
ist mit einem Minus-Ventil 16 verbunden, das wiederum
über ein Kompensationsventil 17 mit der Tankleitung T
verbunden ist. Das Minus-Ventil 16 hat einen Steuerein
gang 47, über das es elektrisch steuerbar ist. Auch das
Minus-Ventil 16 kann als pulsbreitenmoduliertes Magnet
ventil ausgebildet sein. Das Minus-Ventil 16 ist in
Ruhestellung geschlossen.
Auf das Ausgangs-Kompensationsventil 5 wirkt ein Gegen
druck in Öffnungsrichtung, der auf einer Leitung 21
anliegt. Die Leitung 21 ist über eine Blende 32 mit
einem Wechselventil 18 verbunden. Das Wechselventil 18
ist einerseits mit der Leitung 20 und andererseits mit
der Leitung 19 verbunden. Vor der Blende 32, d. h. am
Ausgang des Wechselventils 18 liegt also immer der hö
here der beiden Drücke im Pumpenanschluß und im Tank
anschluß des Hauptventils 3 an.
Die Leitung 21 ist über ein Plus-Ventil 33, dem ein
Kompensationsventil 34 nachgeschaltet ist, ebenfalls
mit der Tankleitung T verbunden. Durch Öffnen des Plus-
Ventils 33 läßt sich der Druck auf der Leitung 21 ab
senken. Hierdurch wird der Gegendruck auf das Ausgangs-
Kompensationsventil 5 abgesenkt und das Ausgangs-Kom
pensationsventil wird unter Einfluß des Lastfühlsignals
auf der Leitung 12 und der Feder 22 in Schließstellung
bewegt. Das Plus-Ventil 33 ist in Ruhestellung offen.
Am Wechselventil 18 ist ein Lagesensor 79 angeordnet,
der die Lage des Ventilgliedes 81, einer Kugel, im
Wechselventil 18 erfaßt und ein entsprechendes Stel
lungssignal über eine Leitung 80 ausgibt. Mit Hilfe
dieses Signals kann die in Fig. 5 dargestellte Steuer
einrichtung feststellen, ob positive oder ob negative
Last vorliegt. Bei positiver Last ist die Kraft vom
Motor auf die am Motor angreifende Gegenkraft größer
als die Gegenkraft. Bei negativer Last ist die angrei
fende Gegenkraft größer als die vom Motor ausgeübte.
Beispielsweise liegt positive Last vor, wenn der Ar
beitsmotor 4 eine Last anhebt, z. B. den Ausleger eines
Kranes nach oben verschwenkt. Negative Last liegt hin
gegen vor, wenn ohne oder mit geringem Pumpendruck der
Ausleger abgesenkt werden soll. Bei positiver Last ist
der Druck in der Eingangsleitung 19 größer als in der
Ausgangsleitung 20. Bei negativer Last ist es umge
kehrt.
Eine andere Möglichkeit, um zu ermitteln, ob positive
oder negative Last vorliegt, wird mit Hilfe eines Sen
sors 71 bereitgestellt, der über eine Leitung 72 ein
Signal ausgibt, das eine Aussage darüber erlaubt, wel
che Stellung der Schieber des Hauptventils 3 hat. Fer
ner ist ein Sensor 31 vorgesehen, der die Stellung des
Ventilgliedes im Wechselventil 8 ermittelt und über
eine Leitung 44 ausgibt. Aus der Kombination von Stel
lung des Schiebers im Hauptventil 3 und Druck in den
Arbeitsanschlüssen 73, 74 läßt sich ebenfalls ermit
teln, ob positive oder negative Last vorliegt. Wenn in
dem über das Hauptventil 3 mit der Druckquelle verbun
denen Anschluß der höhere Druck herrscht, liegt positi
ve Last vor. Wenn in dem mit der Drucksenke über das
Hauptventil 3 verbundenen Arbeitsanschluß 73, 74 der
höhere Druck herrscht, liegt negative Last vor.
Bei positiver Last wird also der Druck in der Eingangs
leitung 19 immer einen höheren Wert haben als der Druck
in der Ausgangsleitung 20. Dieser Druck in der Ein
gangsleitung 19 wird über das Wechselventil 18 und die
Blende 32 zum Ausgangs-Kompensationsventil 5 geleitet
und wirkt auf dieses in Öffnungsrichtung. Der Druck in
der Ausgangsleitung 12, der vom Druck des Lastfühlsi
gnals abhängt, hat aufgrund des Druckabfalls im Haupt
ventil 3 immer einen niedrigeren Wert. Wenn die Kraft
der Feder 22 relativ niedrig ausgelegt ist, erreicht
man auf diese Weise, daß das Ausgangs-Kompensationsven
til bei positiver Last immer voll geöffnet wird. Wenn
man wünscht, daß der Abfluß der Hydraulikflüssigkeit
aus dem entsprechenden Arbeitsraum 75, 76 zum Tank un
terbrochen werden soll, läßt sich das Plus-Ventil 33
öffnen, wodurch der Gegendruck erniedrigt wird und das
Ausgangs-Kompensationsventil entweder geschlossen wird,
um einen Abfluß ganz zu unterbinden, oder der Öffnungs
grad verringert wird, um den Abfluß zu drosseln.
Durch diese Maßnahme wird in dem dargestellten System
eine relativ große Sicherheit erreicht. Unabhängig von
Fehlern im Hauptventil 3 hat man die Möglichkeit, mit
Hilfe des Plus-Ventils 33 und des Ausgangs-Kompensa
tionsventils 5 die Verbindung vom Hauptventil 3 zum
Tank T zu blockieren. Die Sicherheit wird hierbei durch
eine Redundanz erzielt, weil wenigstens zwei Ventile,
nämlich das Hauptventil 3 und das Ausgangs-Kompensa
tionsventil 5 gleichzeitig ausfallen müssen, damit we
sentliche Störungen auftreten.
Wenn in dem System negative Last auftritt, bedeutet
dies, daß der Druck in der Ausgangsleitung 20 höher
wird als der Druck in der Eingangsleitung 19. Dement
sprechend wird über das Kugelventil 18, die Blenden 32
und die Leitung 21 Druck auf den Gegendruckeingang des
Ausgangs-Kompensationsventils 5 geleitet. Der Druck auf
der Ausgangsleitung 20 wirkt also in Öffnungsrichtung
auf das Ausgangs-Kompensationsventil 5. Gleichzeitig
bewirkt die negative Last, daß das Ventilglied im Wech
selventil 8 seine Position ändert. Der Druck von der
negativen Last wirkt nun auf die Lastfühlleitungen 11
und 12. In diesem Fall ist der Druck auf der Leitung 12
höher als der Druck auf der Ausgangsleitung 20, weil
der Druckabfall über das Hauptventil 3 in umgekehrter
Richtung wirkt. Der Druck auf der Leitung 12 wirkt also
zusammen mit der Feder 22 in Schließrichtung auf das
Ausgangs-Kompensationsventil 5, so daß bei negativer
Last ein Entleeren des Arbeitsmotors 4 zum Tank hin
automatisch unterbunden wird. Dies führt zu einer
Selbsthemmung des Arbeitsmotors bei negativer Last, was
insbesondere bei Kränen vorteilhaft ist, wenn man ein
ungesteuertes Absenken der Last auch bei Auftreten von
Fehlerzuständen verhindern will.
Um bei negativer Last eine Entleerung des mit Druck
beaufschlagten Arbeitsraumes 75, 76 zum Tank T bewirken
zu können, kann man durch eine Verringerung des Drucks
auf der Leitung 12, also durch eine Verringerung des
Drucks des Lastfühlsignals, eine Öffnung des Ausgangs-
Kompensationsventiles 5 bewirken. Dies erfolgt durch
Öffnen des Minus-Ventils 16. Zusammen mit der Blende 10
ergibt sich hierbei ein Druckteiler, so daß der auf das
Ausgangs-Kompensationsventil 5 wirkende Schließdruck
eingestellt werden kann. Weil das Minus-Ventil 16 eben
falls pulsbreitenmoduliert ist, kann der Öffnungsgrad
dieses Ventils gesteuert und damit der Volumenstrom
durch das Ausgangs-Kompensationsventil 5 eingestellt
werden.
Bei negativer Last wird der höchste Druck über die Lei
tung 11 und das Hauptsteuer-Wechselventil 38 zur Druck
quelle weitergeleitet. Hierdurch wird die Druckquelle
auf einen entsprechenden Druckwert geregelt. Bei einem
hohen Druck auf der Leitung 11 stellt sie demnach einen
hohen Druck zur Verfügung. Dies ist beim Absenken einer
Last möglich. Bei negativer Last ist es möglich das Mi
nus-Ventil 14 zu öffnen, wodurch der Druck auf der Lei
tung 11 auf einen minimalen Wert abgesenkt wird. Dieser
minimale Wert wird über das Hauptsteuer-Wechselventil
38 an die Druckquelle weitergegeben, die, wenn kein
höherer Druckbedarf besteht, auf einen niedrigen Aus
gangsdruck eingestellt werden kann. Die Absenkung von
Last bei negativer Last kann also ohne Volumenstrom von
der Druckquelle erfolgen. Da das Eingangs-Kompensati
onsventil 2 aber durch diese Maßnahme geschlossen wird,
ist ein Nachfüll-Ventil 24 vorgesehen, über das Hydrau
likflüssigkeit aus dem Tankanschluß T in den anderen
Arbeitsraum 75, 76 des Arbeitsmotors 4 nachgefüllt wer
den kann. Dadurch, daß bei negativer Last eine Steue
rung ohne Verwendung von Pumpendruck erfolgen kann,
werden Verluste niedrig gehalten und der Wirkungsgrad
erhöht.
Damit die Steuereinrichtung 25 entsprechend den Vorga
ben arbeiten kann, benötigt sie einige Informationen.
So ist ein Druck-Spannungs-Wandler 29 vorgesehen, der
einen Differenzdruck über das Hauptventil 3 mißt. Fer
ner ist ein Druck-Spannungs-Wandler 30 vorgesehen, der
den Druck des Lastfühlsignals, also den Druck am Aus
gang des Wechselventils 18 ermittelt. Der Sensor 31,
der im Prinzip ein Weg-Spannungswandler ist und die
Stellung des Ventilglieds im Wechselventil 8 ermittelt,
wurde bereits oben erwähnt. Die drei Wandler geben Si
gnale auf den Leitungen 46, 45 und 44 aus, die der
Steuereinrichtung 25 zugeführt werden.
Die Steuereinrichtung 25 kann über Leitungen 52, 53 die
Stellung des Schiebers im Hauptventil 3 beeinflussen.
Zusätzlich können Federn auf den Schieber wirken, ins
besondere, um ihn in eine Neutralstellung zu bringen.
Über die Leitungen 47 bis 50 können die einzelnen Plus-
und Minus-Ventile 13, 14, 16 und 33 gesteuert werden.
Fig. 1a zeigt eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1,
bei der das Plus-Ventil 13 ersetzt ist durch ein Plus-
Ventil 121. Das Plus-Ventil 121 hat die gleiche Funk
tion wie das Plus-Ventil 13. Es führt nämlich bei Betä
tigung zu einer Verringerung des Öffnungsgrades des
Eingangs-Kompensationsventils 2. Dies wird aber im Ge
gensatz zu Fig. 1 nicht dadurch erreicht, daß der
Schließdruck auf das Eingangs-Kompensationsventil 2
erhöht wird, sondern dadurch, daß der Öffnungsdruck auf
das Eingangs-Kompensationsventil 2 abgesenkt wird. Dem
entsprechend wirkt das Plus-Ventil 121 auch auf die
andere Seite des Eingangs-Kompensationsventils 20, d. h.
es ist zwischen der der Feder 23 entgegengesetzten
Steuerseite des Eingangs-Kompensationsventils 2 und dem
Tankanschluß T angeordnet. Für die Gegenrichtung können
ebenfalls eine Feder und ein Betätigungselement vorge
sehen sein. Um für das Plus-Ventil 121 gute Arbeitsbe
dingungen zu schaffen, ist zwischen dem Ausgang dieses
Ventils 121 und dem Tank T ein Kompensationsventil 122
vorgesehen. Um die Menge des vom Ausgang des Eingangs-
Kompensationsventils 2 zum Tank T fließenden Druckmit
tels zu vermindern ist zwischen dem Ausgang des Ein
gangs-Kompensationsventils 2 und dem Eingang des Plus-
Ventils 121 eine Blende 120 vorgesehen. Mit Hilfe des
Plus-Ventils 121 und der Blende 120 kann damit ein
Druckteiler realisiert werden, der den Schließdruck auf
das Eingangs-Kompensationsventil 2 einstellt.
Das Plus-Ventil 121 kann als pulsbreitenmoduliertes
Magnetventil ausgebildet sein, das in Öffnungsrichtung
von einer Feder 123 und in Schließrichtung von einem
Magneten beaufschlagt wird, der über ein elektrisches
Signal 124 angesteuert wird.
Fig. 2 zeigt eine weitere, gegenüber Fig. 1 vereinfach
te Ausführungsform. Anstelle von vier pulsbreitenge
steuerten Magnetventilen für die Plus- und Minus-Venti
le 13, 14, 16 und 33 ist hier lediglich ein einziges
Minus-Ventil 14 mit nachgeschaltetem Kompensationsven
til 15 vorgesehen. Dafür ist ein Umschaltventil 35, das
über eine Leitung 51 von der Steuereinrichtung 25 ge
steuert werden kann, vorgesehen. Dieses Umschaltventil
verbindet entweder die Leitung 11 mit dem Eingang des
Minus-Ventils 14 und dem Steuereingang des Eingangs-
Kompensationsventils 2 oder die Leitung 12 mit dem Ein
gang des Minus-Ventils 14, wobei der Steuereingang des
Eingangs-Kompensationsventils 2 mit der Tankleitung T
verbunden wird. Natürlich ist auf diese Art und Weise
auch sichergestellt, daß der entsprechende Eingang des
Hauptsteuer-Wechselventils 38 mit dem Tank-Druck T ver
bunden ist. Die in Fig. 2 dargestellte Stellung des
Umschaltventils 35 ist die Stellung, die dieses Ventil
einnimmt, wenn positive Last anliegt. In diesem Fall
wird das Laststeuersignal über die Leitung dem Steuer
eingang des Eingangs-Kompensationsventils 2 und über
die Leitung 12 dem Steuereingang des Ausgangs-Kompensa
tionsventils 5 zugeführt. Da gleichzeitig über das
Wechselventil 18 dem Gegendruckeingang des Ausgangs-
Kompensationsventils 5 der auf der Eingangsleitung 19
anliegende Druck zugeführt wird, wird das Ausgangs-Kom
pensationsventil 5 bei positiver Last in geöffnete
Stellung bewegt.
Wenn das Umschaltventil 35 bei negativer Last in die
entgegengesetzte Stellung umgeschaltet wird, wird die
Leitung 12 mit dem Minus-Ventil 14 verbunden und das
Eingangs-Kompensationsventil 2 mit dem Tank T. Dadurch
schließt sowohl das Eingangs-Kompensationsventil 2 als
auch das Ausgangs-Kompensationsventil 5. Der Öffnungs
grad des Ausgangs-Kompensationsventils 5 ist jedoch
über das Minus-Ventil 14 steuerbar. Auf diese Weise ist
es möglich, das System mit nur einem pulsbreitenmodu
lierten Magnetventil 14 und dem Umschaltventil 35 zu
realisieren. Das Fehlen des Plus-Ventils 13 bewirkt,
daß eine Erhöhung des Druckabfalls über das Hauptventil
3 nicht möglich ist.
Wie auch aus der Beschreibung der Fig. 1 und 2 hervor
geht, hat das Hauptventil 3 praktisch nur noch die Auf
gabe, die Richtung, in der der Arbeitsmotor 4 arbeitet,
zu bestimmen, also festzulegen, in welchen der beiden
Arbeitsräume 75, 76 die von der Pumpe P geförderte Hy
draulikflüssigkeit eintreten soll. Aus diesem Grund
kann man das Hauptventil auch als Ventil mit festem
Areal konstruieren, jedoch mit neutraler Mittelstel
lung. Dieses Ventil kann einfach und preisgünstig her
gestellt werden.
Fig. 3 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform, die
im wesentlichen der der Fig. 1 entspricht. Gleiche Tei
le sind hier auch mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Allerdings ist das Hauptventil 3 ersetzt durch eine
Brückenschaltung 37 aus vier Kugel-Wechselventilen 36.
Diese Kugelventile haben den Vorteil, daß sie automa
tisch geschlossen werden, wenn kein Steuersignal an
liegt. Die Kugelventile 36 können elektrisch, elektro
magnetisch, elektromechanisch, pneumatisch oder, wie
gezeigt, hydraulisch aktiviert werden. Die dargestell
ten Kugelventile 36 werden zum Öffnen von einem Pilot
druck gesteuert, der jeweils von einer Pilotdruckquelle
43 durch eines oder zwei Magnetventile 41, 42 über
Druckverbindungen 39, 40 geführt wird. Die Kugelventile
36 können einfach und preisgünstig hergestellt werden.
Durch den auf die Kugeln wirkenden Druck werden sie in
Schließstellung gut abgedichtet.
Die in den Fig. 1 und 2 durch das Hauptventil noch
wahrnehmbare Funktion der Steuerung des Volumenstromes
entfällt hier vollkommen. In dieser Ausgestaltung wird
die Steuerung des Volumenstromes ausschließlich durch
das Eingangs-Kompensationsventil 2 und das Ausgangs-
Kompensationsventil 5 vorgenommen.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die im wesentlichen
der der Fig. 2 entspricht. Auch hier ist das Hauptven
til 3 durch eine Brückenschaltung 37 ersetzt.
Das Umschaltventil 35 kann hier, genau wie in Fig. 2,
durch ein Steuersignal auf einer Eingangsleitung 51 von
der Steuereinrichtung 25 umgeschaltet werden.
Fig. 4a zeigt eine gegenüber Fig. 4 geringfügig geän
derte Ausgestaltung, bei der das Umschaltventil 35, das
elektrisch betätigbar ist, durch ein hydraulisch betä
tigbares Umschaltventil 125 ersetzt worden ist. Das
Umschaltventil 125 wird von der Eingangsleitung 19 zwi
schen dem Eingangs-Kompensationsventil 2 und dem Haupt
ventil 37 und auch von der Ausgangsleitung 20 zwischen
Hauptventil und Ausgangs-Kompensationsventil 5 beauf
schlagt. Das Umschaltventil 125 wird also sowohl vom
Zufuhrdruck als auch vom Rücklaufdruck beeinflußt. Die
Stellung des Umschaltventils 12 ist davon abhängig,
welche der beiden Drücke am höchsten ist. Bei positiver
Last hat das Umschaltventil 125 die in Fig. 4a gezeigte
Position. Bei negativer Last wechselt das Umschaltven
til 125 in die entgegengesetzte Position. Da das Um
schaltventil auf Druckdifferenzen zwischen der Ein
gangsleitung 19 und der Ausgangsleitung 20 reagiert,
kann es sehr schnell und auch bei geringen Druckdiffe
renzen umschalten.
Die Steuereinrichtung 25 ist in den Fig. 1 bis 4 nur
schematisch dargestellt. Sie weist zwei Verarbeitungs
einrichtungen 26 und 27 auf, die mit einer Vergleichs
einheit 28 verbunden sind. Der nähere Aufbau geht aus
Fig. 5 hervor. Die Vergleichseinheit vergleicht alle
Ausgangssignale und auch alle Zwischensignale von den
beiden Verarbeitungseinheiten 26 und 27 und gibt über
eine Anzeigeeinrichtung 82 eine Fehlermeldung aus, wenn
die beiden Verarbeitungseinheiten 26, 27 nicht exakt
übereinstimmend arbeiten. Ferner kann die Vergleichs
einheit 28 ein Steuersignal ausgeben, das über die Si
gnalleitungen 47 bis 55 dazu führt, daß alle Ventile
geschlossen werden.
Die Eingangssignale 44 bis 46 und 72 wurden im Zusam
menhang mit Fig. 1 diskutiert. Hier kommen Signale von
den Wandlern bzw. Sensoren 29 bis 31, 72, 79 an. Auf
Leitung 63 kann ein Signal von einem nicht dargestell
ten Steuerhandgriff zugeführt werden. Über eine Leitung
64 kann ein Lastfühlsignal zugeführt werden. Über eine
Leitung 65 können Signale von einer zentralen Verarbei
tungseinrichtung zugeführt sein, die für eine gleich
zeitige Steuerung mehrerer hydraulischer Systeme ver
wendet wird. Die Leitung 80 liefert das Signal des Sen
sors 79, der die Stellung des Ventilgliedes im Wechsel
ventil 18 ermittelt.
Alle Eingangsleitungen werden einem Eingangsmodul 56
zugeführt, der beispielsweise Meßverstärker oder Ana
log/Digital-Umsetzer beinhaltet. Wie aus Fig. 5 er
sichtlich, werden alle Eingangssignale beiden Verarbei
tungseinheiten 26 und 27 und somit beiden Eingangsmodu
len 56 zugeführt. Von den Eingangsmodulen 56 gelangen
entsprechende Ausgangssignale weiter an Logik-Einheiten
58, die einen Speicher 57 aufweisen. Auf der Basis der
Speicher 57 können die Logik-Einheiten 58 feststellen,
ob möglicherweise unlogische Betriebszustände unter den
ankommenden Meßsignalen auftreten. Hierbei ist es im
gewissen Umfang möglich, festzustellen, ob in einem
oder in mehreren Übertragern Fehler auftreten. Die Lo
gik-Einheiten 58 sind ebenfalls mit der Vergleichsein
heit 28 verbunden. Von den Logik-Einheiten 58 werden
entsprechende Ausgangssignale zu Signalverarbeitungs
einheiten 59 weitergeleitet. Hier erfolgt die eigentli
che Signalbehandlung, d. h. die Verarbeitung der Ein
gangssignale zu Ausgangssignalen, um im voraus angege
bene Steuerungsabläufe durchzuführen. Von den Einheiten
59 werden die Signale an Signalumsetzungsmodule 60 wei
tergesendet. Hier erfolgt beispielsweise eine Pulsbrei
tenmodulation, eine andere Code-Umsetzung oder eine
digital/analoge Umsetzung. Auch die Signalumsetzer 60
sind mit der Vergleichseinheit 28 verbunden. Von den
Signalumsetzmodulen 60 werden die Signale weiter an
Ausgangsverstärkermodule 61 gegeben. Hier erfolgt die
Endverstärkung der Signale, wo dies erforderlich ist.
Gleichzeitig sind die Endverstärker 61 die Einheiten,
auf die die Vergleichseinheit 28 einwirken kann, um bei
auftretenden Fehlern sämtliche Ausgangsverbindungen zu
unterbrechen. Beispielsweise kann auf einen entspre
chenden Befehl der Vergleichseinheit 28 hin die Span
nung auf allen Ausgangsleitungen zu Null gemacht wer
den.
Bei auftretenden Fehlern kann die Vergleichseinheit 28
mit den beiden Einheiten 58, die die logische Signalbe
handlung vornehmen, feststellen, in welcher der beiden
Einheiten 26 oder 27 die Fehler entstanden sind. Danach
kann das fehlerhafte Modul ausgeschaltet werden. Es
wird eine begrenzte Steuerung des Systems zugelassen,
so daß ein sicherer Zustand des Systems erreicht werden
kann. Beispielsweise kann eine hängende Last abgesenkt
werden.
Gestrichelt dargestellt ist eine dritte Verarbeitungs
einheit 83, die genauso aufgebaut ist, wie die beiden
Verarbeitungseinheiten 26 und 27. Dies ermöglicht eine
Fehlerbehandlung in größerem Umfang. Wenn nämlich nur
eine der drei gezeigten Einheiten Ergebnisse erzeugt,
die von den anderen beiden Einheiten abweichen, ist
anzunehmen, daß diese Einheit defekt ist. In diesem
Fall kann man mit den anderen beiden Verarbeitungsein
heiten für eine begrenzte Zeit weiterarbeiten. Aller
dings wird hierbei ein Hilfs-Fehlersignal erzeugt, um
anzuzeigen, daß eine Einheit defekt ist.
Die Ausgangsleitungen führen zu den in den Fig. 1 bis 4
dargestellten Anschlüssen. So kann die erste Ausgangs
leitung zu dem Anschluß 52 des Hauptventils 3 oder, in
der Ausgestaltung nach Fig. 3 zu dem Signaleingang 54
des Magnetventils 41 geleitet werden. Der nächste An
schluß führt zum Eingang 53 des Hauptventils 3 oder zum
Eingang 55 des Magnetventils 42. Die nächsten Ausgänge
47 bis 50 steuern die Plus- und Minus-Ventile 13, 14,
16, 33. Der Ausgang 51 steuert das Umschaltventil 35.
Der Ausgang 69 kann zu einer zentralen Verarbeitungs
einrichtung, wie oben erwähnt, führen. Natürlich können
noch wesentlich mehr Eingänge und Ausgänge vorgesehen
sein, falls dies erforderlich ist, beispielsweise um
weitere Sensoren anschließen zu können oder weitere
Ventile steuern zu können.
Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vieler
lei Hinsicht abgewichen werden. Insbesondere können die
einzelnen Wandler auch in anderen als den gezeigten
Kombinationen eingesetzt werden. Die Steuereinheit 25
kann in anderer und einfacherer Form aufgebaut sein
oder insgesamt durch einen Prozessor ersetzt werden.
Fig. 6 zeigt ein erweitertes System, bei der zwei Ven
tilblöcke I und II verwendet werden. Jeder dieser bei
den Ventilblöcke kann aufgebaut sein wie in den Fig. 1
bis 4 bzw. 1a und 4a dargestellt.
Das in Fig. 6 dargestellte erweiterte System dient als
Steuersystem für ein Fahrzeug. Das nicht näher darge
stellte Fahrzeug weist ein Lenkhandrad 91 auf, das mit
zwei Detektoren 94, 95 versehen ist. Der eine Detektor
94 ist mit einer Verarbeitungseinrichtung 26 verbunden.
Der andere Detektor 95 ist mit einer anderen Verarbei
tungseinrichtung 27 verbunden. Beide Detektoren 94, 95
sind mit der Verarbeitungseinheit 83 verbunden. Die
Verarbeitungseinheit 26 steuert den Ventilblock I. Die
Verarbeitungseinheit 27 steuert den Ventilblock II. Die
einzelnen Leitungsverbindungen sind hier der Übersicht
halber durch die zu den Ziffern I und II weisenden
Pfeilen ersetzt.
Auf dem Arbeitsmotor 23, der dem Arbeitsmotor 4 der
Fig. 1 bis 4 entspricht, sind Positionsdetektoren 96,
97 angeordnet. Von hier aus gehen Signalleitungen 104,
105 zu den Verarbeitungseinheiten 26 bzw. 27, wobei
beide Leitungen auch mit der Verarbeitungseinheit 83
verbunden sind. Weiterhin ist ein Geschwindigkeitsmeß
gerät 92 vorgesehen, das zwei Detektoren 98, 99 auf
weist, die über Signalleitungen 102 mit der Verarbei
tungseinheit 26 bzw. 103 mit der Verarbeitungseinheit
27 verbunden sind. Beide Detektoren 98, 99 sind mit der
Verarbeitungseinheit 83 verbunden.
Das System ist nun, wie erwähnt, so aufgebaut, daß die
Verarbeitungseinheit 26 den Ventilblock I steuert, wäh
rend die Verarbeitungseinheit 27 den Ventilblock II
steuert. Die Verarbeitungseinheit 83 wird für die Überwa
chung der Eingangssignale verwendet und zusammen mit
der Vergleichereinheit 28 kann nun eine Entscheidung
darüber getroffen werden, welche der Verarbeitungsein
heiten 26, 27 aktiv sein soll. Die inaktive Verarbei
tungseinheit 26 gibt dann keine Ausgangssignale ab,
wodurch der zugeordnete Ventilblock I, II automatisch
gesperrt wird. Die Steuerung erfolgt dann ausschließ
lich über den anderen Ventilblock.
Mit Hilfe des Geschwindigkeitsmessers 92 kann die
Steuerung geschwindigkeits-abhängig gemacht werden.
Die Funktionen der Ventilblöcke I, II, bei denen mit
eingeklemmter Last gearbeitet wird, können bei der
Steuerung von Fahrzeugen dazu verwendet werden, die
gelenkten Räder in einer gewünschten Stellung fest zu
halten. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
die Ventilblöcke I, II so gesteuert werden, daß an bei
den Seiten des Arbeitszylinders 93 der gleiche Druck
vorhanden ist. Hierbei wird bei negativer Last ein
Rückfluß zum Tank automatisch blockiert. Äußere Einwir
kungen haben dann kaum einen Einfluß auf die Stellung
der gelenkten Räder. Dies ist insbesondere bei unbe
mannten Fahrzeugen ein Vorteil, die unter Verwendung
einer Leitlinie gelenkt werden.
Claims (32)
1. Hydraulisches System mit einer Druckquelle, einer
Drucksenke, einem Arbeitsmotor, einem Hauptventil,
das zwischen Druckquelle und Drucksenke einerseits
und Arbeitsmotor andererseits angeordnet und mit
dem Arbeitsmotor über Arbeitsanschlüsse verbunden
ist, einem Kompensationsventil, nämlich einem Ein
gangs-Kompensationsventil, zwischen Druckquelle und
Hauptventil und einer zusätzlichen Ventileinrich
tung zwischen Hauptventil und Drucksenke, die den
Volumenstrom vom Hauptventil zur Drucksenke steu
ert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilein
richtung (5) einen von außen steuerbaren Öffnungs
grad aufweist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ventileinrichtung (5) als Kompensationsventil,
nämlich als Ausgangs-Kompensationsventil, ausgebil
det ist, und daß mindestens eines der Kompensa
tionsventile (2, 5) durch ein Lastfühlsignal (11,
12) gesteuert ist, das von einem Druck in den Ar
beitsanschlüssen (73, 74) hergeleitet ist, wobei
eine Steuereinrichtung (25) vorgesehen ist, die den
Druck des Lastfühlsignals zur Beeinflussung des
Öffnungsgrades des Kompensationsventils steuert.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druck des Lastfühlsignals für jedes Kompensa
tionsventil (2, 5) getrennt einstellbar ist.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest bei einem Kompensationsventil
(5) ein entgegen dem Druck des Lastfühlsignals wir
kender Gegendruck (21) einstellbar ist.
5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Lastfühlsignale für die beiden Kompen
sationsventile (2, 5) durch eine Blendeneinrichtung
(9, 10) voneinander entkoppelt sind, die insbeson
dere für jedes Lastfühlsignal eine eigene Blende
(9, 10) aufweist.
6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest für ein Kompensationsventil (2,
5) eine Steuerventileinrichtung (13, 14; 16, 33;
121) vorgesehen ist, die den Druck des Lastfühlsi
gnals absenkt oder erhöht bzw. den Gegendruck ab
senkt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerventileinrichtung (13, 14; 16, 33; 121)
jeweils ein Plus-Ventil (13, 121; 33) zur Erhöhung
des Drucks des Lastfühlsignals bzw. zur Absenkung
des Gegendrucks und/oder ein Minus-Ventil (14; 16)
zur Absenkung des Drucks des Lastfühlsignals auf
weist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Plus-Ventil (13, 121; 33) und das Minus-Ventil
(14; 16) als steuerbare Blenden, insbesondere als
pulsbreitenmodulierte Magnetventile, ausgebildet
sind.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß ein Vorrang-Wechselventil (18) zwischen
einem Eingangsanschluß (19) und einem Ausgangsan
schluß (20) des Hauptventils (3) angeordnet ist,
dessen Ausgang über eine Blende (32) mit dem Gegen
druckeingang des Ausgangs-Kompensationsventils (5)
verbunden ist, wobei zwischen den Verbindungen von
Blende (32) und Ausgangs-Kompensationsventil einer
seits und Drucksenke (T) andererseits das Minus-
Ventil (33) angeordnet ist.
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den mit der Drucksenke
(T) verbundenen Plus- bzw. Minus-Ventilen (14, 16,
33, 121) und der Drucksenke (T) jeweils ein Kompen
sationsschieber (15, 17, 34, 122) angeordnet ist.
11. System nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) ei
nen oder mehrere Sensoren (29, 30, 31, 71, 79) auf
weist, die feststellen, ob die Last am Arbeitsmotor
(4) positiv oder negativ ist.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren einen Lastsensor (31), der fest
stellt, in welchem Arbeitsraum (75, 76) des Ar
beitsmotors (4) der höhere Druck herrscht und der
insbesondere die Stellung eines Ventilgliedes in
dem zwischen die beiden Arbeitsanschlüsse (73, 74)
geschalteten Lastfühl-Wechselventils (8) erfaßt,
und einen Positionssensor (71), der die Stellung
des Hauptventils (3) erfaßt, aufweist.
13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sensoren einen insbesondere als
Lagesensor (79), der die Position eines Ventilglie
des (81) eines weiteren Wechselventils (18) erfaßt,
das zwischen dem Eingangsanschluß (19) und dem Aus
gangsanschluß (20) des Hauptventils (3) angeordnet
ist, ausgebildeten Druckvergleicher aufweist, der
feststellt, ob im Eingangsanschluß (19) oder im
Ausgangsanschluß (20) des Hauptventils (3) ein hö
herer Druck herrscht.
14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sensoren in Abhängigkeit von der
Lage der jeweiligen Ventilglieder binärwertige Aus
gangssignale in elektrischer, pneumatischer oder
hydraulischer Form erzeugen.
15. System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ausgangs-Kompensationsven
til (5) bei positiver Last mit Hilfe des zugeord
neten Gegendrucks (21), der über die Druckleitung
(19), das weitere Wechselventil (18) und die Blende
(32) wirkt, öffnet.
16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Nachfüllventil (24) zwi
schen Hauptventil (3) und Drucksenke (T) vorgesehen
ist.
17. System nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ausgangs-Kompensationsven
til (5) bei negativer Last unter der Wirkung von
Lastfühlsignal (12) und Feder (22) schließt.
18. System nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) bei
negativer Last den Druck des dem Ausgangs-Komp
ensationsventil (5) zugeordneten Lastfühlsignals
(12) gesteuert absenkt.
19. System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Umschaltventil (35, 125)
vorgesehen ist, dessen Stellung davon abhängt, ob
positive oder negative Last vorhanden ist, und das
in einer Stellung das Lastfühlsignal mit dem Ein
gangs-Kompensationsventil (2) und dem ihm zugeord
neten Minus-Ventil (14) verbindet und in der ande
ren Stellung das Eingangs-Kompensationsventil (2)
mit der Drucksenke und das Minus-Ventil (14) mit
dem Ausgangs-Kompensationsventil (5) und dem Last
fühlsignal (12) verbindet.
20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umschaltventil (125) hydraulisch aktivier
bar ist und umschaltet, wenn die Last zwischen po
sitiv und negativ bzw. umgekehrt wechselt.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß das hydraulisch aktivierbare Umschaltventil
(125) zwei Arbeitskammern hat, die mit dem Ein
gangsanschluß (19) bzw. dem Ausgangsanschluß (20)
verbunden sind, wobei das hydraulisch aktivierbare
Umschaltventil (125) und das weitere Wechselventil
(18) mit gemeinsamen Arbeitskammern zusammengebaut
sind.
22. System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hauptventil (3) als rich
tungsbestimmendes Proportionalventil ausgebildet
ist, wobei die Steuereinrichtung (25) zur Änderung
des Volumenstroms eine grobe Regelung des Volumen
stroms mit Hilfe der Kompensationsventile (2, 5)
und eine feinere Regelung mit Hilfe des Hauptven
tils (3) durchführt.
23. System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hauptventil (3) als Wech
selventil mit konstantem Areal und Neutralstellung
ausgebildet ist.
24. System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hauptventil als Brücken
schaltung (37) von zwangsgesteuerten Ventilen (36)
ausgebildet ist.
25. System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventile (36) der Brückenschaltung (37) als
zwangsgesteuerte elektrisch und/oder hydraulisch
und/oder pneumatisch und/oder mechanisch aktivier
bare Kugel-Wechselventile ausgebildet sind.
26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hilfsfluidquelle (43) über Steuerventile
(41, 42) auf Steuereingänge der Ventile (36) der
Brückenschaltung (37) wirkt.
27. System nach einem der Ansprüche 2 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) eine
Vergleichereinheit (28) zur Ermittlung mindestens
eines Fehlerzustandes in den Ventilen und/oder der
Steuereinrichtung (25) aufweist, wobei die Steuer
einrichtung (25) alle Ventile (13, 14, 16, 33, 41,
42, 3, 121) bei Auftreten eines Fehlerzustandes
stromlos schaltet.
28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetventile den Volumenstrom durch das
Eingangs-Kompensationsventil (2) und das Ausgangs-
Kompensationsventil (5) beim Ausbleiben der Steuer
signale unterbrechen.
29. System nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) mindestens
zwei parallel arbeitende Verarbeitungseinheiten
(26, 27) die die gleichen Eingangssignale erhalten,
und eine Vergleichereinheit (28), die Ausgangssi
gnale und/oder Zwischensignale der Verarbeitungs
einheiten (26, 27) vergleicht und bei Abweichungen
einen Fehlerzustand feststellt, aufweist.
30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens drei Verarbeitungseinheiten (26, 27,
83) vorgesehen sind und die Vergleichereinheit (28)
ein Hilfsfehlersignal (82) erzeugt, wenn nur eine
Verarbeitungseinheit von den anderen abweichende
Ausgangs- bzw. Zwischensignale erzeugt, wobei die
Vergleichereinheit (28) bei Auftreten einer Abwei
chung von Signalen feststellt, welche der Verarbei
tungseinheiten (26, 27, 83) abweicht und diese Ver
arbeitungseinheit ausschaltet.
31. System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitsmotor ein Lenkmotor
einer Fahrzeuglenkung ist.
32. System nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, daß es redundant aus mindestens
zwei Ventilsektionen (I, II) aufgebaut ist, die von
unabhängigen elektronischen Verarbeitungseinheiten
(26, 27) gesteuert werden, wobei insbesondere die
mindestens zwei Ventilsektionen (I, II) parallelge
schaltet sind und den gleichen Arbeitszylinder (93)
versorgen.
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