DE4302755A1 - Steuereinrichtung zur Regelung einer von zwei zusammenwirkenden Hydraulik-Verbrauchern abhängigen Arbeitskenngröße - Google Patents
Steuereinrichtung zur Regelung einer von zwei zusammenwirkenden Hydraulik-Verbrauchern abhängigen ArbeitskenngrößeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Rege
lung einer von zwei zusammenwirkenden Hydraulik-Verbrauchern
abhängigen Arbeitskenngröße, wie zum Beispiel des Drehmomen
tes einer mit einer hydraulischen Vorschub- und einer
hydraulischen Drehantriebseinrichtung ausgestatteten Bohr
werkspindel. Die am Werkzeug wirksame Schnittkraft ist vom
Verhältnis zwischen der Drehzahl des Bohrwerkzeugs und der
Vorschubkraft abhängig. Um einen Werkzeugbruch zu verhindern
ist es deshalb wünschenswert, eine Steuereinrichtung vorzu
sehen, mit der das von der Bohrwerkspindel auf das Werkzeug
übertragene Moment weitestgehend automatisch begrenzt und
vorzugsweise auf einem optimalen Wert eingeregelt wird. Die
ses Drehmoment bildet für dieses Anwendungsgebiet die zu
regelnde Arbeitskenngröße, welche sowohl von der Last an der
hydraulischen Drehantriebseinrichtung als auch von der Last
an der hydraulischen Vorschubeinrichtung abhängig ist. Eine
solche Steuereinrichtung ist allerdings gleichermaßen wün
schenswert in all den Fällen, in denen eine durch zwei
Hydraulik-Verbraucher bestimmte Maschinenleistung auf einen
möglichst hohen Wert eingeregelt werden soll. Solche Anwen
dungsgebiete finden sich regelmäßig bei Nutzfahrzeugen, wie
z. B. Müllfahrzeugen oder bei forstwirtschaftlichen Fahrzeu
gen, bei denen zumindest zwei Verbraucher gleichzeitig
betrieben werden und zusammen die Maschinenleistung bestim
men.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Steuerein
richtung zu schaffen, mit der eine von zwei zusammenwirken
den Hydraulik-Verbrauchern abhängige Arbeitskenngröße, wie
z. B. das Drehmoment einer mit einer hydraulischen Vorschub-
und einer hydraulischen Drehantriebseinrichtung ausgestat
tete Bohrwerkspindel automatisch und mit möglichst geringem
Aufwand auf einem optimalen Wert eingeregelt werden kann, so
daß das betreffende Arbeitsgerät vor Überlast abgesichert
wird, wie sie beispielsweise bei Gesteinsbohrmaschinen dann
auftreten kann, wenn das Bohrgerät in der Bohrung festfährt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt über die Steuereinrichtung unter
Zuhilfenahme des Druckventils eine Verknüpfung der jeweili
gen Lasten an den beiden Hydraulik-Verbrauchern, wobei die
Konstruktion des Druckventils die Charakteristik vorgibt,
mit dem der Arbeitsdruck am betreffenden Hydraulik-Verbrau
cher in Abhängigkeit vom Steuersignal verändert wird. Mit
diesem Aufbau kann beispielsweise mit einfachen Maßnahmen
eine Anti-Festbohr-Automatik für ein Bohrgerät geschaffen
werden. Wenn beispielsweise bei Klemmen der Bohrstangen der
Rotationsdruck, d. h. der Arbeitsdruck an der hydraulischen
Drehantriebseinrichtung ansteigt, sorgt ein die Belastung
der hydraulischen Drehantriebseinrichtung repräsentierendes
Steuersignal dafür, daß das Druckventil den Arbeitsdruck am
anderen Hydraulik-Verbraucher, d. h. am Vorschub entspre
chend reduziert bzw. begrenzt. Durch geeignete Einstellung
bzw. Vorgabe der Charakteristik des Druckventils kann die
Veränderung des wirksamen Arbeitsdrucks am anderen Hydrau
lik-Verbraucher gerade so erfolgen, daß die von den beiden
Hydraulik-Verbrauchern abhängige Arbeitskenngröße, d. h. in
diesem Fall das am Werkzeug wirksame Drehmoment konstant
gehalten, d. h. auf einen konstanten Wert eingeregelt wird.
Ein besonderer Vorteil des Anmeldungsgegenstandes ist dabei
darin zu sehen, daß der schaltungstechnische Aufwand für die
Steuereinrichtung sehr klein bleibt und das Druckventil sich
in besonderem Maße dafür eignet, die jeweils gewünschte
Charakteristik der Arbeitsdruckveränderung am anderen
Hydraulik-Verbraucher zu realisieren.
Es hat sich darüberhinaus als vorteilhaft erwiesen, daß das
der Steuereinrichtung zugrunde liegende Steuerungsprinzip
von der konkreten Art des Steuersystems und der Steuerart
unabhängig ist. So ist die anmeldungsgemäße Steuereinrich
tung gleichermaßen für Hydrauliksysteme mit Drosselsteue
rung, d. h. für Systeme mit Konstantpumpen und Abdrosselung
der jeweiligen Arbeits-Fluidströme, für sogenannte Pumpen
steuerungen, bei denen getrennte Pumpen vorhanden sind, die
individuell den dem zugehörigen Verbraucher zugeordneten
Pumpendruck und Fluidstrom einstellen, aber auch für Hydrau
likkreise mit Bedarfsstromregelung und vorzugsweise zentraler
Verstellpumpe anwendbar. Als Steuersignale können hydrauli
sche, pneumatische, aber auch elektrische Signale herangezo
gen werden.
Wenn der am anderen Hydraulik-Verbraucher wirksame Arbeits
druck proportional mit dem Steuersignal veränderbar ist,
wird die Arbeitskenngröße, wie z. B. das am Werkzeug wirk
same Schnittkraft-Drehmoment, mit einem Minimum an zusätzli
chem Bauaufwand konstant gehalten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Steuereinrichtung in
Verbindung mit einem Steuersystem mit Bedarfsstromregelung
und Verstellpumpe ist Gegenstand des Anspruchs 3. Hier wird
das Druckventil von einem den Lastdruck des einen Hydraulik-
Verbrauchers repräsentierenden Steuersignal angesteuert und
es reduziert dann den Lastdruck des anderen Hydraulik-Ver
brauchers gegensinnig zum Steuersignal, wodurch die Arbeits
geschwindigkeit und der Verbraucherdruck am anderen Hydrau
lik-Verbraucher auf einen entsprechend verringerten Wert
eingeregelt wird.
Ein besonders stabiler Betrieb der Steuereinrichtung ergibt
sich mit der Weiterbildung des Anspruchs 7. Durch die Dros
sel wird der Steuerölstrom begrenzt, wodurch in Verbindung
mit dem Druckventil in der rückgeführten Lastmeldedrucklei
tung ein Regeldruck eingestellt werden kann, der auf die
zugehörige Druckwaage im Zulauf des anderen Hydraulik-Ver
brauchers einwirkt.
Die Weiterbildung des Anspruchs 9 ermöglicht es, die Ver
braucher mit einer einzigen Verstellpumpe zu versorgen,
wobei der jeweils höchste Lastdruck das Fördervolumen der
Verstellpumpe bestimmt.
Ein-weiterer Vorzug der Weiterbildung des Patentanspruchs 7
bzw. des Patentanspruchs 9 besteht noch darin, daß es mit
einfachen Maßnahmen gelingt, den Beginn der Steuerung in
Abhängigkeit von der über das Druckventil abfließenden Strö
mungsmittelmenge zu verstellen. In diesem Zusammenhang kann
auch Einfluß auf den Beginn der Steuerung dadurch genommen
werden, daß mit austauschbaren Kolbenschiebern und/oder
Drosseln im Bereich des Druckventils gearbeitet wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Steuereinrichtung in
Anpassung an ein Steuersystem mit Drosselsteuerung und sepa
raten Konstantpumpen für die beiden Hydraulik-Verbraucher
ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Zur weiteren Verein
fachung der Steuereinrichtung wird gemäß einer weiteren vor
teilhaften Weiterbildung das Druckventil als einfaches
Schaltventil und zwar entweder als Abschalt- oder Zuschalt
ventil ausgebildet. Es soll an dieser Stelle auch bereits
hervorgehoben werden, daß die Steuereinrichtung auch in Ver
bindung mit einem Steuersystem mit Bedarfsstromregelung ein
Druckventil verwenden kann, das als reines Abschalt- oder
Zuschaltventil fungiert.
Um die Charakteristik der Veränderung des am anderen Hydrau
lik-Verbraucher wirksamen Arbeitsdrucks in weiten Grenzen
verändern zu können, ist es vorteilhaft, die dem Drucksignal
am Druckventil entgegenwirkende Kraft durch eine Einheit,
wie z. B. eine Regelfedereinrichtung, bereitzustellen, die
austauschbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der weiteren Unteransprüche.
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1, 1A einen Hydraulik-Schaltplan zur Erläuterung einer
ersten Ausführungsform der Steuereinrichtung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
der Steuereinrichtung;
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der
Steuerkennlinie der Steuereinrichtung;
Fig. 4 und Fig. 4A einen Längsschnitt bzw. eine Symboldar
stellung des Druckventils entsprechend
einer ersten Ausführungsform; und
Fig. 5 die Einzelheit V von Fig. 4.
Fig. 1 zeigt ein Steuersystem für die Ansteuerung zweier
Hydraulik-Verbraucher 12 und 14, die von einer gemeinsamen
Verstellpumpe 10 mit Strömungsmittel versorgt werden. Bei
dem Hydraulik-Verbraucher 12 handelt es sich um eine Hydro
motor und bei dem Hydraulik-Verbraucher 14 um einen Linear
motor, beispielsweise eine Kolben-/Zylinderanordnung. Beide
Hydraulik-Verbraucher wirken auf ein Arbeitsgerät, bei
spielsweise auf die Bohrspindel eines Bohrwerks oder einer
Gesteins-Bohrmaschine ein. Die nachfolgend näher zu be
schreibende Steuereinrichtung soll die Voraussetzungen dafür
schaffen, daß das am Bohrwerkzeug durch die Schnitt-Reak
tionskräfte wirksame Drehmoment auf einem leistungsmäßig
optimierten Wert eingeregelt bzw. konstant gehalten werden
kann.
Bei dem Steuersystem handelt es sich um ein System mit
Bedarfsstromregelung, welche nachfolgend im einzelnen
beschrieben werden soll:
Von der Verstellpumpe 10 geht eine zentrale Förderleitung 16
aus, die bei 18 in eine Förder-Zweigleitung 20 für den Dreh
antrieb 12 und in eine Förder-Zweigleitung 22 für den Vor
schubantrieb 14 aufgeteilt wird. Die Förder-Zweigleitung 20
führt über eine 2-Wege-Zulaufdruckwaage 24 zu einem dem Ver
braucher 12 zugeordneten Steuerventil 26, das durch die
anliegenden Steuersignale X1 und X2 aus einer zentrierten
Mittelstellung in die Arbeitsstellungen verschoben werden
kann, um die Verbraucheranschlüsse A und B wechselweise mit
Pumpen-Förderdruck zu beaufschlagen. Das Steuerventil 26 ist
als 5/3-Wegeventil ausgebildet, d. h. es hat neben den Ver
braucheranschlüssen A und B noch einen Lastmeldedruckan
schluß, der in der zentrierten Mittelstellung auf Tank
gelegt ist und in den beiden anderen Schaltstellungen den
Arbeitsdruck stromab der im Steuerventil ausgebildeten Meß
drosselstelle abgreift.
Mit 28 ist eine Lastdruckmeldeleitung bezeichnet, die zu
einem Knoten 30 führt und von dort über eine Lastdruckmelde-
Zweigleitung 32 zu einem Wechselventil 34. Stromauf des
Wechselventils 34 zweigt von der Lastdruckmelde-Zweigleitung
32 eine weitere Zweigleitung 36 zur Federseite der Druck
waage 24 ab. Auf die der Federseite gegenüberliegende Seite
der Druckwaage 24 ist der Druck stromab der Druckwaage 24
rückgeführt. Mit dieser Anordnung gelingt es, das Druckge
fälle an der Meßblende, d. h. am Wegeventil 26, das vorzugs
weise als Proportionalventil ausgeführt ist, unabhängig vom
veränderlichen Verbraucherdruck konstant zu halten, wobei
der Druckabfall durch das Verhältnis zwischen der Kraft der
Regelfeder 38 und der Querschnittsfläche des Kolbens der
Druckwaage 24 bestimmt wird.
Vom Wechselventil 34 geht eine zentrale Lastdruckmeldelei
tung 40 aus, die über einen Knoten 42 zu einem Pumpenregler
44 geführt ist, so daß sich folgende Wirkungsweise der
Bedarfsstromregelung für den Verbraucher 12 ergibt:
An der Meßdrosselstelle im Ventil 26 wird ein bestimmtes
Druckgefälle erzeugt, das dem Druckgefälle gleich ist, das
zwischen der Förderleitung 16 und der zentralen Lastdruck
meldeleitung 40 herrscht. Der Pumpenregler 44 ist beispiels
weise gemäß Fig. 1A aufgebaut und hat einen Stellmotor 46,
dessen Kolben 48 zwei Zylinderräume 50 und 52 definiert, von
denen der Zylinder-Ringraum 50, in dem eine Feder unterge
bracht ist, über eine Leitung 16A, 16B mit dem Druck in der
Förderleitung 16 und der Zylinderraum 52 über eine Drucklei
tung 54 mit einem Wegeventil 56 verbunden ist, das als 3/2-
Wegeventil ausgeführt ist und die Druckleitung 54 wechsel
weise entweder mit der Leitung 16A oder mit Tank T verbin
det. Die Schaltung des Wegeventils 56 wird bestimmt durch
das Kräftegleichgewicht zwischen der auf die eine Seite des
Kolbenschiebers wirkenden Druckkraft durch den Druck in der
Leitung 16B und der entgegenwirkenden Summe aus der Feder
kraft und der Druckkraft, die über den Druck aus der zentra
len Lastdruckmeldeleitung 40 aufgebracht wird. Damit ergibt
sich folgende Wirkungsweise:
Die eingestellte Weite der Meßdrosselstelle bestimmt den bei
einem bestimmten Strom auftretenden Druckunterschied zwi
schen den Leitungen 16 und 40 und damit den Druckunterschied
in den beiden Zylinderräumen 50 und 52 des Stellmotors 46.
Wenn umgekehrt ein bestimmter Druckunterschied vorgegeben
wird, bestimmt die Weite der Meßdrosselstelle den Strom, bei
dem dieser Druckunterschied auftritt. Steigt der Förderdruck
in der Leitung 16 bei gleichbleibendem Druck in der zentra
len Lastdruckmeldeleitung 40 an, weil der Meßdrosselstelle
ein zu großer Volumenstrom zufließt, verbindet das Ventil 56
die Druckleitung 54 mit der Leitung 16A, was zur Folge hat,
daß Druckmittel in den Zylinderraum 52 einströmt. Dadurch
wird der Stellkolben 48 gemäß Fig. 1A nach links verschoben
und dadurch die Verstellpumpe 10 auf kleineres Fördervolumen
pro Umdrehung eingestellt. Wenn umgekehrt der Druck in der
Förderleitung 16 absinkt, weil der Förderstrom im Vergleich
zum Lastmeldedruck in der zentralen Lastdruckmeldeleitung 40
absinkt, so verbindet das Ventils 56 die Leitung 54 mit
Tank. Der Druckraum 52 wird entlastet und die Pumpe 10 wird
auf größeres Hubvolumen pro Umdrehung eingestellt. Es liegt
dementsprechend für den Verbraucher 12 ein sogenannter
"load-sensing"-Steuerkreis vor.
Entsprechendes gilt für die Steuereinrichtung des Verbrau
chers 14. Zu diesem Zweck ist die Förder-Zweigleitung 22
ebenfalls über eine 2-Wege-Zulaufdruckwaage 23 zu einem vor
zugsweise als Proportionalventil ausgeführten 5/3-Wegeventil
25 geführt, das Verbraucheranschlüsse A und B sowie einen
Lastmeldedruckanschluß LV hat, von dem eine Lastdruckmelde
leitung 27 auf die Federseite der Druckwaage 23 und von dort
zum Wechselventil 34 rückgeführt ist. Die entsprechenden
Leitungsabschnitte sind mit 31 und 35 bezeichnet. Ein Kno
tenpunkt zwischen den Leitungsabschnitten 27 und 31 hat das
Bezugszeichen 29.
Bei den Knoten 29, 30 und 42 handelt es sich in der Regel um
Wechselventilgehäuse ohne Kugel. Der gesamte Steuerkreis ist
abgesichert durch ein Druckbegrenzungsventil 58.
Da die Lastdruckmelde-Zweigleitungen 31, 32 über das Wech
selventil 34 geführt sind, wird die Verstellpumpe 10 stets
auf dasjenige Fördervolumen eingestellt, das ausreicht, um
den Verbraucher mit dem jeweils höheren Fluidbedarf zu ver
sorgen.
Der vorstehend beschriebene Aufbau entspricht im wesentli
chen dem Aufbau eines herkömmlichen Hydraulikkreises für ein
Steuersystem mit Bedarfsstromregelung von mindestens zwei
Verbrauchern. Die Besonderheit der Steuereinrichtung gemäß
Fig. 1 besteht darin, daß durch geringe schaltungstechnische
Umbaumaßnahmen eine automatische Regelung bzw. Konstanthal
tung einer von den beiden Verbrauchern 12 und 14 abhängigen
Arbeitskenngröße, wie z. B. des von der Schnittkraft an
einem Bohrwerkzeug bestimmten Reaktionsmoments erzielbar
ist. Zu diesem Zweck ist ein mit 60 bezeichnetes Druckventil
vorgesehen, das als stetig verstellbares 2/2-Wegeventil aus
geführt ist, wobei dessen einer Anschluß mit dem Tank T und
dessen anderer Anschluß E über einen Steuerleitungszweig 62
mit den Knoten 29 verbunden ist und damit den Druck in der
Lastdruckmelde-Zweigleitung 31 führt.
Der Kolbenschieber des Druckventils 60 wird durch eine vor
zugsweise einstellbare Regelfeder 64 in eine Stellung vorge
spannt, in der der Leitungszweig 62 abgesperrt wird.
In der anderen Schaltstellung erfolgt eine gedrosselte Ver
bindung zwischen dem Leitungszweig 62 und dem Tankanschluß
T.
In der Lastdruckmeldeleitung 27 stromauf des Knotens 29 ist
eine Konstantdrossel 66 eingebaut, durch die bewirkt wird,
daß der bei Verschiebung des Kolbens des Druckventils zum
Tank T abströmende Steuerölstrom begrenzt wird. Es gelingt
auf diese Weise, in Abhängigkeit von der Verschiebestellung
des Kolbens des Druckventils 60 in der Lastdruckmelde-
Zweigleitung 31 einen Druck einzustellen, der dann den
Regeldruck für die vorgeschaltete 2-Wege-Zulaufdruckwaage 23
bildet.
Auf der Steuerseite des Druckventils ist über eine Steuer
druckleitung 68, die vom Knoten 30 ausgeht, der Lastdruck
des Verbrauchers 12 wirksam. Damit ergibt sich die Funktion,
daß das Druckventil 60 vorzugsweise proportional den Last
meldedruck in der Lastdruckmelde-Zweigleitung 31 in Abhän
gigkeit vom Druck PST in der Steuerdruckleitung 68 und damit
in Abhängigkeit vom Lastdruck des Verbrauchers 12 reduziert.
Bei steigendem Lastdruck und damit steigendem Steuerdruck
PST in der Leitung 68 wird der "load-sensing"-Druck in der
Lastdruckmelde-Zweigleitung 31 und damit auf der Federseite
der Druckwaage 23 proportional von Pmax bis zu Null redu
ziert. Dementsprechend wird der Verbraucherdruck am Verbrau
cher 14 reduziert bzw. begrenzt und damit gleichzeitig des
sen Arbeitsgeschwindigkeit.
Die vorstehend beschriebene Schaltung kann dazu eingesetzt
werden, automatisch den Druck an einem Verbraucher in Abhän
gigkeit vom Arbeitsdruck am anderen Verbraucher zu reduzie
ren. Wenn beide Verbraucher zusammen eine Arbeitskenngröße
einer Arbeitsgerätschaft, wie z. B. das an einem Bohrwerk
zeug wirkende Schnittkraft-Reaktionsmoment, definieren, kann
diese Arbeitsgröße, d. h. das Drehmoment konstant gehalten
werden. Damit eignet sich diese Schaltung beispielsweise als
Antifestbohrautomatik eines Bohrgeräts. Bei Klemmen der
Bohrstange steigt der Arbeitsdruck an der Drehantriebsein
richtung. Dementsprechend verringert das Druckventil 60 den
Lastmeldedruck des dem Vorschub 14 zugeordneten Ventils 25.
Der Verbraucherdruck wird dementsprechend reduziert und
begrenzt und auf die Arbeitsgeschwindigkeit des Verbrauchers
14 wird über die 2-Wege-Zulaufdruckwaage 23 verringert bzw.
geregelt.
In Fig. 3 ist die Steuerkennlinie dargestellt, die mit dem
Druckventil 60 der Steuereinrichtung gemäß Fig. 1 erzielbar
ist. Auf der Ordinate ist der Verbraucherdruck am Verbrau
cher 14, d. h. am Vorschubkolben, und auf der Abszisse der
Verbraucherdruck am Verbraucher 12, d. h. an der Drehan
triebseinrichtung, aufgetragen. Der Arbeitsbereich der
Steuereinrichtung ist schraffiert dargestellt. Man erkennt
aus der Darstellung, daß bis zu einem Lastdruck am Verbrau
cher 12 von 50 bar der maximale Vorschubdruck von beispiels
weise 100 bar gehalten wird. Dieser maximale Druck wird
durch die Regelfedereinrichtung 64 bestimmt, die vorzugs
weise einstellbar ist. Es ist auch möglich, im Bereich des
Druckventils 60 verschiedene Regelfedereinrichtungen einzu
bauen, um damit eine Anpassung an verschiedene Steuersysteme
vornehmen zu können. Beginnend mit einem Lastdruck an der
Drehantriebseinrichtung von beispielsweise 50 bar wird der
Vorschubdruck linear bis auf 0 bar zurück geregelt, indem
der Lastdruck über die Steuerdruckleitung 68 auf die der
Regelfedereinrichtung 64 entgegengesetzte Steuerseite des
Kolbens des Druckventils 60 gegeben wird.
Die erfindungsgemäße Verschaltung des Druckventils 60 eröff
net die Möglichkeit, den Steuerbeginn in Abhängigkeit von
der über das Druckventil 60 abfließenden Steuerölmenge zu
verstellen, was zu dem besonderen Vorteil führt, daß die
Charakteristik der Veränderung des am Verbraucher 14 wirksa
men Arbeitsdrucks in weiten Grenzen einstellbar ist.
Die Eingliederung des Druckventils 60 in vorliegende Steuer
systeme erfordert einen geringen montagetechnischen Aufwand.
So wird beispielsweise die Möglichkeit eröffnet, das Druck
ventil 60 als Kolbenschiebersystem auszubilden, das in
Patronenbauweise ausgeführt ist. In den Fig. 4 und 5 ist
eine Ausführungsform eines solchen Kolbenschiebersystems
gezeigt, das sich für die Realisierung des Druckventils 60
besonders eignet. Diejenigen Bauteile, die den Elementen der
Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen, sind mit identi
schen Bezugszeichen versehen. Der Steuerdruck PST liegt über
die Steuerdruckleitung 68 auf der einen Seite eines Ventil-
Steuerschiebers 70 an. Der Druckkraft des Steuerdrucks wirkt
auf der anderen Seite des Steuerschiebers die Regeleinheit
64 entgegen, die über eine Leitung 72 (Entlastungsleitung)
zum Tank belüftet ist. Der Anschluß 62 führt den auf die 2-
Wege-Zulaufdruckwaage 23 einwirkenden Lastdruck des Verbrau
chers 14, d. h. den sogenannten LS-Druck PLS.
Wie Fig. 4 erkennen läßt, ist der Steuerschieber 70 in einer
Gehäusepatrone 74 untergebracht, die über ein Gewinde 76 in
ein nicht näher dargestelltes Steuerblockgehäuse einschraub
bar ist. Die Gehäusepatrone 74 hat drei im Durchmesser abge
stufte Bereiche, die mit Passung mit einer entsprechenden
Stufenbohrung im Steuerblockgehäuse zusammenwirken, wobei
über Dichtungen 78, 80 die Anschlüsse für den Steuerdruck
PST, für den Tank T und für den Lastdruck PLS gegeneinander
abgedichtet werden.
In die Gehäusepatrone 74 ist von der dem Anschluß für den
Steuerdruck PST abgewandten Seite her ein Stellteil 82
schraubbar, an dem sich die Regelfeder 64 abstützt. Das
Stellteil 82 kann von der Außenseite her mittels eines
geeigneten Werkzeugs verdreht werden, um die Maximal-
Druckeinstellung vornehmen zu können.
Einzelheiten der Ventilgestaltung sind der Fig. 5 entnehm
bar.
Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 5, daß der
Steuerdruck PST auf die der Regelfeder 64 abgewandte Stirn
seite 84 des Steuerschiebers 70 einwirkt. Der Lastdruck PLS
wird über eine Querbohrung 86 eingeleitet und für den
Anschluß zum Tank T ist in der Gehäusepatrone 74 eine
weitere Querbohrung 88 vorgesehen, die in einen Federraum 90
mündet. Die Regelfeder 64 stützt sich auf der gemäß Fig. 5
oberen Seite am Stellteil 82 ab, das von einer Stellspindel
gebildet ist und auf der gemäß Fig. 5 unteren Seite an einem
Radialbund 71 des Steuerschiebers 70. Der Steuerschieber 70
weist darüberhinaus eine Steuereindrehung 92 auf, von der
eine kurze Radialbohrung 73 ausgeht, die auf eine Längs-
Sackbohrung 75 trifft, die von der dem Federraum 90 zuge
wandten Stirnseite des Steuerschiebers 70 ausgeht. Auf diese
Weise wird von der Steuereindrehung 92 im Zusammenwirken mit
der Querbohrung 86 eine Steuerkante 77 ausgebildet, über die
der an der Druckwaage wirksame Lastdruck über die Querboh
rung 73, die Längsbohrung 75 und die Querbohrung 88 zum Tank
T geregelt abgebaut werden kann. Fig. 5 zeigt den Steuer
schieber 70 kurz vor dem Aufsteuern der Steuerkante 77. In
diesem Moment hat sich der Steuerschieber 70 bereits unter
Einwirkung des Drucks PST um ein vorbestimmtes Maß M von
einer Auflageschulter 79 abgehoben. Die Größe des Steuer
drucks PST, die erforderlich ist, um die Steuerkante 77 zu
öffnen, ist abhängig von der Vorspannkraft der Regelfeder
64, die durch Einstellung des Stellteils 82 veränderbar ist.
Vorstehend wurde die Steuereinrichtung in Verbindung mit
einem Steuersystem mit Bedarfsstromregelung und Verstell
pumpe beschrieben. Das erfindungsgemäße Steuerungsprinzip
ist allerdings nicht auf diese Art des Steuersystems
beschränkt. Es ist gleichermaßen möglich, das Steuerungs
prinzip bei einem Steuersystem anzuwenden, bei dem eine Pum
pensteuerung vorliegt. Im folgenden wird eine weitere Aus
führungsform der Steuereinrichtung in Verbindung mit einem
Steuersystem mit sogenannter Drosselsteuerung beschrieben.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt. Zur Vereinfa
chung der Beschreibung sind diejenigen Komponenten, die den
Bauteilen der Ausführungsform nach Fig. 1 weitgehend ent
sprechen, mit Bezugszeichen bezeichnet, denen lediglich eine
"1" vorangestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist jedem Verbraucher 112 und 114
eine gesonderte Konstantpumpe 110A und 110B zugeordnet. Die
Steuerung der Verbraucherleistungen erfolgt über Druckredu
zierventile 194, 195, 196, 197, wobei für jede Verbraucher
leitung ein derartiges Druckreduzierventil zugewiesen ist.
Um auch bei dieser Ausgestaltung die von den beiden Verbrau
chern 112, 114 abhängige Arbeitskenngröße des die beiden
Verbraucher integrierenden Arbeitsgeräts auf einem optima
len, konstanten Wert einregeln zu können, so z. B. das Dreh
moment einer mit der hydraulischen Vorschubeinrichtung 114
und der hydraulischen Drehantriebseinrichtung 112 ausgestat
teten Bohrwerkspindel, ist wiederum ein Abschaltventil in
Form eines Druckventils 160 vorgesehen, das über eine Regel
federeinheit 164 in eine Sperrstellung und durch einen
Steuerdruck, der in einer Steuerdruckleitung 168 herrscht,
in eine Öffnungsstellung verschiebbar ist, in der eine zum
Verbraucher 114 führende Anschlußleitung 162 zum Tank T ent
lastet werden kann. Die Steuerdruckleitung 168 führt zu
einer den Arbeitsdruck des Verbrauchers 112 führenden Lei
tung 198. Damit ergibt sich auch bei dieser Ausführungsform
folgende Funktionsweise:
Solange der Druck in der Verbraucherleitung 198 einen Grenz
wert noch nicht erreicht hat, der durch die vorzugsweise
einstellbare Kraft der Regelfeder 164 bestimmt wird, kann
auch der Verbraucher 114 mit maximalem Arbeitsdruck versorgt
werden. Übersteigt der Verbraucherdruck in der Leitung 198
den vorbestimmten Wert, so verschiebt dieser Druck, der über
die Steuerdruckleitung 168 auf die Steuerseite des Ventil
schiebers des Abschaltventils 160 gegeben wird, den Steuer
schieber gemäß Fig. 2 nach oben in die Durchschaltestellung,
so daß der Druck in der Leitung 162, und damit der wirksame
Arbeitsdruck am Verbraucher 114 vorzugsweise proportional
mit dem Anstieg des wirksamen Arbeitsdrucks am Verbraucher
112 abgesenkt wird. Wann es sich bei den Verbrauchern 112,
114 wiederum um eine Drehantriebseinrichtung bzw. eine Vor
schubeinrichtung für ein Bohrgerät handelt, kann auf diese
Weise das am Werkzeug wirksame Drehmoment konstant gehalten
werden. Damit eignet sich auch die Schaltung gemäß Fig. 2
für eine sogenannte Antifestbohrautomatik des Bohrgeräts.
Vorstehend wurden die Druckventile 160 jeweils als Abschalt
ventil beschrieben. Es ist jedoch gleichermaßen möglich,
diese Ventile auch als Zuschaltventil auszubilden oder auch
als Proportionalventile. Vorzugsweise weist das Druckventil
eine proportionale Steuerkennlinie auf.
Ferner wurden vorstehend Ausführungsformen beschrieben, bei
denen das am Druckventil anliegende Steuersignal jeweils von
einem hydraulischen Signal gebildet war. Es ist jedoch glei
chermaßen möglich, in diesem Bereich mit pneumatischen oder
elektrischen Signalen zu arbeiten. Auch ist selbstverständ
lich die Steuereinrichtung nicht auf das spezielle Anwen
dungsgebiet eines Bohrgerätes beschränkt. Weitere Anwendun
gen finden sich beispielsweise bei Forstmaschinen, Müllfahr
zeugen oder anderen Geräten der Mobilhydraulik, bei denen es
darum geht, eine von zwei zusammenwirkenden Hydraulik-Ver
braucherns abhängige Arbeitskenngröße auf einen optimalen,
konstanten Wert einzuregeln.
Die Erfindung schafft somit eine Steuereinrichtung zur Rege
lung einer von zwei zusammenwirkenden Hydraulik-Verbrauchern
abhängigen Arbeitskenngröße, wie z. B. des Drehmoments einer
mit einer hydraulischen Vorschub- und einer hydraulischen
Drehantriebseinrichtung ausgestatteten Bohrgerätespindel. Um
das die beiden Verbraucher integrierende Arbeitsgerät auto
matisch vor Überbeanspruchungen absichern zu können, wird
ein die Last an einem der Hydraulik-Verbraucher repräsentie
rendes Signals als Steuersignal für ein Druckventil herange
zogen, mit dem der am anderen Hydraulik-Verbraucher wirksame
Arbeitsdruck entsprechend einer durch das Druckventil vorge
gebenen Charakteristik, vorzugsweise proportional mit dem
Steuersignal veränderbar ist.
Claims (19)
1. Steuereinrichtung zur Regelung einer von zwei zusammen
wirkenden Hydraulik-Verbrauchern abhängigen Arbeits
kenngröße, wie zum Beispiel des Drehmoments einer mit
einer hydraulischen Vorschub- und einer hydraulischen
Drehantriebseinrichtung ausgestatteten Bohrwerkspindel,
dadurch gekennzeichnet, daß ein die Last an einem der
Hydraulik-Verbraucher (12; 112) repräsentierendes
Signal als Steuersignal (PST) für ein Druckventil (60;
160) herangezogen wird, mit dem der am anderen Hydrau
lik-Verbraucher (14; 114) wirksame Arbeitsdruck ent
sprechend einer durch das Druckventil (60; 160) vorge
gebenen Charakteristik veränderbar ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß über das Druckventil (60; 160) der am anderen
Hydraulik-Verbraucher (14; 114) wirksame Arbeitsdruck
proportional mit dem Steuersignal (PST) veränderbar
ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für ein Steu
ersystem mit Bedarfsstromregelung und Verstellpumpe,
dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (60) von
einem Proportional-Druckbegrenzungsventil (60) gebildet
ist, an dessen Steuerseite ein dem Lastmeldedruck (PST)
des einen Hydraulik-Verbrauchers (12) entsprechendes
Steuersignal anliegt und mit dem der Lastmeldedruck
(PLS) des anderen Hydraulik-Verbrauchers (14) gegensin
nig zum Steuersignal veränderbar ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Steuersignal (PST) am Proportional-
Druckbegrenzungsventil (60) einer vorzugsweise ein
stellbaren Regelfedereinrichtung (64) entgegenwirkt.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Regelfedereinrichtung (64) austauschbar
ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß das Proportional-Druckbegren
zungsventil (60) eine proportionale Steuerkennlinie
aufweist.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß über das Proportional-Druck
begrenzungsventil (60) eine Lastdruck-Zweigleitung (62)
geführt ist, die stromab einer Drossel (66) von der von
einer Meßblende am Verbraucher-Steuerventil (25) zu
einer Druckwaage (23) rückgeführten Lastmeldedrucklei
tung (27, 31) abzweigt.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Druckwaage von einer 2-Wege-Zulaufdruck
waage (23) gebildet ist.
9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß die den betreffenden Lastmel
dedruck (LS) der beiden Hydraulik-Verbraucher (12, 14)
führenden Lastmeldeleitungen (31, 32) zu einem Wechsel
ventil (34) geführt sind, das den jeweils höheren Last
meldedruck (LS) zu einer Regeleinrichtung (44) der Ver
stellpumpe (10) weiterleitet.
10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß die Lastdruck-Zweigleitung
(62) über das Proportional-Druckbegrenzungsventil (60)
zum Tank (T) entlastbar ist.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, für ein Steu
ersystem mit Drosselsteuerung und separaten Konstant
pumpen für die beiden Hydraulik-Verbraucher, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckventil (160) gegen die
Kraft einer vorzugsweise einstellbaren Feder (164) in
Abhängigkeit vom Steuersignal (P168) aus einer ersten
Stellung in eine zweite Stellung bringbar ist, um
dadurch eine über das Druckventil (160) geführte Lei
tung (162), die an den weiteren Hydraulik-Verbraucher
(114) angeschlossen ist, in Abhängigkeit vom Steuer
signal zu be- oder entlasten.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Druckventil (160) gegen die Kraft der
Regelfeder (164) aus einer eine den Systemdruck des
anderen Hydraulik-Verbrauchers (114) führende Leitung
(162) absperrenden Stellung in eine Druckentlastungs
stellung verschiebbar ist.
13. Steuereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Druckventil (160) als Schaltven
til ausgebildet ist.
14. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 für ein Steu
ersystem mit Pumpensteuerung, dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckventil in Abhängigkeit vom Steuersignal,
das den Belastungszustand des einen Hydraulik-Verbrau
chers wiedergibt, die Steuereinheit der dem weiteren
Hydraulik-Verbraucher zugeordneten Pumpe ansteuert.
15. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal von einem
hydraulischen Signal (PST) gebildet ist.
16. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal von einem
pneumatischen Signal gebildet ist.
17. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal von einem
elektrischen Signal gebildet ist.
18. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (60) als
Schieberventil in Patronenbauweise ausgeführt ist.
19. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß der eine der Hydraulik-Ver
braucher (12; 112) von einem Hydromotor und der andere
Hydraulik-Verbraucher von einem Hydraulik-Vorschubzy
linder (14; 114) gebildet ist.
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