DE4302755C2 - 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.
Aus der DE 40 27 021 A1 ist eine Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 bekannt. Mittels eines Steuerglieds wird bei Überschreiten eines
Grenzwerts in einer von einem ersten Verbraucher kommenden Steuerleitung der
Arbeitsdruck des anderen Verbrauchers abgedrosselt.
Eine ähnliche Steuereinrichtung ist Gegenstand der WO 92/20898 A1, gemäß der der
Arbeitsdruck des einen Verbrauchers abgegriffen und zur Steuerseite einer
Steuerventilanordnung für eine Verschwenkpumpe zur Versorgung des anderen Verbrauchers
gegeben wird. Damit steuert der Druck des einen Verbrauchers die Verstellpumpe des
anderen Verbrauchers umgekehrt proportional, so dass der Volumenstrom der Verstellpumpe
mit zunehmendem Druck am einen Verbraucher abnimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuereinrichtung so zu gestalten, dass es gelingt, die
Arbeitskenngröße mit geringem montagetechnischen Aufwand bei Steuersystemen mit
Bedarfsstromregelung und Verstellpumpe zuverlässig und stabil zu regeln.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt über die Steuereinrichtung unter
Zuhilfenahme des im folgenden als Druckventil bezeichneten stetig verstellbaren Druck-Einstellventils 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. Das Druckventil wird 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. 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.
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.
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.
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, 2 einen Hydraulik-Schaltplan zur Erläuterung einer
ersten 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, beispielsweise
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.
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 häufig auch als Messblende bezeichneten 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. 2 aufgebaut und hat einen Stellmotor 45, 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. 2 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 größers Hubvolumen pro Umdrehung eingestellt. Es liegt dementsprechend für den Verbraucher 12 ein sogenannter "load-sensing"-Steuerkreis vor.
An der häufig auch als Messblende bezeichneten 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. 2 aufgebaut und hat einen Stellmotor 45, 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. 2 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 größers 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 eine Ausführungsform beschrieben, bei
der 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.
Claims (16)
1. Steuereinrichtung zur Regelung einer von zwei zusammen
wirkenden Hydraulik-Verbrauchern abhängigen Arbeitskenngröße, mit
der ein sich mit der Last an einem der Hydraulik-Verbraucher (12)
veränderndes Signal als Steuersignal (PST) für ein Ventil (60)
herangezogen wird, mit dem der am anderen Hydraulik-Verbraucher
(14) wirksame Arbeitsdruck entsprechend veränderbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass zur Integration in ein Steuersystem mit
Bedarfsstromregelung und Verstellpumpe, bei dem die Versorgung der
Verbraucher (12, 14) jeweils über ein eine Messdrossel
ausbildendes Steuerventil (26, 25) mit zugeordneter Druckwaage
(24, 23) erfolgt und der jeweilige Lastmeldedruck als Arbeitsdruck
stromab der Messdrossel zur Federseite der zugeordneten Druckwaage
(24, 23) geführt ist, das Ventil (60) von einem stetig
verstellbaren Druck-Einstellventil(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)
gegensinnig zum Steuersignal veränderbar ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der am anderen Hydraulik-Verbraucher (14) wirksame
Arbeitsdruck entsprechend einer durch das stetig verstellbare
Druck-Einstellventil (60) vorgegebenen Charakteristik veränderbar
ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass über das Druck-Einstellventil (60) der am
anderen Hydraulik-Verbraucher (14) wirksame Arbeitsdruck
proportional mit dem Steuersignal (PST) veränderbar ist.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuersignal (PST) am stetig
verstellbaren Druck-Einstellventil (60) einer vorzugsweise ein
stellbaren Regelfedereinrichtung (64) entgegenwirkt.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Regelfedereinrichtung (64) austauschbar ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das stetig verstellbare Druck-Einstellventil
(60) eine proportionale Steuerkennlinie aufweist.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass über das stetig verstellbare Druck-
Einstellventil (60) eine Lastdruck-Zweigleitung (62) geführt ist,
die stromab einer Drossel (66) von der von der Messdrossel am
Verbraucher-Steuerventil (25) zu einer Druckwaage (23)
rückgeführten Lastmeldedruckleitung (27, 31) abzweigt.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckwaage von einer 2-Wege-Zulaufdruckwaage (23)
gebildet ist.
9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die den betreffenden Lastmeldedruck (LS) der
beiden Hydraulik-Verbraucher (12, 14) führenden Lastmeldeleitungen
(31, 32) zu einem Wechselventil (34) geführt sind, das den jeweils
höheren Lastmeldedruck (LS) zu einer Regeleinrichtung (44) der
Verstellpumpe (10) weiterleitet.
10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lastdruck-Zweigleitung (62) über das
stetig verstellbare Druck-Einstellventil (60) zum Tank (T)
entlastbar ist.
11. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuersignal von einem hydraulischen
Signal (PST) gebildet ist.
12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuersignal von einem pneumatischen
Signal gebildet ist.
13. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuersignal von einem elektrischen
Signal gebildet ist.
14. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das stetig verstellbare Druck-Einstellventil
(60) als Schieberventil in Patronenbauweise ausgeführt ist.
15. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der eine der Hydraulik-Verbraucher (12)
von einem Hydromotor und der andere Hydraulik-Verbraucher von
einem Hydraulik-Vorschubzylinder (14) gebildet ist.
16. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die zu regelnde Arbeitskenngröße das
Drehmoment einer mit einer hydraulischen Vorschub- und einer
hydraulischen Drehantriebseinrichtung ausgestatteten
Bohrwerkspindel ist.
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