DE4312644C2 - Steuerung für einen hydraulischen Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere ein Hubwerk, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Servohydraulische Regelungen werden vorrangig in der Mobil­ hydraulik benötigt, um dort den Benutzern eines Arbeitsge­ räts ein Höchstmaß an Bedienungs- bzw. Unfallssicherheit zu geben. Insbesondere bei Arbeitsgeräten an Nutzfahrzeugen und landwirtschaftlichen Maschinen, wie z. B. beim Hubwerk eines Schleppers, benötigt man solche servohydraulischen Regel­ systeme, die dort als Führungseinrichtung für das Arbeitsge­ rät zur Einhaltung einer voreingestellten Position bezüglich des Fahrzeugs, beispielsweise zur Einstellung einer vorbe­ stimmten Eindringtiefe des Pflugs in den Boden, und darüber­ hinaus als eine Möglichkeit zur Kompensation von Hub- und Nickschwingungen des Fahrzeugs dienen, welche im Arbeitsein­ satz des Fahrzeugs, wie z. B. beim Befahren von Ackerflä­ chen, durch Unebenheiten auftreten und sich auf das Arbeits­ gerät übertragen können. Dieses Arbeitsgerät kann aufgrund seiner oftmals sehr großen Masse einen erheblichen Einfluß auf die Nickschwingungen des Fahrzeugs nehmen, worunter die Arbeitsgenauigkeit einerseits und die Fahrsicherheit des Nutzfahrzeugs andererseits leiden könnte.

Die Sicherheitsanforderungen an Maschinen und Geräte der vorstehend beschriebenen Art werden immer strenger. Im Bereich servohydraulischer Regelsysteme wie z. B. servo­ hydraulischer Hubwerksregelungen an Traktoren, die nachfol­ gend als SHR-Systeme bezeichnet werden, stehen die Sicher­ heitsfunktionen denjenigen von elektrohydraulischen Systemen in bestimmten Teilbereichen nach. Folglich ist das Fehlen von bestimmten Sicherheitsfunktionen bislang ein Unterschei­ dungsmerkmal zwischen servo- und elektro-hydraulischen Systemen.

Servorhydraulische Hubwerksregelungen, wie sie beispiels­ weise aus der DE-OS 29 40 403 oder der DE-OS 31 06 086 bekannt sind, arbeiten beispielsweise mit einem Hauptventil in Form eines in zwei Richtungen druckbetätigten Wegeventils oder Proportionalventils, das von einem Steuerkreis mit einer hydraulischen Meßbrücke mit festen und veränderbaren Drosseln angesteuert ist. Eine der veränderbaren Drosseln dient als Sollwertgeber und die andere als mit dem bewegten Teil des Hubwerks mechanisch gekoppelter Regelgrößenaufneh­ mer. Wenn über eine veränderbare Drossel, d. h. über einen Handhebel, ein neuer Sollwert für das Hubwerk eingestellt worden ist, verschiebt sich das Wege- oder Proportionalven­ til aus der Neutralstellung und kehrt dorthin erst wieder zurück, wenn die hydraulische Meßbrücke abgeglichen ist, d. h. wenn die am Proportionalventilkolben anliegenden Steuer­ drücke ausgeglichen sind bzw. wenn die Regelabweichung zu Null geworden ist.

Bei bisherigen servohydraulischen Hubwerksregelungen könnte beispielsweise beim Einschalten des Regelsystems, d. h. beim Starten des Motors, ein Sicherheitsproblem beispielsweise dadurch auftreten, daß bei verstimmter Meßbrücke eine plötz­ liche und für den Bediener unerwartete Regelreaktion eine unerwünschte und dadurch gefährliche Hubwerksbewegung nach sich zieht. Die Meßbrücke könnte nämlich während des Motor­ stillstandes durch Verstimmung einer oder mehrerer Meßblen­ den, d. h. beispielsweise durch eine Hebelverstellung, durch eine Änderung der Kraft am Kraftaufnehmer oder durch eine Änderung der Werkslage, ins Ungleichgewicht gekommen sein.

Ferner ist aus der US 4 936 032 ein hydraulischer Schaltkreis mit einem Sicherheitsventil in Form eines hydraulisch entsperrbaren Lasthalteventils bekannt. Der hydraulische Schaltkreis weist bereits ein 4/3-Wege-Ventil auf, das in die Arbeitsleitung zur Beaufschlagung eines hydraulischen Verbrauches, beispielsweise eines doppelwirkenden Zylinders eingebaut ist. Das Sicherheitsventil liegt in der Ablaufleitung des Zylinders, so daß der Senkvorgang bzw. das Senken des Verbrauchers sicherheitstechnisch überwacht wird.

Mit der Steuerung gemäß US 4 936 032 läßt sich zwar eine gewisse Sicherheits-Grundfunktion realisieren, die darin besteht, daß bei einem Leitungsbruch in den Versorgungsleitungen des Verbrauchers der in die betreffenden Leitungen eingegliederte Sperrblock schließt. Somit ist ein unbeabsichtigtes Herabfallen der Last wirksam ausgeschlossen. Diese Steuerung ist allerdings nicht in der Lage, den Sicherheitsanforderungen moderner servohydraulischer Regelsysteme, wie z. B. servohydraulischen Hubwerksregelungen von Traktoren (SHR-Systeme) gerecht zu werden. Diese Sicherheitsanforderungen verlangen eine Absicherung der Verbraucher- Ansteuerung beim Einschalten der Steuerung am Nutzfahrzeug in der Gestalt, daß selbst bei einem unbeabsichtigten und nicht bemerkten Verstellen einer Meßbrücke (unbeabsichtigtes Verstellen des Handhebels am Steuerventil) der Fall ausgeschlossen ist, daß sich - wenn auch nur für einen kurzen Zeitraum - die Last unkontrolliert bewegt. Mit elektro-hydraulischen Systemen läßt sich diese Sicherheitsfunktion verhältnismäßig einfach realisieren, bei servohydraulischen Systemen jedoch fehlte bislang ein geeigneter Aufbau dieser Steuerung, um die Bedienungsperson der mit der servohydraulischen Steuerung ausgestatteten Systeme ausreichend abzusichern.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung für den Verbraucher so auszubilden, daß die Sicherheitsfunktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, beispielsweise gemäß US 4 936 032, in Verbindung mit einem servohydraulischen Regelsystem mit einem kleinen, schaltungstechnischen Aufwand realisiert werden kann, wobei der Aufbau so gewählt sein soll, daß eine Serienprüfung der Sicherheitsfunktion am Gerät selbst dokumentiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird das Wegeventil, das einen weiteren Strömungspfad für die Steuerflüssigkeit zweier hydraulisch ansteuerbarer Wegeventile enthält, zum Bestandteil eines Sicherheitsschalters, weil erst durch geeignete Bewegung des Wegeventils und damit durch eine entsprechende Beeinflussung der Steuerflüssigkeit über den Strömungspfad des Wegeventils die Funktion der zusätzlichen, hydraulisch ansteuerbaren Wegeventile aktiviert wird. Mit diesem Aufbau gelingt es somit, dem Wegeventil eine bestimmte Position, wie z. B. die Neutralposition, zuzuordnen, welche immer angefahren werden muß, um überhaupt den Verbraucher in irgendeiner Weise ansteuern zu können. Weil es somit ferner für die erfindungsgemäße Funktion nur auf die Drucksignale einer Ausgangssteuerkante des Wegeventils ankommt, läßt sich die Sicherheitsfunktion der Steuerung am Wegeventil selbst prüfen und damit für die Serienprüfung dokumentieren.

Ferner sorgt die Sicherheitsschaltung dafür, daß immer dann, wenn die Regelabweichung am Kolben des Propor­ tionalventils ungleich Null ist, d. h. wenn sich der Kolben des Proportionalventils, d. h. der SHR-Kolben nicht in der Neutralstellung befindet, eine Bewegung des Verbrauchers, beispielsweise ein Heben und Senken des Hubwerks so lange verhindert ist, bis über die Bedienungsperson durch Betäti­ gung des Stellhebels, mit dem der Sollwert verstellt wird, eine Entsicherung der beiden Wege- bzw. Sicherheitsventile stattgefun­ den hat, wozu der Sollwerthebel über die Neutralstellung hinweg verschoben werden muß. Dadurch ist in jedem Fall sichergestellt, daß sich das Arbeitsgerät in allen Fällen, in denen der SHR-Kolben beim Einschalten des servohydrauli­ schen Regelsystems sich nicht in der Neutral-Stellung befin­ det, nicht bewegt und immer aus der Neutral-Stellung heraus in Bewegung gesetzt wird. Hierdurch ergeben sich die folgen­ den Vorteile: Die Wegeventile können mit eindeutigen Schaltfunktionen ausgestattet, dadurch einfach aufgebaut und sicher ausgeführt werden. Durch die Bewegung des Arbeitsge­ räts aus "Neutral" heraus, entstehen keine heftigen Ein­ schaltreaktionen. Die Sicherheitsfunktion läßt sich am Steu­ ergerät integrieren, indem die Ansteuerung der Wege­ ventile in Abhängigkeit von Signalbrücken erfolgt, welche durch die Stellung des Proportionalventils eindeutig bestimmt sind. Somit kann auch die Serienprüfung der Sicher­ heitsfunktion am Gerät selbst vorgenommen werden. Mit ande­ ren Worten, die Sicherheitsfunktion kann bereits an der Kom­ ponente "Ventile" geprüft und dokumentiert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sicherheitsschaltung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wenn die Wegeventile jeweils durch einen Steuer- bzw. Signaldruck beaufschlagt sind, der durch die Stellung des Proportionalventils bestimmt ist, ergibt sich ein sehr ein­ facher Aufbau der Sicherheitsschaltung, indem keine zusätz­ lichen Steuerleitungen zu einem externen Sollwertgeber benö­ tigt werden.

Die Verschaltung gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 kommt mit einem Minimum an Zusatz-Signalleitungen aus, wobei sich der besondere zusätzliche Vorteil ergibt, daß die Wegeventile konstruktionstechnisch vergleichmäßigt werden können.

Wenn in die zum Wegeventil für die erste Bewegungs­ richtung, beispielsweise für das Heben, führende Leitung des weiteren Signaldrucks eine Sicherheitsdrossel eingebaut ist, ergibt sich mit einfachen Maßnahmen eine zusätzliche Absi­ cherung gegen Druckspitzen in dieser Signaldruckleitung beim Einschalten, wenn sich der Kolben des Proportionalventils beim Einschalten in der die zweite Bewegungsrichtung des Arbeitsgeräts einleitenden Stellung befindet. Eventuell auf­ tretende Spitzen in diesem Signaldruck werden durch die Sicherheitsdrossel gedämpft, wobei sich mit der Weiterbil­ dung des Patentanspruchs 8 die Druckspitzen-Absicherung wei­ ter verbessern läßt. Gerade bei dieser Weiterbildung zeigt sich allerdings die besondere Sicherheitsreserve des anmel­ dungsgemäßen Konzepts. Denn selbst beim Auftreten von Druck­ spitzen im Signaldruck, die zu einer frühzeitigen Entsiche­ rung des für die erste Bewegungsrichtung, beispielsweise für das Heben vorgesehenen Wegeventils führen könnten, kann keine unerwünschte Hubwerksreaktion auftreten, da sich das Proportionalventil in diesem Fall noch in der die zweite Bewegungsrichtung bzw. die Senkbewegung des Arbeitsgeräts einleitenden Stellung befindet und das zugehörige Wegeventil noch in der Sicherheitsstellung steht, d. h. noch gesperrt ist.

Vorzugsweise werden die Wegeventile jeweils durch starke Rückstellfedern in die Sicherheitsstellung vorge­ spannt, so daß beim Abschalten des servohydraulischen Regel­ systems diese Ventile zuverlässig die Sicherungsstellung einnehmen.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines servohydraulischen Regelsystems mit der Sicherheitsschaltung;

Fig. 2 ein Schaltbild für eine mögliche Erzeugung der Signaldrücke am Proportionalventil; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer wei­ teren Ausführungsform einer Hubwerksregelung mit einem Lage- und einem Kraftzweig.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Proportionalven­ til (Wegeventil) bezeichnet, das als Hauptventil eines servohydraulischen Regelsystems zur hydraulischen Steuerung und Betätigung eines Verbrauchers Z dient. Der Verbraucher Z wird beispielsweise von einem Arbeitsgerät an Nutzfahrzeugen und landwirtschaftlichen Maschinen, wie z. B. vom Arbeitszylin­ der des Hubwerks eines Ackerschleppers gebildet.

Das Proportionalventil 10 hat drei Hauptstellungen, nämlich eine Stellung N ("Neutral"), eine Stellung H ("Heben") und eine Stellung S ("senken"). Mittels zweier Federn 12, 14 wird der Ventilkolben des Proportionalventils 10 in die Stellung N zentriert. Darüberhinaus erfolgt eine Beaufschla­ gung des Ventilkolbens in entgegengesetzte Richtungen durch Steuerdrücke X1 und X2, die den Ausgangssignalen einer in Fig. 2 dargestellten Meßbrücke für die Lage des Hubwerks bzw. des Verbrauchers entsprechen. Fig. 2 zeigt, daß auf der linken Seite des Proportionalventils 110 der Signaldruck X1 und auf der rechten Seite der Signaldruck X2 anliegt. Beide Signaldrücke X1 und X2 werden von einem Pilotdruck P1 abge­ leitet, d. h. von einem Druck in einem weiteren Steuerkreis.

Der Signaldruck X1 wird durch die Drosseln 116, 118 bestimmt, die vorzugsweise einstellbar sind, so daß auf der gemäß Fig. 2 linken Seite ein Referenzdruck herrscht. Der Signaldruck X2 auf der anderen Seite des Proportionalventils 110 wird durch die Drosseln 120, 122 bestimmt, wobei die Drossel 120 mit einem Geber und die Drossel 122 mit einem Sensor gekoppelt ist. Fig. 2 zeigt damit eine Meßbrücke für die Lage des Hubwerks. Bei abgeglichener Meßbrücke sind die Drucksignale X1 und X2 gerade so groß, daß sich ihre Kraft­ wirkungen am Hauptventilkolben des Proportionalventils 110 aufheben. Andernfalls, d. h. für den Fall, daß die Meßbrücke ins Ungleichgewicht gekommen ist, was durch eine Verstellung der Drossel 120 (Geber) oder durch eine Änderung der Hub­ werkslage und damit durch Verstellung der Drossel 122 bewirkt sein könnte, wird der Ventilkolben des Proportional­ ventils 110 so lange ausgelenkt, bis der Sollwert am Ver­ braucher erreicht und die Meßbrücke wieder ins Gleichgewicht gekommen ist. Mit anderen Worten, der Ventilkolben des Pro­ portionalventils 110 wird so lange verschoben, bis die Regelabweichung zu Null gemacht worden ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante zur Erzeugung der Signal­ drücke X1 und X2 am Proportionalventil 210. In diesem Fall bleibt der Signaldruck X1 als Referenzdruck stets auf einem konstanten Wert, beispielsweise auf 1/2 p₁. Hierzu dienen die fest eingestellten Drosseln 216 und 218. Der Signaldruck X2 auf der anderen Seite des Proportionalventils 210 wird auf unterschiedliche Art und Weise erzeugt. Es ist ein mit 224 bezeichneter Lagezweig und ein mit 226 bezeichneter Kraftzweig vorgesehen, in dem jeweils zwei verstellbare Drosseln 220a und 220b sowie 222a und 222b vorgesehen sind. Die Drosseln 220a und 220b sind mit einem Geber beispiels­ weise in Form eines Handhebels verbunden, während die Dros­ seln 222a und 222b mit Kraft- bzw. Lagesensoren verbunden sind. Der Druck zwischen den Drosseln 220 und 222 wird abge­ griffen und über ein Wechselventil 228 auf die Signaldruck­ leitung 230 gegeben, die zum Proportionalventil 210 führt.

Um zu verhindern, daß beim Einschalten des servorhydrauli­ schen Regelsystems, wie z. B. beim Starten des Ackerschlep­ per-Motors eine plötzliche und für die Bedienungsperson unerwartete Regelreaktion am Hubwerk auftritt, die auf eine unbeabsichtigte Verstimmung der Meßbrücke während des Motor­ stillstandes oder in der Einschaltphase zurückzuführen ist, ist eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, die nachfolgend näher beschrieben wird:

Über das Proportionalventil 10 ist ein Leistungskreis und ein Steuer- bzw. Pilotdruckkreis geführt. Dies ist durch die Zeichen P und P1 angedeutet. Mit anderen Worten, über das Proportionalventil 10 ist eine von der Hauptpumpe gespeiste Arbeitsleitung 32 und eine Hilfs- oder Pilotdruckleitung 34 geführt. Die Leitungsabschnitte stromab des Proportionalven­ tils 10 sind mit 36 und 38 bezeichnet.

Vom Leitungsabschnitt (Arbeitsleitung) 36 zweigt eine Leitung (Zweigleitung) 40 ab, in der eine Blende 42 liegt, über welche außerhalb der Neutralstel­ lung N des Proportionalventils 10 eine Druckrückmeldung zum Ausgang 44 eines mit strichpunktierten Linien angedeu­ teten Stromregelventils 46 erfolgt. Das Stromregelventil 46 hat einen Anschluß 48 zum Tank T und eine Zulauf 50, der an die Arbeitsleitung 32 angeschlossen ist. Einer Stromregler­ blende 52 ist eine Druckwaage 54 parallelgeschaltet, wobei die Druckwaage dafür sorgt, daß die nicht benötigte Pumpen­ fördermenge über eine separate Steuerkante direkt zum Tank zugeführt wird, so daß die Pumpe nur in den jeweiligen Last­ druck zuzüglich der Druckdifferenz am Stromregelventil, d. h. an der Druckwaage arbeiten muß.

Der Druck in der Leitung 40 stellt einen Signaldruck X4 dar, der für die Sicherheitsschaltung benutzt wird.

Der zweite, von der Sicherheitsschaltung genutzte Signal­ druck X3 wird vom Pilotdruck P1, und im einzelnen von der Leitung 38 stromab des Proportionalventils 10 abgegriffen. Mit 56 ist ein Verzweigungspunkt bezeichnet, an dem die Lei­ tung 38 in einen Leitungszweig 38a und einen Leitungszweig 38b aufgeteilt wird. Die Zweige 38a und 38b führen jeweils zu einem als Schieberventil ausgeführten Wegeventil 60 bzw. 62, deren Funktion nachstehend näher erläutert wer­ den soll:

Die Wegeventile 60, 62 können einen weitgehend iden­ tischen Aufbau haben, insbesondere den selben Nenndurchmes­ ser des Ventilkolbens aufweisen, so daß sie beispielsweise in der gleichen Ventilblock-Bohrung aufgenommen werden kön­ nen. Jedes Ventil ist als Mehrwege/2-Stellungsventil ausge­ führt, wobei der Kolbenschieber jeweils durch eine starke Feder (Rückstellfeder) 64 bzw. 66 in die in Fig. 1 gezeigte Sperrstel­ lung S vorgespannt sind.

Das Wegeventil 62 ist einer ersten Bewegungsrichtung (F) bzw. dem Hebebetrieb des Verbrau­ chers Z und das Wegeventil 60 ist e iner zweiten Bewegungsrichtung (E) bzw. dem Senkbetrieb des Verbrauchers Z zugeordnet. Zu diesem Zweck ist die Verschal­ tung wie folgt vorgenommen:

Mit dem Wegeventil 60 läßt sich ein mit 68 bezeichne­ ter Sperrblock, d. h. ein entsperrbares Rückschlagventil aufsteuern, um den Verbraucher, wie z. B. den Zylinder eines Hubwerks eines Ackerschleppers absenken zu können. Zur Auf­ steuerung des Rückschlagventils 68 dient eine Steuerleitung 70, die in der Entriegelungsstellung des Wegeventils 60 mit der den Signaldruck X3 führenden Zweigleitung 38b ver­ bunden wird. Der Steuerdruck für das Rückschlagventil 68 wird zwi­ schen zwei Blenden 72, 74 abgegriffen, von denen die Blende 72 in einer zum Tank T führenden Zweigleitung sitzt.

In der Sperrstellung S ist die Steuerleitung 70 entla­ stet, da das Wegeventil 60 die entsprechende Steuer­ kante zum Durchschalten des Signaldrucks X3 verschließt. Durchgeschaltet hingegen ist durch das Wegeventil 60 in dieser Sperrstellung S eine Verbindung zwischen dem Signaldruckanschluß SX4 und einer Steuerdruckleitung (Leitung) 76, die auf die der Feder 64 abgewandte Seite des Ventilkolbens des Wegeventils 60 geführt ist. Der Signaldruckanschluß SX4 führt den Druck in der Zweigleitung 40, die über einen Leitungsabschnitt 78 an einer Steuerkante EX4 des zweiten Wegeventils 62 anliegt, wobei in der Sicherheitsstel­ lung des zweiten Wegeventils 62 der Leitungsabschnitt 78 zum Tank T durchgeschaltet ist. Mit SX3 ist ein Signal­ druckanschluß am zweiten, d. h. für die erste Bewegungsrichtung (F) des Ver­ brauchers Z vorgesehenen Wegeventils 62 bezeichnet, der in der in Fig. 1 gezeigten Sperrstellung S mit einer Steuerdruckleitung 80 verbunden ist, die - ähnlich wie bei der Konstruktion des Wegeventils 60 - zu der der Feder 66 abgewandten Seite des Ventilkolbens des Wegeventils 62 geführt ist.

Jedes der beiden Wegeventile 60, 62 hat darüberhinaus neben den Steuerkanten EX3, EX4 und den Signaldruckanschlüssen SX3, SX4 eine Haltedruck-Steuerkante HS, die über einen Leitungszweig 82 an den Pilotdruck P1 angeschlossen ist und in der jeweiligen Sperrstellung S der Wegeventile 60, 62 gesperrt und in der der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordneten Entsicherungsstellung mit der zugehörigen zum Stellteil führenden Steuerdruckleitung 76 bzw. 80 verbunden ist, um den Kolbenschieber des betreffenden Wegeven­ tils 60 bzw. 62 nach erfolgter Entsperrung bzw. Entsicherung in einer stabilen Durchschaltestellung zu halten.

In dem zum Signaldruckanschluß SX3 führenden Leitungszweig 38a ist eine mit 84 bezeichnete Sicherheitsdrossel ein­ gebaut, mit der Druckspitzen geglättet bzw. kompensiert wer­ den können, was nachfolgend näher beschrieben wird. Schließ­ lich ist noch zu erwähnen, daß es sich bei den Wege­ ventilen 60, 62 vorzugsweise um Schieberventile mit verhält­ nismäßig langem Hub handelt.

Das Proportionalventil 10 ist gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform so aufgebaut, daß es in der Neutralstellung N die Arbeitsleitung 36 und die Pilotdruckleitung 34 absperrt sowie die den Signaldruck X4 führende Zweig­ leitung 40 zum Tank T entlastet. In der Senkstellung SE ist der Leistungsdruck P zugesteuert, der Pilotdruck, welcher über die Pilotdruckleitung 34 anliegt, ist zur Leitung 38 durchge­ schaltet und die Arbeitsleitung 36 liegt ebenso wie die Zweigdruckleitung 40 auf Tank. In der Hebestellung H schließt die Steuerkante die Verbindung zwischen der Pilotdruckleitung 34 und der Leitung 38 sowie den Anschluß zum Tank und verbindet die Zweigleitung 40 ebenso wie die Arbeitsleitung 36 mit dem Leistungsdruck P.

Mit gestrichelter Linie ist schließlich noch eine Steuerlei­ tung 86 bezeichnet, die zu einem nicht näher dargestellten Endschalter des Lageaufnehmers führt und in der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordnete Entsicherungsstellung des Wegeventils 60 mit dem Signaldruck X4 beaufschlagt ist.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Funktionsweise:

Fig. 1 zeigt die Sicherheitsschaltung in dem Zustand, in dem sich die einzelnen Bauelemente beim Abschalten des servo­ hydraulischen Regelsystems (SHR) befinden. Die verhältnis­ mäßig starken Federn 64, 66 haben beim Abschalten des Pilot­ drucks P1 die Ventilkolben in die Sicherheitsstellungen S bewegt. Es sind nun verschiedene Konstellationen denkbar, die in der Ausschaltphase des servohydraulischen Regel­ systems dazu geführt haben, daß sich der Ventilkolben des Proportionalventils 10 nicht mehr in seiner ausgeglichenen Lage (Stellung "Neutral" N) befindet. Dies kann beispiels­ weise durch eine Änderung der Kraft am Kraftaufnehmer durch eine Änderung der Hubwerkslage während des Motorstillstandes oder aber durch eine andere Hebelverstellung eingetreten sein.

Zunächst sei angenommen, daß sich der Regelkolben des Pro­ portionalventils 10 beim oder nach dem Starten in der Stel­ lung S ("senken") befindet. Hierdurch wird zwar über das Proportionalventil 10 eine Verbindung zwischen der Pilotdruckleitung 34 und der Leitung 38 hergestellt, so daß der Signaldruck X3 über den Signaldruckanschluß SX3 zur Steuerseite des Wegeven­ tils 62 geführt wird, wodurch letzteres in die der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordnete Entsperr- bzw. Entsicherungsstellung bewegt wird. Das Wege­ ventil 60 befindet sich jedoch weiterhin in der gesicherten Sperrstellung S, die nicht verlassen werden kann, weil der am Signaldruckanschluß SX4 anliegende Signaldruck X4 in der Sicherheitsstellung S des Wegeventils 62 über die Steuerkante EX4 zum Tank T entlastet ist. In die der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordneten Schaltstellung des Wegeventils 62 bleibt der Signaldruck X4 über die Steuerkante TX zum Tank entlastet. Um das Hubwerk zu bewegen, muß die Bedienungsperson zunächst den Sollwerthebel 120 bzw. 220A bzw. 220B in Richtung "Heben" bewegen, wodurch der Regelkolben die Neutralstellung N durchfährt. Beim Her­ ausgehen von der Neutralstellung N in Richtung "Heben" wird dann das Hubwerk bzw. der Verbraucher Z mitgenommen, wobei am Verbraucher die gleiche Reaktion wie beim normalen Wech­ sel von "Neutral" N nach "Heben" H auftritt. Es baut sich dann in der Zweigleitung 40 bei geschlossener Druck­ waage 54, d. h. bei Wirksamwerden des Stromregelventils 46 allmählich ein ausreichend hoher Signaldruck X4 auf, der über das Wegeventil 60 zur Steuerdruckleitung 76 durchgeschaltet wird und letzteres im Hebebetrieb in die der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordneten Entsicherungsstellung schaltet, in der es dann durch den durchgeschalteten Pilotdruck P1 verbleibt. Das Hubwerk Z kann dann wie gewöhnlich bewegt, d. h. auch abgesenkt wer­ den.

Es soll nun der zweite Fall betrachtet werden, bei dem sich der Regelkolben des Proportionalventils 10 beim oder nach dem Start in "Heben", d. h. in der Stellung H befindet. In diesem Fall bleiben beide Sicherheitsventile 60 und 62 in der Sicherheits- bzw. Sperrstellung S und das Hubwerk bleibt stehen, da der Signaldruck X4 in der Zweigdruckleitung 40 durch die Tankentlastung am Wegeventil 62 quasi Null ist. Entsprechend kann sich in der Arbeitsleitung 36 stromab des Proportionalventils 10 kein ausreichender Druck auf­ bauen, um die Ventilkugel des Rückschlagventils 68 aufzu­ stoßen. Um eine Bewegung des Verbrauchers herbeizuführen, muß der Sollwerthebel zunächst in Richtung "Senken" bewegt werden. Erst beim Übergang von "Neutral" nach "Senken" kann das Wegeventil 62 entriegelt, d. h. in die der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordnete Entsiche­ rungsstellung bewegt werden. Wird hingegen der Sollwerthe­ bel zuerst in Richtung "Heben" bewegt, so ergibt sich keine Hubwerksreaktion oder eine Änderung der Kolbenstellungen.

Durch die Bewegung des Sollwerthebels in Richtung "Senken" konnte das Wegeventil 62, das der ersten Bewegungsrichtung (F) des Verbrauchers zuge­ ordnet ist, entriegelt werden. Wenn jetzt der Sollwerthebel in Richtung "Heben" bewegt wird, kann der Signaldruck X4 bei entriegeltem Wegeventil 62 größer als Null werden, wodurch auch das Wegeventil 60 entriegelt wird. Es wird dann gleichzeitig das Hubwerk beim Übergang von "Neutral" nach "Heben" mitgenommen. Wenn anschließend der Sollwerthebel in Richtung "Senken" bewegt wird, wird das Hubwerk beim Übergang von "Neutral" nach "Senken" ebenfalls mitgenommen, was einer gewöhnlichen Bedienungscharakteristik des Hubwerks folgt.

Schließlich ist noch der dritte Fall denkbar, wonach sich der Regelkolben beim Start in der Stellung "Neutral" befin­ det. Wenn in diesem Fall der Sollwerthebel nach "Heben" bewegt wird, bleibt das Wegeventil 60 nach wie vor verriegelt, da der Signaldruck X4 Null bleibt. Erst durch Bewegen des Sollwerthebels nach "Senken", kann eine Hubbewe­ gung des Verbrauchers Z vorbereitet werden. Mit der ersten Bewegung nach "Senken" erfolgt jedoch noch keine Reaktion, da hierdurch lediglich das Wegeventil 62 entriegelt wird. Anschließend wird der Sollwerthebel nach "Heben" bewegt. Das Wegeventil 60 wird hierdurch entriegelt und das Hubwerk folgt nach "Heben". Wenn anschließend der Sollwerthebel nach "Senken" bewegt wird, folgt das Hubwerk ebenfalls, da nunmehr beide Wege­ ventile 60 und 62 in der entriegelten Stellung sind.

Es ist gleichermaßen möglich, aus der Neutralstellung heraus zunächst eine Entriegelung des Wegeventils 62 vorzu­ nehmen, in dem der Sollwerthebel zunächst nach "Senken" bewegt wird. Es erfolgt hier allerdings noch keine Reaktion, das das Wegeventil 60 noch nicht entriegelt ist. Erst durch Bewegen des Sollwerthebels nach "Heben" kann das Wegeventil 60 entriegelt werden. Das Hubwerk folgt hier beim Übergang von "Neutral" nach "Heben" ebenso wie im vorstehend beschriebenen Fall.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Sicherheitsschaltung wird der Bediener also daran gewohnt werden, immer erst den Sollwerthebel in Richtung "Senken" zu bewegen, um die Hubbe­ wegung zu entriegeln. Anschließend folgt das Hubwerk dann in der zweiten Richtung. Diese Funktionsweise gilt sowohl für den Normalfall wie auch für den Sicherheitsfall.

Die vorstehend beschriebene Funktionsweise trifft auch für den Fall zu, daß sich beim Einschalten das Hubwerk in der untersten oder in der obersten Grenzstellung befindet. Wenn das Hubwerk die tiefste Stellung einnimmt, befindet sich der servohydraulische Regelkreis in dem Modus "Senken", so daß die vorstehende erste Fallgestaltung zutrifft.

Wenn sich das Hubwerk in der obersten Position befindet, ist der servohydraulische Regelkreis dem Modus "Heben", so daß die zweite geschilderte Fallgestaltung auftritt.

Es ergibt sich durch die vorstehende Funktionsweise der Sicherheitsschaltung somit der Vorteil, daß die Bedienungs­ person bei der Entriegelungsbewegung durch den Sollwerthebel - unabhängig davon ob der Regelmodus mit einem Kraft- oder Lage-Istwert arbeitet - immer durch die Stellung "Neutral" geht. Folglich ist in jedem Fall eine unerwünscht heftige Reaktion am Verbraucher ausgeschlossen. Auch beim Start des servohydraulischen Regelsystems in der Stellung "Neutral" entsteht auch nur eine einzige Reaktion, weil beim Entrie­ geln des ersten Wegeventils 60 das servohydraulische Regelsystem noch inaktiv bleibt. Darüberhinaus ergibt sich der Vorteil, daß keine zusätzlichen Bedienungselemente erforderlich werden.

Zusammenfassend kann somit das der Sicherheitsschaltung zugrundeliegende Konzept dahin charakterisiert werden, daß das Entriegeln des der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers zugeordneten Wege­ ventils durch eine Sollwerthebelbewegung nach "Heben" und das Entriegeln des der ersten Bewegungsrichtung (F) des Verbrauchers zugeordneten Wege­ ventils durch eine Sollwerthebelbewegung nach "Senken" erfolgt. Es muß somit grundsätzlich im Sicherheitsfall immer erst durch eine Sollwerthebelbewegung nach "Senken" der Modus "Heben" entriegelt werden. Erst dann ist ein Druckauf­ bau in der Signaldruckleitung X4 möglich und erst dann kann die Pumpe im Systemkreis bei geschlossener Druckwaage Druck aufbauen und das Rückschlagventil 68 zum Zylinder direkt aufstoßen.

Selbstverständlich sind Abweichungen von den zuvor beschrie­ benen Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist die Sicherheitsschaltung auch für doppelt wirkende Verbraucher anwendbar. Die Erfin­ dung ist darüberhinaus gleichermaßen für Regelvorrichtungen anwendbar, bei denen die Steuersignale X1 und X2 am Regel­ kolben von anderweitigen Signalen, beispielsweise elektri­ schen Signalen gebildet sind.

Die Erfindung schafft somit eine Sicherheitsschaltung für ein servohydraulisches Regelsystem insbesondere zur hydrau­ lischen Steuerung und Betätigung des Hubwerks an einem Nutz­ fahrzeug. Hierbei wird die Ansteuerung des Hubwerks in Abhängigkeit von der Stellung eines Sollwerthebels über ein Proportionalventil vorgenommen, das auf seiner einen Seite von einem Referenzdruck und auf der anderen Seite von einem der Regelabweichung proportionalen Druck beaufschlagt ist, so daß es bei einer Regelabweichung Null eine Neutralstel­ lung einnimmt, in der die zum Verbraucher führende bzw. die vom Verbraucher kommende Arbeitsleitung blockiert ist. Um unerwünschte spontane Bewegungen des Verbrauchers beim Ein­ schalten des Regelsystems auch für den Fall auszuschließen, daß beim Einschalten eine Regelabweichung vorliegt, sind zwei Wegeventile vorgesehen, von denen im ausgeschal­ teten Zustand des Regelsystems das eine in eine die erste Bewegungsrichtung (F) des Verbrauchers sperrende Stellung und das andere in eine die zweite Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers sperrende Stellung vorgespannt ist. Die Wege­ ventile sind so geschaltet, daß beim Einschalten des Regel­ systems zumindest dasjenige Wegeventil, mit dem der von der Momentan-Steuerschaltung bzw. der Momentan-Schaltstellung des Proportionalventils vor­ gegebene Ansteuervorgang des Verbrauchers blockierbar ist, so lange in der Sperrstellung gehalten wird, bis ein Soll­ werthebel lange genug in eine Richtung bewegt wird, damit der Kolben des Proportionalventils 10 über die Neutralstel­ lung N hinweg verschoben werden kann.

Claims (14)

1. Steuerung für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere Hubwerk, bestehend aus einem hydraulischen ansteuerbaren Wegeventil (10) zur Zu- und Abführung der Arbeitsflüssigkeit sowie ein in der Arbeitsleitung (36) zwischen Wegeventil (10) und Verbraucher angeordnetes hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil (68), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflüssigkeit für das Rückschlagventil (68) über einen zusätzlichen Strömungspfad (10a) des Wegeventils (10) geführt ist und zusätzlich über ein weiteres hydraulisch ansteuerbares Wegeventil (60) und ein weiteres ebenfalls hydraulisch ansteuerbares Wegeventil (62) den Druckaufbau der Arbeitsflüssigkeit und die Verbindung vom Verbraucher zum Tank steuert, wobei die hydraulische Ansteuerung der zusätzlichen Wegeventile (60, 62) von der jeweiligen Steuerschaltung (SE, N, H) des die Arbeitsflüssigkeit steuernden Wegeventils (10) festgelegt ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Proportionalventil ausgelegte Wegeventil (10) auf seiner einen Seite von einem Referenzdruck und auf der anderen Seite von einem der Regelabweichung proportionalen Druck beaufschlagt ist, so daß es bei einer Regelabweichung null (X1=X2) eine Neutralstellung einnimmt, in der die zum Verbraucher führende und die vom Verbraucher kommende Arbeitsleitung blockiert ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegeventile (60, 62) als Sicherheitsventile ausgelegt sind, von denen im ausgeschalteten Zustand des Regelsystems (SHR) das Wegeventil (62) in eine Sperrstellung (S) vorgespannt ist, die eine erste Bewegungsrichtung (F) sperrt und das Wegeventil (60) in eine Sperrstellung (S) vorgespannt ist, die eine zweite Bewegungsrichtung (E) sperrt, wobei sie so geschaltet sind, daß beim Einschalten des Regelsystems (SHR) zumindest dasjenige Wegeventil (62 und/oder 60), mit dem der von der Momentan-Steuerstellung (SE, N oder H) des Wegeventils (10) vorgegebene Ansteuervorgang des Verbrauchers (Z) blockierbar ist, so lange in der Sperrstellung (S) gehalten wird, bis durch Bewegung eines Sollwerthebels (120; 220A, 220B) das Wegeventil (10) über die Neutralstellung (N) hinweg verschoben worden ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Wegeventile (60, 62) durch seine Sperrstellung (S) den zum Entsichern des anderen Wegeventils erforderlichen Signaldruck (X4) bestimmt und liefert.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der ersten Bewegungsrichtung (F) des Verbrauchers (Z) zugeordnete Wegeventil (62) einen vom Leistungskreis (32, 36) stromab des Wegeventils (10) abgeleiteten Signaldruck (X4) in der Sperrstellung (S) zum Tank abbaut, wobei eine diesen Signaldruck (X4) führende Zweigleitung in der Sperrstellung (S) des anderen Wegeventils (60) über dieses (Steuerdruckleitung 76) zu dessen Steuerseite geführt ist.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das der zweiten Bewegungsrichtung (E) des Verbrauchers (Z) zugeordnete Wegeventil (60) einen von einem Pilotdruckkreis (P1, 34, 38) stromab des Wegeventils (10) abgeleiteten weiteren Signaldruck (X3) in der zweiten Bewegungsrichtung (E) zu einem in der zum Verbraucher (Z) führenden Arbeitsleitung (36) liegenden, entsperrbaren Rückschlagventil (68) weiterleitet, während das der ersten Bewegungsrichtung (F) zugeordnete Wegeventil (62) diesen Signaldruck (X3) über eine Steuerkante des Wegeventils (62) zu seiner Steuerseite durchschaltet (Steuerdruckleitung 80).

7. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Wegeventil (62) für die erste Bewegungsrichtung (F) führende Leitung (38a) des weiteren Signaldrucks (X3) eine Sicherheitsdrossel (84) eingebaut ist.

8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das der ersten Bewegungsrichtung (F) zugeordnete Wegeventil (62) einen ausreichend langen Hub hat, um Druckspitzen des Signaldrucks (X3) zu kompensieren.

9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Wegeventils (62) auf die Sicherheitsdrossel (84) abgestimmt ist.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Leistungskreis (32, 36) stromab des Wegeventils (10) abgeleitete Signaldruck (X4) den Druck in einer von der Arbeitsleitung (36) abzweigenden Zweigleitung (40) hinter einer Blende (42) darstellt, wobei die Zweigleitung (40) mit dem Ausgang (44) eines Stromregelventils (46) verbunden ist, dessen Zulauf (50) mit dem Leistungskreis (32, 36) stromauf des Wegeventils (10) in Verbindung steht.

11. Steuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 für die Ansteuerung eines Hubwerks, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegungsrichtung (F) die Hubrichtung darstellt.

12. Steuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 für die Ansteuerung eines Hubwerks, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bewegungsrichtung (E) die Senkrichtung darstellt.

13. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegeventile (60, 62) jeweils starke Rückstellfedern (64, 66) haben.

14. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (10) von einem Ausgangssignalpaar (X1, X2) einer Meßbrücke (X1=X2) derart angesteuert ist, daß es bei abgeglichener Meßbrücke die Neutralstellung (N) einnimmt.