DE4404224A1 - Hydraulische Funktionseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Funktionsein­ heit mit einem Hauptgehäuse und mit mindestens einem beweglichen Funktionselement, dessen Position und/oder Bewegung im Hauptgehäuse Strömungs- und/oder Druckbe­ dingungen und/oder Kammervolumina für Hydraulikflüssig­ keit bestimmt, und mit mindestens einem Sensor.

Als hydraulische Funktionseinheiten kommen beispiels­ weise Ventile, insbesondere Proportionalventile, in Betracht, bei denen das Funktionselement durch das Ven­ tilglied, einen Hauptschieber oder einen Kompensations­ schieber gebildet wird. Hierbei erfolgt die Steuerung der Bewegung oder der Position mindestens eines Funk­ tionselements vielfach von außen, unter Umständen aber nur indirekt. Die Funktionseinheit kann aber auch als Betätigungseinheit, beispielsweise als Kolben-Zylinder- Einheit, ausgebildet sein. Das Funktionselement, der Kolben, wird hier durch die Hydraulikflüssigkeit ver­ schoben.

Aus US 4 796 661 ist es bekannt, einen Drucksensor in ein proportionales elektro-hydraulisches Drucksteuer­ ventil einzubauen, wobei der Sensor ein elektrisches Ausgangssignal ausgibt, das verwendet werden kann, um numerisch den gesteuerten Druck anzuzeigen oder eine Regelung des Stromes eines Magneten zu bewirken, der seinerseits wiederum für die Stellung des Ventilgliedes im Ventilgehäuse verantwortlich ist.

Ferner ist es durch eine elektronische Load-Sensing- Anlage E.LS.A. der Barmag AG, Remscheid, bekannt, einen Ventilblock, der elektrisch angesteuerte propor­ tionale Wegeventile aufweist, mit Drucksensoren auszu­ rüsten, die die Druckdifferenz zwischen Pumpenförder­ strom und höchster aktiver Last ermitteln.

Auch aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 41 848 ist es bekannt, in einem gesteuerten Proportionalventil einen Drucksensor zu verwenden, der den höchsten Lastdruck in ein elektri­ sches Spannungssignal umwandelt.

Der Einbau von Sensoren in die Funktionseinheit ist nicht immer problemlos. In der Regel müssen nicht nur zusätzliche Bohrungen angebracht werden, durch die die Hydraulikflüssigkeit bis an oder in die Nähe des Sen­ sors gelangen kann. Vielmehr müssen auch Aufnahmemög­ lichkeiten für die Sensoren geschaffen werden, die nicht nur so ausgebildet sein müssen, daß der Sensor Platz findet. Der Sensor muß in der Regel auch dagegen gesichert werden, daß er aus dem Gehäuse unter dem Ein­ fluß des hydraulischen Drucks wieder herausgedrückt wird. Andererseits sind die Sensoren in vielen Fällen empfindlich gegenüber Beschädigungen. Derartige Beschä­ digungen können jedoch bei der Zusammensetzung der Funktionseinheit, d. h. beim Einbau des Sensors in die Funktionseinheit, leicht auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Aufbau einer Funktionseinheit mit Sensor zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einer Funktionseinheit der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sensor im Innern eines Sensorgehäuses aufgenommen ist, daß das Sensorgehäuse und das Hauptgehäuse aneinander anliegen­ de Schnittstellenflächen aufweisen und daß mindestens ein Übertragungskanal vorgesehen ist, der die Schnitt­ stellenfläche durchsetzt und einen Meßort im Ventilge­ häuse mit dem Sensor verbindet.

Durch diesen Aufbau wird die Funktionseinheit in meh­ rere Abschnitte aufgeteilt. Ein Abschnitt, der im we­ sentlichen durch das Hauptgehäuse mit den darin aufge­ nommenen Teilen gebildet ist, dient lediglich zur Rea­ lisierung der Funktion der Funktionseinheit. Dieser Abschnitt muß sich nicht wesentlich von einer herkömm­ lichen Funktionseinheit ohne Sensoren unterscheiden. Der andere Abschnitt, der im wesentlichen durch das Sensorgehäuse und die darin aufgenommenen Teile gebil­ det ist, dient dazu, die benötigten Meßwerte in der Funktionseinheit zu ermitteln. Beide Teile können ge­ trennt voneinander gefertigt werden. Da die Sensoren im Sensorgehäuse aufgenommen sind, sind sie darin auch geschützt. Das Sensorgehäuse kann als Einheit problem­ los transportiert und gehandhabt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die darin aufgenommenen Sensoren beim Transport oder bei der Fertigung, d. h. beim Zusam­ mensetzen der Funktionseinheit, beschädigt werden. Da das Sensorgehäuse über eine Schnittstellenfläche am Hauptgehäuse anliegt, läßt sich über diese Schnitt­ stellenfläche hinweg, insbesondere durch den erwähnten Übertragungskanal, eine Übermittlung der physikalischen Größe, die gemessen werden soll, an den Sensor errei­ chen, ohne daß der Sensor bis in das Hauptgehäuse hin­ einragen muß. Diese Möglichkeit ist zwar nicht ausge­ schlossen, insbesondere dann nicht, wenn ein Wegmesser als Sensor zum Einsatz kommt. In diesem Fall können durchaus mechanische Übertragungsmittel in dem Übertra­ gungskanal aufgenommen sein, wie z. B. ein Stößel oder ähnliches. Die Schnittstellenfläche läßt sich relativ leicht abdichten, so daß durch die äußere Anordnung des Sensors oder der Sensoren keine Leckageprobleme auftre­ ten. Der mechanische Aufbau der Funktionseinheit wird hierdurch ganz erheblich vereinfacht. Der Übertragungs­ kanal läßt sich relativ leicht fertigen.

Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Übertra­ gungskanal im wesentlichen senkrecht zur Schnittstel­ lenfläche verläuft. In diesem Fall kann er beispiels­ weise durch eine Bohrung erzeugt werden. Er kann aber auch bereits beim Herstellen des Hauptgehäuses, bei­ spielsweise durch Gießen, vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist der Sensor von der Schnittstellenflä­ che her in das Sensorgehäuse eingesetzt. Der Übertra­ gungskanal ist hierzu beispielsweise als Sackbohrung ausgebildet. Drücke der Hydraulikflüssigkeit, die auf den Sensor wirken, pressen ihn nur tiefer in das Sen­ sorgehäuse hinein, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Sensor aus dem Gehäuse herausgedrückt wird.

Vorzugsweise sind mehrere Übertragungskanäle vorgese­ hen, von denen mindestens einer anstelle des oder zu­ sätzlich zum Sensor ein Betätigungselement zum Beein­ flussen der Position des Funktionselements aufnimmt. Parallel zu dem oder den Sensoren können natürlich auch die entsprechenden Betätigungselemente, beispielsweise Magnete, für die Einstellung der Position des Funk­ tionselements, beispielsweise eines Schiebers, vorgese­ hen sein. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn am oder im Sensorgehäuse eine Steuereinrichtung ange­ ordnet ist, die nach einer Auswertung der Ausgangssi­ gnale des oder der Sensoren die entsprechenden Betäti­ gungssignale für die Bewegung des Funktionselements er­ zeugt. Wenn im folgenden von Sensoren die Rede ist, kann statt des Sensors auch ein Betätigungselement ge­ meint sein, wenn dies sinnvoll ist, ohne daß dies etwa erwähnt werden wird.

Vorzugsweise sind mehrere Übertragungskanäle vorgese­ hen, von denen mindestens einer blind im Sensorgehäuse endet. Man kann hierbei einen einzelnen Typ von Sensor­ gehäusen vorsehen, der eine Vielzahl von Übertragungs­ kanälen aufweist. Je nach Anforderung müssen aber nicht alle Übertragungskanäle tatsächlich mit Sensoren be­ stückt werden. In vielen Fällen wird es ausreichen, nur einen oder einige wenige Übertragungskanäle mit Senso­ ren zu versehen. Die übrigen Übertragungskanäle bleiben frei, was jedoch die Funktion der Funktionseinheit nicht weiter stört, insbesondere dann nicht, wenn der Teil des Übertragungskanals, der blind im Sensorgehäuse endet, nicht in das Hauptgehäuse fortgeführt ist.

Auch wenn ein sensorfreier Übertragungskanal bis in das Hauptgehäuse fortgeführt ist, muß keine mechanische Änderung, etwa keine andere Strömungsgeometrie, im Hauptgehäuse erzeugt werden, wenn in einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens ein Übertragungskanal mit ei­ nem in das Hauptgehäuse, insbesondere bis zum Meßort, hineinragenden Blindstopfen versehen ist. Diese Ausge­ staltung erlaubt es, auch mit nur wenigen Hauptgehäusen auszukommen. Die Hauptgehäuse können so gestaltet wer­ den, daß grundsätzlich an allen interessierenden Stel­ len Sensoren eingesetzt werden können. Stellt sich her­ aus, daß die Sensoren an allen Stellen gar nicht not­ wendig sind, kann man die Übertragungskanäle, genauer gesagt, die entsprechenden Abschnitte der Übertragungs­ kanäle im Hauptgehäuse, wieder durch die Blindstopfen verschließen. Hierdurch erhält man eine große Flexibi­ lität bei der Fertigung mit einer geringen Vorratshal­ tung und einem geringen konstruktiven Aufwand, weil ein Hauptgehäuse für eine Vielzahl von Möglichkeiten ver­ wendbar ist.

Auch ist bevorzugt, daß der Übertragungskanal im we­ sentlichen senkrecht zur Richtung des Strömungspfades verläuft. In dieser Ausgestaltung besteht keine Gefahr, daß der Sensor bzw. das Sensorgehäuse mit dem Strö­ mungspfad und den daran angeschlossenen Leitungen, die außen vom Hauptgehäuse wegführen, kollidieren.

Auch ist bevorzugt, daß die Schnittstellenfläche im wesentlichen senkrecht zu einer Flanschfläche am Haupt­ gehäuse angeordnet ist. Über derartige Flanschflächen werden in vielen Fällen mehrere Funktionseinheiten, insbesondere mehrere Proportionalventile, gegebenen­ falls mit weiteren Ventilen, nebeneinander aufgereiht. Durch das Sensorgehäuse wird diese Möglichkeit nicht beeinträchtigt, da die Schnittstellenfläche senkrecht zu der Flanschfläche angeordnet ist, das Sensorgehäuse also quer zu benachbarten Ventilen absteht.

Vorzugsweise sind mindestens ein Basisabschnitt und ein Eingangsabschnitt vorgesehen, wobei jeder Abschnitt mindestens einen Sensor aufweist. Basisabschnitt und Eingangsabschnitt können damit getrennt voneinander überwacht werden.

Auch ist bevorzugt, daß eine Steuereinheit mit minde­ stens einem Sensor verbunden ist und die Position zu­ mindest des Funktionselements beeinflußt. Die Steuer­ einheit ist ebenfalls im Sensorgehäuse aufgenommen. Die Steuereinheit kann unter anderem auf der Basis der vom Sensor ermittelten physikalischen Größe die Stellung des Funktionselements verändern. Die Erfassung der phy­ sikalischen Größe, beispielsweise des Drucks, der Tem­ peratur, des Durchflusses oder ähnliches läßt sich mit Hilfe eines Sensors relativ einfach gestalten. In den meisten Fällen wird ein derartiger Aufbau einfacher sein als die hydraulische Rückführung der entsprechen­ den Größe auf ein Betätigungsglied zum Verschieben des Funktionselements. Man kann auf diese Art und Weise bei gleichem mechanischen Aufbau eine Verbesserung des Steuerverhaltens erreichen oder bei gleichem Steuerver­ halten den mechanischen Aufbau ganz beträchtlich ver­ einfachen.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit mindestens zwei Sensoren verbunden, die unterschiedliche physikalische Größen erfassen. Die Steuermöglichkeiten für die Fun­ ktionseinheit werden damit beträchtlich erweitert, weil man nunmehr weitere Einflußmöglichkeiten berücksichti­ gen kann.

Insbesondere ist mindestens ein Sensor als Drucksensor, Durchflußmesser, Temperaturfühler, Positionssensor, Schmutzsensor oder Luftsensor ausgebildet, wobei im Fall von mehreren Sensoren eine Kombination eines Teils oder aller dieser Sensoren, gegebenenfalls mit mehreren Sensoren der gleichen Art, vorgesehen ist. Mit Hilfe des Drucksensors oder der Drucksensoren lassen sich Drücke in der Funktionseinheit erfassen. Bei der Ver­ wendung von mehreren Drucksensoren lassen sich auch Druckdifferenzen über bestimmte Abschnitte des Strö­ mungspfades zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Funktionseinheit erfassen. Der Durchflußmesser gibt Aufschluß über die durchfließende Menge an Hydraulik­ flüssigkeit, wobei hier gegebenenfalls auch die Strö­ mungsgeschwindigkeit ausgewertet werden kann. Der Tem­ peraturfühler erfaßt die Temperatur der Hydraulikflüs­ sigkeit. In einigen Fällen beeinflußt die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit das Steuerverhalten der Funktionseinheit. Dies kann berücksichtigt werden. Au­ ßerdem kann mit Hilfe der Temperaturerfassung die Kühl­ leistung an die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit angepaßt werden, was zu einer deutlichen Energieeinspa­ rung führen kann. Der Positionssensor kann die Stellung des Funktionselements, beispielsweise eines Schiebers erfassen. Er gestattet damit die Kontrolle der Position dieses Schiebers, was insbesondere dann von Bedeutung sein kann, wenn der Schieber über eine Fernbetätigung verstellt wird. Der Schmutzsensor gibt Auskunft über die Verschmutzung der Hydraulikflüssigkeit. Die Steuer­ einheit kann Warnungen ausgeben, wenn der Verschmut­ zungsgrad der Hydraulikflüssigkeit ein vorbestimmtes Maß übersteigt und die Flüssigkeit entsprechend ausge­ tauscht oder gereinigt werden müßte. In gleicher Weise kann der Luftsensor Aufschluß über die in der Hydrau­ likflüssigkeit enthaltene Luft und damit über die Kom­ pressibilität der Hydraulikflüssigkeit geben. Letztere beeinflußt die Wirkungen des hydraulischen Systems.

Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung einen Druck­ sensor zur Erfassung des Drucks vor dem Funktionsele­ ment und einen Durchflußmesser auf, wobei die Steuer­ einheit einen Regelkreis enthält und eine Umschaltein­ richtung vorgesehen ist, die entweder das Ausgangssi­ gnal des Drucksensors oder das Ausgangssignal des Durchflußmessers oder beide in den Regelkreis ein­ speist. Wenn die Steuereinheit das Funktionselement, beispielsweise den Hauptschieber und den Kompensations­ schieber eines Proportionalventils so steuert, daß ein konstanter Durchfluß im Hauptschieber entsteht, wird das Ventil ein Durchflußsteuerventil genannt. Wenn der Kompensationsschieber verwendet wird, um einen konstan­ ten Druck vor dem Hauptschieber zu erzeugen, wird das Ventil ein Drucksteuerventil genannt. Die Entscheidung, welche Art von Ventil verwendet wird, hängt vom Anwen­ dungsfall ab. Gelegentlich kann es aber von Vorteil sein, das Steuerverhalten eines derartigen Ventils kurzfristig ändern zu können, insbesondere bei experi­ mentellen Aufbauten. In diesem Fall genügt ein einfa­ ches Umschalten, um von einem Durchflußsteuerventil zu einem Drucksteuerventil und umgekehrt zu wechseln. Wenn sowohl der Drucksensor als auch der Durchflußmesser verwendet werden, kann die Steuereinheit auch eine Lei­ stungssteuerung realisieren.

Vorzugsweise ist anstelle des oder zusätzlich zum Durchflußmesser ein Positionssensor für das Funktions­ element vorgesehen. Wenn die Funktionseinheit als Ven­ til und das Funktionselement als Hauptschieber ausge­ bildet ist, erlaubt die Position des Hauptschiebers eine Aussage über den wirksamen Querschnitt des Strö­ mungspfades. Wenn dieser und gegebenenfalls der Druck bekannt sind, läßt sich hieraus die Durchflußmenge er­ mitteln. Die Verwendung eines Positionssensors ist in vielen Fällen einfacher als der Einbau eines Durchfluß­ messers, bei dem gelegentlich nicht auszuschließen ist, daß er das Strömungsverhalten der durchfließenden Hy­ draulikflüssigkeit beeinflußt.

Vorzugsweise weist die Steuereinheit einen Integrator zur Ermittlung der durchgeflossenen Menge an Hydraulik­ fluid auf. Das Ausgangssignal des Integrators erlaubt es, eine Aussage über die Bewegung bzw. den eingenomme­ nen Zustand des Funktionselements oder eines über die Funktionseinheit gesteuerten Antriebsteiles, etwa einer Kolben-Zylinder-Anordnung oder eines hydraulischen Ro­ tationsmotors, zu treffen.

Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Sensor mit einer nach außen geführten Signalschnittstelle verbun­ den. Das Ausgangssignal des Sensors steht damit nicht nur lokal für die lokale Steuereinheit zur Verfügung, es kann auch von außen abgegriffen werden, so daß In­ formationen über die jeweilige hydraulische Funktions­ einheit auch in einem übergeordneten System zur Verfü­ gung stehen. Wenn man hierzu eine Schnittstelle verwen­ det, an der die Ausgangssignale des Sensors in einer vorbestimmten Form zur Verfügung stehen, läßt sich eine vereinheitlichte Signalerfassung von mehreren Funk­ tionseinheiten leicht durchführen. Insbesondere kann es hierbei von Vorteil sein, wenn die Signalform für alle Sensoren gleich ist. Natürlich können sich die Signal­ inhalte von Sensor zu Sensor unterscheiden. Hierbei kann man beispielsweise jedem Sensor eine Adresse zu­ ordnen. Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit ist, jedem Sensor seiner Art entsprechend eine Kennzahl zuzuordnen.

Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit mit der Sig­ nal-Schnittstelle verbunden. Die Sensoren können sowohl direkt als auch über die Steuereinheit mit der Signal­ schnittstelle verbunden sein. Die Verbindung über die Steuereinheit hat den Vorteil, daß die Steuereinheit gegebenenfalls eine Signalaufbereitung vornehmen kann. Durch die Verbindung der Steuereinheit mit der Signal­ schnittstelle lassen sich nicht nur Informationen über den Ist-Zustand der Funktionseinheit nach außen weiter­ geben, sondern auch Informationen über die von der Steuereinheit vorgenommenen Einstellungen oder ihre Ausgangssignale.

Vorzugsweise ist die Signal-Schnittstelle mit einer Bus-Leitung verbindbar. Über eine derartige Bus-Leitung läßt sich die Datenübertragung auch dann relativ pro­ blemlos abwickeln, wenn mehrere Funktionseinheiten an­ geschlossen werden sollen.

Bevorzugterweise ist eine System-Steuereinheit vorgese­ hen, die Signale von den Sensoren miteinander hydrau­ lisch verbundener Funktionseinheiten und/oder deren Steuereinheiten erhält und die Ausgangssignale zum Steuern einer Druckquelle und/oder anderer Hilfsein­ richtungen erzeugt. Hierdurch läßt sich mit relativ einfachen Mitteln nicht nur ein lokales Steuern der jeweiligen Funktionseinheit, z. B. ein Load-Sensing (Lastfühlen), realisieren, sondern auch ein globales oder systemweites Steuern, z. B. ein System-Load-Sen­ sing, also die Einstellung des Lastdrucks in einem hy­ draulischen System. Beispielsweise kann der Pumpendruck elektronisch gesteuert werden, wobei ein derartiges elektronisches System sehr viel einfacher auf eine ge­ wünschte Regelausbildung zu optimieren ist. Die elek­ tronische Druckmessung ermöglicht eine Überwachung des Drucks in der Belastung, und zwar sowohl für die ein­ zelne Funktionseinheit, z. B. das einzelne Proportional­ ventil, über die lokale Steuereinheit als auch für das gesamte System mit mehreren Funktionseinheiten, z. B. mehreren Proportionalventilen, und angeschlossenen Ein­ heiten durch die System-Steuereinheit. Man kann damit in die Steuerung einzelner Ventile eingreifen und bei­ spielsweise den Druck auf vorherbestimmte Grenzwerte begrenzen. Ebenfalls kann der mittlere Druck der Bela­ stung berechnet werden, was zur Ermittlung des stati­ schen mittleren Drucks der Belastung dient. Gegebenen­ falls kann auch eine Kavitationsüberwachung von ange­ schlossenen hydraulischen Einheiten, beispielsweise eines angeschlossenen Hydraulikmotors, realisiert wer­ den. Mit Hilfe der System-Steuereinheit kann auf ein­ fache Weise eine übergeordnete Prioritätsregelung des Durchflusses, die verschiedene Ventilfunktionen aus­ steuern kann, ermöglicht werden. Hierdurch läßt sich eine optimale Ausnutzung der Kapazität der Pumpe reali­ sieren und eine Überlastung eines angeschlossenen An­ triebsmotors verhindern. Es ist auch möglich, die Tä­ tigkeit des Bedienungspersonals zu überwachen, so daß gegebene Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsram­ pen eingehalten werden können. Auch kann eine bedie­ nungsprogrammierte Ansteuerungscharakteristik, z . B. eine progressive Aussteuerung, eingeführt werden. Da die Sensoren elektronische Ausgangssignale abgeben, die entsprechend elektronisch weiterverarbeitet werden kön­ nen, was eine höhere Geschwindigkeit zuläßt als die herkömmliche Verarbeitung von hydraulischen Signalen, lassen sich eine Vielzahl von weiteren Parametern be­ rücksichtigen. Hierdurch läßt sich eine bessere Steue­ rung des Durchflusses und des Drucks realisieren oder eine Kompensierung von Störgrößen für geänderte Bela­ stungsverhältnisse verwirklichen. Beispielsweise kann ein Algorithmus verwendet werden, der die momentanen Trägheits- und Reibungsverhältnisse bestimmt, die dann in eine oder mehrere Regelschleifen eingehen können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Tempe­ ratur der Hydraulikflüssigkeit mit in die Regelung ein­ fließen kann. Auch läßt sich eine Dämpfung von Schwingungen im System erreichen, wenn in einem Regel­ kreis die Ansteuerung des Hauptschiebers und/oder des Kompensationsschiebers entsprechend gegenphasig er­ folgt.

Die Verwendung derartiger Funktionseinheiten in dem hydraulischen System hat den Vorteil, daß die Systemzu­ stände, beispielsweise Drücke und Durchflußraten, die normalerweise mit getrennten Sensoren gemessen werden müßten, unmittelbar zur Verfügung stehen, und zwar ge­ nau an den Orten, wo sie beeinflußt werden bzw. entste­ hen. Dies vereinfacht nicht nur den Aufbau eines der­ artigen Systems ganz erheblich, es verbessert auch die Signalerfassung, weil die Signale unmittelbar dort er­ zeugt werden, wo die Beeinflussung der Hydraulikflüs­ sigkeit erfolgt. Die Sensoren sind dann in den einzel­ nen Funktionseinheiten sozusagen "versteckt". Zusätzli­ che externe Bauteile sind damit nicht mehr notwendig. Dadurch, daß die Sensoren in den einzelnen Funktions­ einheiten aufgenommen sind, können die Signale von den Sensoren in den einzelnen Einheiten direkt in eine in­ terne Regelung eingehen, und zwar aktiv. Gleichzeitig sind die gleichen Signale aber auf der Bus-Leitung vor­ handen, um in eine Systemregelung einzugehen. Bei­ spielsweise können die Zustände in einer Funktionsein­ heit berücksichtigt werden bei der Steuerung oder Rege­ lung einer anderen Funktionseinheit. Hierdurch lassen sich gegenseitige Abhängigkeiten erzeugen, die mit her­ kömmlichen Systemen nicht oder nur mit großem Aufwand darstellbar waren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer als Propor­ tionalventil ausgebildeten Funktionseinheit,

Fig. 2 den äußeren Aufbau einer als Proportionalventil ausgebildeten Funktionseinheit,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Regelkreises und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem hydraulischen System.

Für die folgende Erläuterung wird als hydraulische Funktionseinheit beispielhaft ein Proportionalventil verwendet.

Das hydraulische Proportionalventil 1, das in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt ist, weist ein Ven­ tilgehäuse 2 und ein Sensorgehäuse 3 auf, die über eine Schnittstellenfläche 4 aneinander anliegen. Das Ventil­ gehäuse 2 bildet das "Hauptgehäuse".

Im Ventilgehäuse 2 ist ein Hauptschieber 5 verschiebbar gelagert, wobei der Hauptschieber 5 von zwei Federn 6, 7 in entgegengesetzte Richtungen belastet ist, sowie durch einen Antrieb 8 verschiebbar ist. Der Hauptschie­ ber 5 bildet hier das "Funktionselement".

Ferner ist im Ventilgehäuse 2 ein Kompensationsschieber 9 vorgesehen, der durch eine Feder 10 in eine Richtung belastet ist und von einem Antrieb 11 in die entgegen­ gesetzte Richtung. Darüber hinaus weist der Kompensa­ tionsschieber zwei Druckanschlüsse 12, 13 auf, deren Drücke den Kompensationsschieber ebenfalls in Bewe­ gungsrichtung belasten. Der Kompensationsschieber kann als zweites Funktionselement angesehen werden.

Im Ventilgehäuse 2 ist ein Pumpenanschluß P vorgesehen, der mit dem Kompensationsschieber 9 verbunden ist. Der Kompensationsschieber 9 ist über einen Kanal 14 mit dem Hauptschieber 5 verbunden. Der Hauptschieber seiner­ seits ist mit zwei Arbeitsanschlüssen A und B verbun­ den. Die Eingangsseite des Hauptschiebers 5, d. h. die Seite, an der der Kanal 14 mündet, ist mit einem Tank­ anschluß T verbunden. Der Hauptschieber steuert nicht nur die Menge der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit, sondern auch die Richtung, d. h. der Hauptschieber be­ stimmt, welcher der beiden Arbeitsanschlüsse A und B über den Kanal 14 mit dem Pumpenanschluß P und welcher mit dem Tankanschluß T verbunden ist.

Der Kanal 14 ist ferner mit dem Druckanschluß 13 ver­ bunden, der auf der gleichen Seite wie der Antrieb 11 des Kompensationsschiebers 9 angeordnet ist. Am Haupt­ schieber 5 ist außerdem eine Lastfühlleitung vorgese­ hen, die in der Neutralstellung des Hauptschiebers, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit der Tankleitung verbunden ist, bei einer Auslenkung des Hauptschiebers 5 in die eine oder die andere Richtung jedoch mit dem mit dem Pumpenanschluß P verbundenen Arbeitsanschluß verbunden ist. Auf der Lastfühlleitung 15 steht immer der höchste der beiden Drücke LS1 der Arbeitsanschlüsse A, B an. Die Lastfühlleitung 15 ist mit einem Wechselventil 16 verbunden, dessen Ausgang mit einem Lastfühlanschluß LS verbunden ist. Der andere Eingang des Wechselventils 16 ist mit einer Leitung LS2 verbunden, über die der Last­ fühldruck eines benachbarten Proportionalsystems zuge­ führt werden kann.

Im Sensorgehäuse 3 ist eine Vielzahl von Sensoren un­ tergebracht. So gibt es Drucksensoren 21 bis 25, die über Übertragungskanäle 26 bis 30 in dieser Reihenfolge mit dem ersten Arbeitsanschluß A, dem zweiten Arbeits­ anschluß B, dem Kanal 14, der Lastfühlleitung 15 und dem Tankanschluß T verbunden sind. Ferner ist ein Posi­ tionssensor 31 für die Stellung des Hauptschiebers 5 und ein Positionssensor 32 für die Stellung des Kompen­ sationsschiebers 9 vorgesehen. Ein Temperatursensor 33 ermittelt die Temperatur der im Kanal 14 strömenden Hydraulikflüssigkeit. Ein Durchflußmesser 34, 35 ermit­ telt die Menge der durch den Kanal 14 strömenden Flüs­ sigkeit. Ein weiterer Sensor 36 ermittelt die Schmutz­ belastung bzw. die Lufteinschlüsse in der Hydraulik­ flüssigkeit. Für die Positionssensoren 31, 32 sind ebenfalls Übertragungskanäle vorgesehen, in denen sich jeweils ein mit dem jeweiligen Schieber verbundenes Meßlineal 37, 38 bewegen kann. Der Temperatursensor 33, der Durchflußmesser 34, 35 und der Sensor 36 sind über Übertragungskanäle 37 bis 39 mit den jeweiligen Meß­ stellen im Ventilgehäuse 2 verbunden.

Ferner weist das Sensorgehäuse 3 eine Steuereinheit 40 auf, die über entsprechende Kanäle 41, 42 den Haupt­ schieber und den Kompensationsschieber 9 betätigt.

Die Übertragungskanäle 26 bis 30 bzw. 37 bis 39 verlau­ fen im wesentlichen senkrecht zur Schnittstellenfläche 4. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Drucksensoren, von denen hier der Drucksensor 21 dargestellt ist, von der Schnittstellenfläche 4 her in das Sensorgehäuse 3 eingesetzt, so daß der Druck der Hydraulikflüssigkeit den entsprechenden Sensor im Sen­ sorgehäuse 3 festhält. Es ist jedoch nicht möglich, daß der Sensor durch den Druck aus dem Sensorgehäuse her­ ausgedrückt wird. Parallel zur Zeichenebene ist eine Flanschfläche 58 dargestellt, an der weitere Ventile angeschlossen werden können, um einen Ventilblock zu bilden, wie dies allgemein bekannt ist.

Dargestellt ist eine Ausführungsform, in der alle Über­ tragungskanäle mit Sensoren versehen sind. Dies ist jedoch nicht notwendig, auch wenn die entsprechenden Übertragungskanäle sowohl in dem Ventilgehäuse 2 als auch in dem Sensorgehäuse 3 vorgesehen sind. Entweder können die entsprechenden Übertragungskanäle offenge­ lassen werden, wobei sie blind enden, um einen Austritt von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Oder sie können mit Blindstopfen versehen werden, die bis an die jewei­ ligen Meßstellen reichen. Die Meßstellen sind dabei die Punkte, an denen die Übertragungskanäle von den jewei­ ligen Leitungen oder Kanälen, beispielsweise Kanal 14, abzweigen.

In der Steuereinheit 40 ist ein Regelkreis 43 schema­ tisch dargestellt. Eine besondere Ausgestaltung eines derartigen Regelkreises 43 ist in Fig. 3 näher erläu­ tert. Der Regelkreis 43 umfaßt ein Stellglied 44 zur Verstellung des Hauptschiebers 5. Die Stellung des Hauptschiebers 5 beeinflußt den Druck vor dem Haupt­ schieber 5, der durch den Drucksensor 23 erfaßt wird, und die Menge der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit im Kanal 14, die durch den Durchflußmesser 34, 35 er­ faßt wird.

Über einen Umschalter 45 kann nun entweder der Druck vor dem Hauptschieber 5 oder die Menge der durchflie­ ßenden Hydraulikflüssigkeit im Kanal 14 in den Regel­ kreis zurückgespeist werden. Auf diese Weise ist es mit sehr einfachen Mitteln möglich, das Ventil sowohl als Durchflußsteuerventil als auch als Drucksteuerventil zu verwenden, je nach dem, welches Signal in den Regel­ kreis 43 eingespeist wird. In nicht dargestellter Weise kann die Umschalteinrichtung 45 auch so ausgebildet sein, daß sie beide Signale gleichzeitig in den Regel­ kreis 43 zurückspeist, um eine Leistungssteuerung be­ wirken zu können.

Fig. 4 zeigt die Einbindung des in Fig. 1 dargestellten Proportionalventils 1 in ein hydraulisches System. Das hydraulische System weist mindestens ein weiteres Pro­ portionalventil 1′ mit angeschlossenem Verbraucher auf. Die Proportionalventile 1 und 1′ haben einen gemeinsa­ men Eingangsabschnitt 46, der für die Anpassung an den höchsten Verbraucherdruck sorgt. Als Verbraucher ist hier für das Proportionalventil 1 ein hydraulischer Motor 47 dargestellt. Dem Eingangsabschnitt 46 vorge­ schaltet ist ein Verteilungsabschnitt 48, der Verbrau­ cher 49 mit einer höheren Priorität bevorzugt mit Hy­ draulikflüssigkeit versorgt. Die Hydraulikflüssigkeit wird hierbei von einem Pumpenabschnitt 50 geliefert, der eine Pumpe 51 mit verstellbarer Leistung aufweist. Zwischen dem Proportionalventil 1 und dem Motor 47 ist ferner ein Lasthalteabschnitt 52 angeordnet.

Jeder Abschnitt 1, 46, 48, 50, 52 weist eine eigene, lokale Steuereinheit 40, 53, 54, 55, 56 auf, die mit einer Systemsteuereinheit 57 verbunden sind. Natürlich kann die Systemsteuereinheit 57 Eingangssignale auch direkt von den einzelnen Sensoren, die ebenfalls in jedem Abschnitt vorgesehen sind, erhalten. Die System­ steuereinheit kann auf diese Weise eine Regelung des gesamten Systems in Form eines übergeordneten Regel­ kreises durchführen, so daß nicht nur eine hervorragen­ de Ausnutzung der Kapazität der Pumpe 51 gewährleistet wird, sondern auch sichergestellt wird, daß Grenzwerte nicht überschritten werden und nötigenfalls bestimmte Betriebsabläufe eingehalten werden.

Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden als hydraulische Funktionselemente nicht nur Proportional­ ventile, sondern auch Verteilungsventile, Prioritäts­ ventile oder andere hydraulische Steuermittel verwen­ det. Im Extremfall könnten sogar die hydraulischen Ar­ beitsmotoren mit einem Sensorgehäuse versehen werden. In diesem Fall könnte beispielsweise die Größe der ein­ zelnen Arbeitskammern, die ein Maß für die benötigte oder verwendete Hydraulikflüssigkeit ist, in eine Sy­ stemregelung einfließen. Gemeinsam ist jedoch allen Funktionseinheiten, daß sie einen Teil haben, der den mechanischen oder hydraulischen Aufbau umfaßt, und ei­ nen anderen Teil, der die Sensoren umfaßt. Diese beiden Teile sind über die Schnittstellenfläche verbunden. Auf der anderen Seite kann der Sensorteil auch noch eine nach außen führende Signalschnittstelle aufweisen, so daß die lokalen Steuereinheiten entweder mit einer glo­ balen Steuereinheit oder mit anderen lokalen Steuerein­ heiten kommunizieren können. Für eine zentrale Steuer­ einheit ist es in vielen Fällen einfacher, die Signale von lokalen Steuereinheiten zu empfangen, als diese direkt von Sensoren auswerten zu müssen.

Durch die vorgestellte Ausbildung ist es möglich, auf einem fast willkürlich ausgewählten hydraulischen Mo­ dul, das natürlich eine entsprechende Ausbildung auf­ weisen muß, ein Sensormodul zu montieren, so daß die Signale von den Sensoren in den Modulen oder Einheiten in eine interne, aktive Regelung eingehen können. Gleichzeitig stehen die gleichen Signale auf der Bus- Leitung bereit für die Verwendung in möglichen anderen Modulen oder Einheiten und/oder in einer übergeordneten System-Regelung.

Claims (19)

1. Hydraulische Funktionseinheit mit einem Hauptgehäu­ se und mit mindestens einem beweglichen Funk­ tionselement, dessen Position und/oder Bewegung im Hauptgehäuse Strömungs- und/oder Druckbedingungen und/oder Kammervolumina für Hydraulikflüssigkeit bestimmt, und mit mindestens einem Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21-25, 31-36) im Innern eines Sensorgehäuses (3) aufgenommen ist, daß das Sensorgehäuse (3) und das Hauptgehäuse (2) aneinander anliegende Schnittstellenflächen (4) aufweisen und daß mindestens ein Übertragungskanal (26-30, 37-39) vorgesehen ist, der die Schnittstel­ lenfläche (4) durchsetzt und einen Meßort im Hau­ ptgehäuse (2) mit dem Sensor verbindet.

2. Funktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übertragungskanal (26-30, 37-39) im wesentlichen senkrecht zur Schnittstellenfläche (4) verläuft.

3. Funktionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21-25, 31-36) von der Schnittstellenfläche (4) her in das Sensorge­ häuse (3) eingesetzt ist.

4. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Übertragungs­ kanäle (26-30, 37-39) vorgesehen sind, von denen mindestens einer anstelle des oder zusätzlich zum Sensor ein Betätigungselement (8, 11) zum Beein­ flussen der Position des Funktionselements (5, 9) aufnimmt.

5. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Übertragungska­ näle (26-30, 37-39) vorgesehen sind, von denen min­ destens einer blind im Sensorgehäuse endet.

6. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Übertra­ gungskanälen (26-30, 37-39) mindestens einer mit einem in das Hauptgehäuse (2), insbesondere bis zum Meßort, hineinragenden Blindstopfen versehen ist.

7. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal (26-30, 37-39) im wesentlichen senkrecht zur Rich­ tung eines Strömungspfades der Hydraulikflüssigkeit durch die Funktionseinheit verläuft.

8. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellenflä­ che (4) im wesentlichen senkrecht zu einer Flansch­ fläche am Hauptgehäuse (2) angeordnet ist.

9. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Basis­ abschnitt (1) und ein Eingangsabschnitt (46) vor­ gesehen sind, wobei jeder Abschnitt mindestens ei­ nen Sensor aufweist.

10. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (40) mit dem mindestens einen Sensor (21-25, 31-36) ver­ bunden ist und die Position zumindest des Funk­ tionselements beeinflußt.

11. Funktionseinheit nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinheit mit mindestens zwei Sensoren (21-25, 31-36) verbunden ist, die unterschiedliche physikalische Größen erfassen.

12. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (21-25, 31-36) als Drucksensor, Durchflußmesser, Temperaturfühler, Positionssensor, Schmutzsensor oder Luftsensor ausgebildet ist, wobei im Fall von mehreren Sensoren eine Kombination eines Teils oder alle diese Sensoren, gegebenenfalls mit mehreren Sensoren der gleichen Art, vorgesehen ist.

13. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren einen Drucksensor (23) zur Erfassung des Drucks vor dem Funktionselement und einen Durchflußmesser (34, 35) aufweisen, daß die Steuereinheit (40) einen Regel­ kreis (43) enthält und eine Umschalteinrichtung (45) vorgesehen ist, die entweder das Ausgangssi­ gnal des Drucksensors (23) oder das Ausgangssignal des Durchflußmessers (34, 35) oder beide in den Re­ gelkreis einspeist.

14. Funktionseinheit nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß anstelle des oder zusätzlich zum Durchflußmesser (34, 35) ein Positionssensor (31) für das Funktionselement (5) vorgesehen ist.

15. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (40) einen Integrator zur Ermittlung der durchgeflosse­ nen Menge an Hydraulikfluid aufweist.

16. Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor (21-25, 31-36) mit einer nach außen geführ­ ten Signalschnittstelle verbunden ist.

17. Funktionselement nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit (40) mit der Sig­ nal-Schnittstelle verbunden ist.

18. Funktionselement nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Schnittstelle mit einer Bus-Leitung verbindbar ist.

19. Hydraulisches System mit Funktionseinheit nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine System-Steuereinheit (57) vorgesehen ist, die Signale von den Sensoren (21-25, 31-36) mitein­ ander hydraulisch verbundener Funktionseinheiten (1, 1′) und/oder deren Steuereinheiten erhält und Ausgangssignale zum Steuern einer Druckquelle (51) und/oder anderer Hilfseinrichtungen (48, 46) er­ zeugt.