Die
DE 25 32 668 A1 zeigt
ein mehrstufiges Druckservoventil, das anstelle einer aufwendigen elektro-hydraulischen
Rückführung des
Verbraucherdruckes eine hydraulisch-mechanische Rückführung des
Verbraucherdruckes mittels eines vom Verbraucherdruck beaufschlagten
Kolbens aufweist.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktionssicheres
hydraulisches Antriebssystem der eingangs genannten Art mit verringertem
Aufwand und verbesserten Steuereigenschaften zur Verfügung zu
stellen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
innere Regelkreis eine hydraulisch-mechanische Rückführung des Verbraucherdruckes
aufweist, wobei die hydraulisch-mechanische Rückführung in einem Kraftregelventil
angeordnet ist, das einen Schieber zur Beaufschlagung durch eine
vom Verbraucherdruck abgeleitete Kraft und durch eine Steuerkraft
aufweist, wobei das Kraftregelventil durch eine Vorsteuerung mit
gespeichertem Steuerkraft-Kennfeld oder gespeicherter Steuerkraft-Kennlinie beeinflussbar
ist.
Gegenüber einer
hydraulisch-elektrischen Rückführung des
Verbraucherdruckes ist der Aufwand für eine mechanisch-hydraulische
Rückführung gering.
Darüber
hinaus wird durch diese direkte Rückführung ein sehr gutes Zeitverhalten
erreicht, so daß sich
für den
nur schwach gedämpften
hydraulischen Verbraucher mit der erfindungsgemäßen Rückführung ein gut gedämpftes bis
aperiodisches Verhalten ergibt. Ein geringer Bauaufwand ergibt sich durch
die Anordnung der hydraulisch-mechanischen Rückführung in einem Kraftregelventil,
das einen Schieber zur Beaufschlagung durch eine vom Verbraucherdruck
abgeleitete Kraft und durch eine Steuerkraft aufweist. Somit genügt ein einziges
bewegtes Bauteil, um die Verbraucherkraft und die Steuerkraft gegeneinander
abzuwägen
und in Abhängigkeit
davon den Verbraucher zu regeln. Bei einem Zylinder mit zwei Kammern
wird der Schieber durch eine Kraft beaufschlagt, die aus einer von
den Kammerdrücken abgeleiteten
Druckdifferenz herrührt.
Die für
die Ansteuerung des Kraftregelventils erforderliche Steuerkraft
hängt sowohl
von der gewünschten
Geschwindigkeit des Verbrauchers (Soll-Geschwindigkeit) als auch
vom Hochdruck im Antriebssystem ab. Hierbei zeigt sich, daß die hydraulisch-mechanische
Rückführung bereits
den Einfluss des aus Gründen
eines möglichst
hohen Wirkungsgrades schwankenden Versorgungsdruckes (Hochdruck)
weitgehend ausgleicht. Hingegen ist die Abhängigkeit der erforderlichen
Steuerkraft von der Geschwindigkeit (Soll- Geschwindigkeit) deutlich ausgeprägt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß das
Kraftregelventil durch eine Vorsteuerung mit gespeichertem Steuerkraft-Kennfeld
oder gespeicherter Steuerkraft-Kennlinie beeinflussbar ist. Die
Vorsteuerung besitzt gegenüber
einer Regelung den Vorteil, daß bei
einer Sollwertänderung
keine Regeldifferenz aufgebaut werden muss, bevor eine Stellgrößenänderung
(d.h. keine Änderung
der Steuerkraft) erfolgt.
Die
Steuerkraft kann beispielsweise durch einen Steuerdruck aufgebracht
werden. Zu diesem Zweck ist günstig,
wenn dem Kraftregelventil ein Druckregelventil zur Erzeugung des
Steuerdruck-Sollwerts vorgeschaltet ist, wobei das vorgeschaltete
Druckregelventil durch die Vorsteuerung mit gespeicherter Steuerkraft-Kennfeld
oder gespeicherter Steuerkraft-Kennlinie beeinflussbar ist. Die Dynamik
dieses Druckregelventiles hat auf die Stabilität des inneren Regelkreises
keinen Einfluss. Daher kann es eine weit geringere Eckfrequenz besitzen
als beispielsweise ein Servoventil in einem gattungsgemäßen hydraulischen
Antriebssystem.
Hierbei
wird z.B. in einem Rechenwerk die erforderliche Steuerkraft (oder
der erforderliche Steuerdruck) in Abhängigkeit von der geforderten Soll-Geschwindigkeit
und dem (gemessenen) Hochdruck ermittelt und dem Kraftregelventil
aufgeprägt. Das
Kennfeld oder die Kennlinie kann z.B. in Tabellenform gespeichert
sein oder aber durch Polynome approximiert werden. Sofern die Anforderungen
an das hydraulische Antriebssystem nur gering sind, genügt die Verwendung
einer Steuerdruck-Kennlinie, wobei dann beispielsweise nur der Einfluss
der gewünschten
Geschwindigkeit auf die Höhe
des Steuerdruckes berücksichtigt
wird.
Bei
den in Mobilantrieben (beispielsweise in Baggern) vielfach verwendeten
Differentialzylindern sind die Kolbenflächen ungleich groß. Für den inneren
Regelkreis ergibt sich daher ein so genanntes Allpaß-Verhalten.
Dabei bewegt sich das Antriebssystem bei einer sprungförmigen positiven Änderung des
Sollwertes zunächst
in negative Richtung und strebt erst dann dem (positiven) Sollwert
zu. Um dies zu vermeiden, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, daß bei
einem als Differentialzylinder ausgebildeten Verbraucher eine gewichtete
hydraulisch-mechanische Rückführung für beide
Kammern des Differentialzylinders vorgesehen ist. Durch die Gewichtung
der Verbraucherdrücke
des Differentialzylinders wird die durch die unterschiedlich großen Kolbenflächen hervorgerufene Wirkung
kompensiert.
Um
aber Parameterschwankungen und Laständerungen auszugleichen ist
es vorteilhaft, wenn im äußeren Regelkreis
ein Geschwindigkeitsregler angeordnet ist, dem eine Sollwert-Istwert-Vergleichstelle
vorgeschaltet ist und dem eine Summierstelle nachgeschaltet ist,
an deren zweiten Eingang der Ausgang der Vorsteuerung angeschlossen
ist. Die Vorsteuerung wird also durch eine Rückführung der Geschwindigkeit ergänzt. Dabei
kann neben der beschriebenen Führungsgrößenregelung
auch eine Modellfolgeregelung verwendet werden.
Bei
hydraulischen Antriebssystemen muß als Grundforderung gewährleistet
sein, daß der
von der Pumpe erzeugte Hochdruck stets ausreicht, um die geforderte
Geschwindigkeit des Verbrauchers zu erreichen (dies gilt jedenfalls
für ein
Ein-Pumpen-System,
bei dem nur ein Verbraucher betätigt wird).
Andererseits ist es aus Wirkungsgradüberlegungen heraus wünschenswert,
wenn der von der Pumpe erzeugte Hochdruck nicht unnötig hoch
ist, da dann durch das Schließen
des Schiebers des Kraftregelventils Verluste entstehen.
In
Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Verbraucher
an eine Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen angeschlossen ist,
die mit einer Förderstrom-Steuerung oder mit
einer Förderstrom-Steuerung
mit unterlagerter Förderstrom-Regelung in Verbindung
steht, und daß ein
in Abhängigkeit
von der Schieberstellung des Kraftregelventils wirksamer Zusatz-Regler
der Förderstrom-Steuerung
oder der Förderstrom-Steuerung mit
unterlagerter Förderstrom-Regelung
aufgeschaltet ist.
Es
wird dabei eine bestimmte Schieberöffnung definiert, z.B. 90%,
bei der ein bestimmter Hochdruck von der Pumpe erzeugt wird. Unterschreitet
nun die tatsächliche
Schieberöffnung
den definierten Wert, so wird der Hochdruck reduziert, überschreitet
sie ihn, so wird der Hochdruck vergrößert. Sind mehrere Verbraucher
aktiv, so gilt dieser Zusammenhang jeweils für den Verbraucher dessen Ventilschieber
am weitesten geöffnet
ist. Sind alle Sollwerte der Schieberstellungen auf Null oder auf
einen sehr geringen Wert eingestellt, so wird auf eine Druckregelung
mit geringem stand-by-Druck geschaltet.
Die
Information über
die Schieberstellung gibt vollständig
Auskunft über
die Druckverhältnisse am
Verbraucher. Insbesondere dann, wenn mehrere Verbraucher im Antriebssystem
angeordnet sind, ist dies vorteilhaft, denn ein Messen der zahlreichen Lastdrücke mit
der damit verbundenen Problematik (mangelnde Dauerfestigkeit und
hohe Kosten der Sensoren) wird somit vermieden. Hingegen kann bei dem
erfindungsgemäß vorgesehenen
Wegmeßsystem
im Kraftregelventil auf bewährte
kostengünstige Erzeugnisse
zurückgegriffen
werden.
Die
beschriebene überlagerte
Regelung, die die Schieberstellung des Kraftregelventils auswertet, sorgt
für einen
Pumpendruck, bei dem zum einen die Drosselverluste gering sind und
zum anderen die negativen Einflüsse
einer durch zu geringen Druck hervorgerufenen Stellgrößenbeschränkung nicht
aufttreten.
Je
nach Anforderung an das Verhalten des Antriebssystems kann die Erfassung
der Schieberstellung unterschiedlich gestaltet werden. Um ein der Schieberauslenkung
eindeutig zuordenbares Signal zu erhalten, erweist es sich als günstig, wenn
zur Erfassung der Schieberstellung ein induktives Wegmeßsystem
vorgesehen ist. Mit einem solchen Sensor ist eine kontinuierliche
Erfassung der Schieberstellung möglich,
so daß der
Förderstrom
der Pumpe mit einem stetigen Regler beeinflußt werden kann.
Eine
einfachere und sehr kostengünstige
Lösung
besteht darin, zur Erfassung der Schieberstellung einen Schaltsensor
vorzusehen. Mit Hilfe eines schaltenden Sensors wird also nur erfaßt, ob die
gewünschte
Schieberöffnung
erreicht ist, um dann mit einem Regler auf den Pumpenförderstrom
einzuwirken.
Zweckmäßigerweise
ist am Kraftregelventil der Steuerkraft eine Federkraft entgegengerichtet wirksam,
wobei bei fehlender Steuerkraft die Anschlüsse des Kraftregelventils gesperrt
sind. Die Federkraft, die zum Funktionieren der Regelung nicht unbedingt
erforderlich ist, sorgt für
eine definierte Stellung des Kraftregelventils bei fehlender Steuerkraft.
Dies gilt sowohl bei Vorgabe eines Kraftsollwerts der Größe Null
als auch bei einem störungsbedingten
Ausfall der Steuerkraft.
Sofern
die Steuerkraft durch einen Steuerdruck aufgebracht wird, kann zur
Erzeugung des Steuerdrucks ein Druckregelventil verwendet werden,
das aus dem Hochdruck oder einem separaten Drucknetz versorgt wird.
Ebenso ist es möglich,
bei Druckversorgung des Druckregelventils aus dem Hochdruck ein
konstantes Druckniveau für
das Druckregelventil mit Hilfe eines Druckbegrenzungsventils zu
erzeugen.
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß parallel zur Federkraft eine
Zusatzkraft wirksam ist, die durch den Druck stromauf des Kraftregelventils
steuerbar ist. Dadurch ist es möglich,
den Schieber des Kraftregelventils hydraulisch einzuspannen, so
daß die
Eigenfrequenz des Systems Steuerkraft – Schieberposition sehr hoch
ist und gegenüber
anderen Eigenfrequenzen des Antriebssystems vernachlässigt werden
kann. Man erhält
somit ein Kraftregelventil mit reinem P – Verhalten, was sich positiv
auf die Stabilität
des inneren Regelkreises auswirkt.
Zweckmäßigerweise
ist zur Erzeugung der Steuerkraft ein an die Zulaufleitung zum Kraftregelventil
angeschlossenes Druckregelventil und zur Erzeugung der Zusatzkraft
ein an die Zulaufleitung angeschlossenes Druckbegrenzungsventil
vorgesehen.
Die
oben beschriebene hydraulische Einspannung liegt gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch dann vor, wenn das
Kraftregelventil beidseitig jeweils entgegen der Kraft einer Feder
durch eine Steuerkraft beaufschlagbar ist, zu deren Erzeugung jeweils
ein an die Zulaufleitung zum Kraftregelventil angeschlossenes Druckregelventil vorgesehen
ist. Die Federn zentrieren dabei den Schieber des Kraftregelventils
in Mittelstellung.
Sofern
Verbraucher vorgesehen sind, die einen großen Volumenstrom an Druckmittel
benötigen, ist
ein hoher Durchfluß im
Kraftregelventil und damit ein großer Schieber erforderlich,
wodurch erhebliche Strömungskräfte auftreten.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Kraftregelventil mindestens
zweistufig ausgebildet ist. Bei direkter steuernder Beaufschlagung
des Kraftregelventils durch Steuerdrücke und Lastdrücke, wirken
diese dann auf den klein gehaltenen Schieber der ersten Stufe ein,
dem ein zweiter größerer Schieber
nachgeschaltet ist, der den Haupt-Druckmittelstrom drosselt. Der
größere Schieber
wirkt somit als Leistungsteil.
Wird
ein Kraftregelventil mit einem direkt betätigten Schieber für einen
Verbraucher verwendet, der auch bei Stillstand unter Druck steht,
z.B. ein Ausleger eines Baggers, und wird der Steuerdruck abgeschaltet,
so bleibt der Schieber nicht in Mittelstellung, sondern wird vom
Lastdruck verschoben, so daß Druckmittel
aus dem Verbraucher fließen
kann.
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß der Schieber
des Kraftregelventils vom Lastdruck des zugeordneten Verbrauchers
oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagbar ist und in einer
zur Beaufschlagung des Schiebers vorgesehene Leitung ein in Mittelstellung
des Schiebers die Leitung absperrendes Ventil angeordnet ist. Dadurch
wird erreicht, daß der
Lastdruck des Verbrauchers nicht immer auf den Schieber einwirkt,
obwohl das Kraftregelventil einen einfachen Aufbau mit nur wenigen Bauteilen
aufweist, bei dem die Steuerdrücke
und die aus den Verbraucherdrücken
abgeleiteten Kräfte
direkt auf den Schieber einwirken. Dies ist besonders in sicherheitstechnischer
Hinsicht von Vorteil.
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den
Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei
zeigt:
1 einen
Geschwindigkeitsregelkreis des Standes der Technik,
2 einen
Geschwindigkeitsregelkreis mit Kraftregeleinrichtung,
3 ein
Diagramm zur Abhängigkeit
der erforderlichen Steuerkraft vom Hochdruck,
4 ein
Kennfeld zur Abhängigkeit
der erforderlichen Steuerkraft von der Sollgeschwindigkeit und dem
Hochdruck,
5 eine
Steuerkette mit Vorsteuerung des Kraftregelventils,
6 einen
Geschwindigkeitsregelkreis mit Vorsteuerung,
7 ein
Kraftregelventil,
8 die
Ansteuerung einer Pumpe,
9 ein
Kraftregelventil in einer ersten Schaltanordnung,
10 ein
Kraftregelventil in einer zweiten Schaltanordnung und
11 ein
Kraftregelventil in einer dritten Schaltanordnung und
12 eine
Variante der Schaftanordnung nach 11.
Die
in 1 dargestellte Geschwindigkeitsregelung des Standes
der Technik zeigt eine klassische Lösung, wie sie beispielsweise
für Gleichgangzylinder
eingesetzt wird. Sie besteht aus einem äußeren Regelkreis 1 für die Geschwindigkeitsregelung eines
Verbrauchers 2 und einem unterlagerten inneren Regelkreis 3 für eine Druckregelung.
Ein
Sollwert SG für
die gewünschte
Geschwindigkeit des Verbrauchers wird einer Vergleichstelle 4 zugeführt und
dort mit einem Istwert IG verglichen, der von einem Geschwindigkeitssensor 5 ermittelt
wird. Je nach Größe der Abweichung
zwischen den beiden Werten wird ein Geschwindigkeitsregler 6 beaufschlagt,
der in Abhängigkeit
von der Regelabweichung einen Druck-Sollwert SD erzeugt, welcher
einer Vergleichsstelle 7 zugeführt wird. Dort findet ein Vergleich
zwischen dem Druck-Sollwert SD und dem Druck-Istwert ID des Verbrauchers 2 statt. Der
Druck-Istwert ID wird von einem Drucksensor 8 ermittelt.
Je nach Größe der Abweichung
zwischen den beiden Werten wird ein Druckregler 9 beaufschlagt,
an dessen Ausgang ein Servoventil 10 angeschlossen ist,
das den Verbraucher 2 steuert. Der Geschwindigkeitssensor 5 ermittelt
die Ist-Geschwindigkeit, die sich am Ausgang eines Integrators 11 ergibt,
der die zum Druck proportionale Beschleunigung zur Geschwindigkeit
integriert.
Der äußere Regelkreis 1 übernimmt
die Geschwindigkeitsregelung. Der innere Regelkreis 3 für die Druckregelung
hat die Aufgabe, die sehr geringe Dämpfung hydraulischer Antriebe
zu erhöhen.
Eine
solche Lösung
ist beispielsweise für den
Einsatz in einer Baumaschine ungeeignet, da die verwendeten Elemente,
insbesondere das Servoventil, sehr teuer und anfällig gegen die im Mobilbereich auftretenden
Belastungen sind.
2 zeigt
einen Geschwindigkeitsregelkreis, wobei anstelle des von einem Druckregler 9 beaufschlagten
Servoventils 10 und des Drucksensors 8 im inneren
Regelkreis 3 ein Kraftregelventil 12 vorgesehen
ist, das eine hydraulisch-mechanische Rückführung 13 und einen
Schieber 14 aufweist.
Die
hydraulisch-mechanische Rückführung 13 besitzt
den großen
Vorteil, daß sie
ein sehr gutes Zeitverhalten aufweist. Ein schwach gedämpfter Verbraucher
(z. B. Zylinder mit D = 0,15) erhält mit einer solchen Rückführung ein
gut gedämpftes
bis aperiodisches Verhalten (z.B. D = 0,7). Der Aufwand an Komponenten
für eine
hydraulisch-mechanische Rückführung ist
gering. Der Sollwert (Führungsgröße) wird
durch eine Steuerkraft K vorgegeben, beispielsweise einen Steuerdruck,
wie er von einem der Vergleichsstelle 7 vorgeschalteten
Druckregelventil 15 erzeugt wird. Die Dynamik dieses Druckregelventils 15 hat
auf die Stabilität
des inneren Regelkreises 3 keinen Einfluß. Daher
kann es z.B. eine geringere Eckfrequenz als das Servoventil 10 des
Standes der Technik besitzen.
Sofern
der Verbraucher 2 als Differentialzylinder ausgebildet
ist, werden die zurückgeführten Verbraucherdrücke, d.h.
der Drücke
in den beiden Kammern des Differentialzylinders, erfindungsgemäß gewichtet,
d.h. der Einfluß der
unterschiedlich großen
Kolbenflächen
des Differentialzylinders auf den Verbraucherdruck wird berücksichtigt.
Neben
der dämpfenden
Wirkung gleicht die Rückführung der
Verbraucherdrücke
zumindest teilweise auch den Einfluß des Versorgungsdruckes aus,
der bei Anwendungen im Bereich der Mobilhydraulik aus Gründen eines
maximalen Wirkungsgrades des Gesamtsystems (hydraulisches Antriebssystem
und Verbrennungsmotor) schwankt.
In 3 ist
gezeigt, wie sich bei konstanter Steuerkraft K (Kennlinie) die Ist-Geschwindigkeit IG (Ordinate)
als Funktion des Hochdruckes P (Abszisse) im Antriebssystem ändert. Die
unterlagerte Rückführung kann
den Einfluß eines
schwankenden Versorgungsdruckes also weitgehend reduzieren, was sich
an den annähernd
waagerechten Kennlinien zeigt.
In 4 ist
die Abhängigkeit
der erforderlichen Steuerkraft K (oder des erforderlichen Steuerdruckes)
von der Sollgeschwindigkeit SG und dem Hochdruck P im Antriebssystem
als Kennfeld dargestellt. Die Abhängigkeit der erforderlichen
Steuerkraft K von der Sollgeschwindigkeit SG ist deutlich ausgeprägt, der
Hochdruckeinfluß,
wie bereits erwähnt,
gering.
In
der in 5 dargestellten Steuerkette wird das Kennfeld
aus 4 als Vorsteuerung 16 zur Ansteuerung
des dem Kraftregelventil 12 vorgeschalteten Druckregelventils 15 verwendet.
In Abhängigkeit von
der geforderten Geschwindigkeit SG (Sollgeschwindigkeit) und vom
(gemessenen) Hochdruck P im Antriebssystem wird in einem Rechenwerk
der erforderliche Steuerdruck ermittelt, der dem Kraftregelventil 12 durch
das Druckregelventil 15 aufgeprägt wird. Das Kennfeld kann
z.B. in Tabellenform abgelegt sein oder aber durch Polynome approximiert werden.
Bei geringen Anforderungen kann der Hochdruckeinfluß auch vernachlässigt werden,
so daß aus dem
Kennfeld eine Kennlinie wird.
Die
Vorsteuerung 16 des Kraftregelventils 12 besitzt
gegenüber
einer Regelung den Vorteil, daß bei
einer Sollwertänderung
keine Regeldifferenz aufgebaut werden muß, bevor eine Stellgrößenänderung
(in diesem Fall: Änderung
der Steuerkraft) erfolgt.
6 zeigt
die Einbindung der Vorsteuerung 16 in die Geschwindigkeitsregelung
in Form einer klasssischen Führungsgrößenregelung.
Hierbei ist dem im äußeren Regelkreis 1 angeordneten
Geschwindigkeitsregler 6 eine Summierstelle 7a nachgeschaltet,
an deren zweiten Eingang der Ausgang der Vorsteuerung 16 angeschlossen
ist.
In 7 ist
ein Kraftregelventil 12 als Schaltsymbol dargestellt. Das
Kraftregelventil hat die Aufgabe, den innern Regelkreis zu stabilisieren.
Dazu werden bei einem Differentialzylinder als Verbraucher die Drücke in den
beiden Kammern des Differentialzylinders zurückgeführt. Da die Kolbenflächen im
Differentialzylinder ungleich groß sind, werden die zurückgeführten Verbraucherdrücke mit
der Größe der Kolbenflächen gewichtet.
Die am Schieber des Kraftregelventils 12 angreifenden Kräfte sind
in 7 schematisch dargestellt. Neben den zwei (immer
positiven) entgegengerichteten Kräften A' und B', die proportional zu den Kammerdrücken des
Differentialzylinders sind, gibt es die Steuerkraft K (beide Kraftrichtungen
möglich),
durch die die Sollwertvorgabe erfolgt Die Steuerkraft K kann auch
in Form eines Steuerdruckes vorliegen. Eine weitere, zum Funktionieren
des Kraftregelventils nicht unbedingt erforderliche Kraft F, kann
durch eine Feder aufgebracht werden, um eine definierte Ruhelage
sicherzustellen.
Bisher
war vorausgesetzt worden, daß der von
der Pumpe des Antriebssystems erzeugte Hochdruck auch ausreichend
hoch ist, damit der Verbraucher die geforderte Geschwindigkeit erreicht.
Der von der Pumpe erzeugte Hochdruck soll aber auch nicht unnötig hoch
sein, da sonst durch das Schließen
des Schiebers des Kraftregelventils unerwünschte Verluste entstehen.
Als Pumpe wird in der Regel eine im Fördervolumen verstellbare Pumpe
verwendet, z.B. eine Axialkolbenpumpe, deren Schwenkwinkel durch ein
elektrisches Signal vorgegeben werden kann und dann durch einen
unterlagerten Regelkreis eingestellt wird.
Gemäß einer
in der 8 dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist
nun vorgesehen, daß die Schieberöffnung des
Kraftregelventils zur Pumpenregelung einer Pumpe 17 mit
herangezogen wird. Der Sollwert SG für die Geschwindigkeit des Verbrauchers
wird einer Förderstrom-Steuerung 18 zugeführt und
dort in einen Sollwert für
den Schwenkwinkel der (Axialkolben-)Pumpe umgewandelt, dem an einer Summierstelle 19 ein
Signal aufgeschaltet wird, das aus einem die Schieberstellung des
Kraftregelventils auswertenden Zusatz-Regler 21 stammt.
Auf diese Weise wird stets für
einen Pumpendruck gesorgt, bei dem einerseits die Drosselverluste
gering werden , bei dem aber andererseits die negativen Einflüsse einer
durch zu geringen Druck hervorgerufenen Stellgrößenbeschränkung nicht auftreten.
In
den 9, 10 und 11 sind
verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Anordnung des Kraftregelventils 12 aufgezeigt. In 9 wird
durch ein elektrisch ansteuerbares Druckregelventil 22 die
Steuerkraft K (über
einen Steuerdruck) aufgebracht. Bei einem Kraftsollwert der Größe Null erzeugt
das Druckregelventil 22 einen Steuerdruck, der genau der
durch eine Feder 23 erzeugten Kraft entspricht, die bei
der Stellung "hydraulisch
Null" des Schiebers
ansteht. Liegt kein Steuerdruck am Schieber an, so schiebt die Feder
den Schieber in eine Stellung, bei der alle vier Anschlüsse (Druck,
Tank, zwei Verbraucher) verschlossen sind und stellt so definierte
Verhältnisse
bei Stilllstand und auch bei Ausfall des Druckregelventils 22 sicher
("fail-save"-Verhalten).
Die
Druckversorgung des Druckregelventils 22 kann zum einen
aus einem separaten Drucknetz oder aber direkt durch Hochdruck erfolgen.
Ebenso ist es denkbar, die Druckversorgung aus der Hochdruckleitung
vorzunehmen und durch ein Druckbegrenzungsventil ein konstantes
Druckniveau für
das Druckregelventil 22 zu erzeugen.
Die
Schieberstellung wird durch einen schaltenden oder stetig arbeitenden
Sensor S erfasst und in der bereits beschriebenen Weise zur Regelung des
Hochdrucks im Antriebssystem verwendet.
10 zeigt
eine weitere Ausgestaltung, bei der der vom Druckregelventil 22 erzeugte
Steuerdruck nicht nur gegen die Feder 23 ansteht, sondern auch
gegen eine entgegengerichtete Zusatzkraft, die vom Druck eines Druckbegrenzungsventils 24 aufgebracht
wird. Dieses Druckbegrenzungsventil 24 wird bezüglich seines
Sollwertes vom anliegenden Hochdruck gesteuert und ist in diesem
Ausführungsbeispiel
so ausgelegt, daß es
den anliegenden Hochdruck halbiert. Dies hat zur Folge, daß in der Schieberstellung "hydraulisch Null" der vom Druckregelventil 22 aufgebrachte
Druck sich nur um den durch die Feder 23 aufgebrachten
Anteil vom halben Hochdruck unterscheidet. Daher ist der Schieber
zwischen zwei hydraulischen Federn eingespannt, so daß die Eigenfrequenz
des Systems Steuerkraft – Schieberstellung
sehr hoch ist und gegenüber
den anderen Eigenfrequenzem des Antriebssystems vernachlässigt werden
kann (Kraftregelventil mit reinem P-Verhalten). Dies wirkt sich
günstig
auf die Stabilität
des inneren Regelkreises aus.
Die
hydraulische Einspannung ist auch bei einer Ausgestaltung gegeben,
wie sie in 11 dargestellt ist. Hierbei
wird für
jede Steuerkraftrichtung ein Druckregelventil 22a bzw. 22b verwendet.
Zwei Federn 23a und 23b stellen eine Zentrierung
des Schiebers in der Mittelstellung sicher.
Die
Schaltanordnung nach 12 unterscheidet sich von der
Schaltanordnung nach 11 dadurch, daß in den
Leitungen, die von den zum Verbraucher geführten Leitungen abgezweigt
und zu Stellflächen
des Schiebers des Kraftregelventils 12 geführt sind,
jeweils ein Ventil 24a bzw. 24b mit einer Sperr-
und einer Durchflußstellung
angeordnet ist. Das Ventil 24a bzw. 24b befindet
sich immer dann in Sperrstellung, wenn sich der Schieber des Kraftregelventils
bei abgeschaltetem Steuerdruck in Mittelstellung befindet.
Auf
diese Weise wird verhindert, daß bei
einem auch im Stillstand unter Druck stehenden Verbraucher (beispielsweise
ein Ausleger eines Baggers, der einen Haltedruck von ca. 100 bar
erfordert) der Schieber unter Last verschoben wird und Druckmittel
aus dem Verbraucher abfließt.
Dies ist sicherheitstechnisch von Vorteil. Unbeabsichtigte Bewegungen
des Verbrauchers werden verhindert.