EP0546300B1

EP0546300B1 - Elektrohydraulische Steuereinrichtung

Info

Publication number: EP0546300B1
Application number: EP92118374A
Authority: EP
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. Sandau (Fh); Uwe Dipl.-Ing. Altmann; Horst Dr. Dr.-Ing. Hesse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-12-07
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1996-04-10
Anticipated expiration: 2012-10-28
Also published as: EP0546300A1; DE59205956D1; DE4140409A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.
Es ist schon eine solche elektrohydraulische Steuereinrichtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors aus der DE-OS 25 23 600 bekannt, bei welcher der Druckunterschied am Einlaß und Auslaß des Proportionalventils gemessen und die Position des Steuerschiebers mit Hilfe einer Regelschaltung so eingestellt wird, daß der Einfluß des von Belastungsänderungen abhängigen Druckunterschiedes kompensiert wird, so daß der Volumenstrom unabhängig von der anliegenden Druckdifferenz ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Druckunterschied in der Regelschaltung radiziert und der Sollwert für den Schieberhub bzw. Volumenstrom durch den radizierten Wert dividiert wird. Dieses Ausgangssignal wird einem bekannten Lageregelkreis als Sollwert für den Ventilhub zugeführt. Diese Steuereinrichtung arbeitet mit einem aufwendigen 4-Wege-Proportionalventil, das sich für mobile Einsatzfälle weniger eignet. Zudem benötigt das Wegeventil einen den Schieberhub abgreifenden Wegaufnehmer mit Lageregelkreis zur Durchführung der elektronischen Lastkompensation.
Ferner ist aus der DE 39 31 962 A1 eine Steuerelektronik für ein elektrisch verstellbares Stellglied bekannt, bei der zur Erzielung eines linearen Ansteuerverhaltens das Kennlinienfeld des Stellglieds in einen Tabellenspeicher eingeschrieben wird und damit in einem Mikroprozessor aus einem Sollwert ein korrigiertes Ansteuersignal für das Stellglied gewonnen wird. Damit lassen sich Kennlinien nicht nur linearisieren sondern auch willkürlich verändern, so daß auch bei verschiedenen Drücken die Durchfluß-Lastfunktion eines Ventils berücksichtigt werden kann. Der Aufbau spezieller elektrohydraulischer Steuereinrichtungen wird hier nicht gelehrt.
Weiterhin ist aus der DE 33 47 000 A1 eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für einen doppeltwirkenden hydraulischen Motor bekannt, bei der jeder Motoranschluß über ein gleiches Proportionaldrosselventil angesteuert wird. Jedes Proportionaldrosselventil ist als 3-Wegeventil in Schieberbauweise ausgeführt, elektrohydraulisch vorgesteuert und liegt in einem Lageregelkreis, so daß die Volumenströme zum und von jedem Motoranschluß über ein elektrisches Steuergerät einzeln steuerbar sind, wobei dem Steuergerät auch die Signale von elektrohydraulischen Drucksensoren an jedem Motoranschluß zuführbar sind. Mit dieser Steuereinrichtung sollen bei einem Schließzylinder einer Spritzgießmaschine mehrere Zusatzfunktionen wie Differentialschaltung, Fail-safe-Funktion, Kraftbegrenzung oder Hohlsog-Vermeidung erfüllt werden. Für eine lastdruckkompensierte Steuerung eines einfachwirkenden Motors bei mobilen Anwendungsfällen ist diese Steuereinrichtung nicht vorgesehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Steuereinrichtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei relativ einfacher und kostengünstiger Bauweise mit vorhandenen Bauelementen realisierbar ist und eine elektronisch lastkompensierte Steuerung des hydraulischen Motors in beiden Richtungen erlaubt, also beim Heben und beim Senken. Dabei lässt sich durch die Ausbildung des Proportionaldrosselventils als Sitzventil die Leckage gering halten. Zudem lässt sich trotz der Ausbildung als Sitzventil eine feinfühlige Steuerung beim Heben wie auch beim Senken erreichen. Die Steuereinrichtung baut verhältnismäßig kompakt und leicht und eignet sich dadurch besonders zur Anwendung bei mobilen Einsatzfällen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Steuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft sind Ausbildungen nach den Ansprüchen 3 bis 6, wodurch sich die Steuereinrichtung in einfacher Weise und kostengünstig aus vorhandenen Bauelementen realisieren lässt, wobei neben einer elektronisch lastkompensierten Senkenfunktion eine Parallelsteuerung zusätzlicher hydraulischer Verbraucher möglich ist, da ein mit Druck belastbarer Weiterlauf-Anschluß über eine Druckwaage mit Druckmittel versorgt wird. Ferner ist es zweckmäßig, die Steuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 7 bis 9 auszubilden, wodurch sich neben einem einfachen und platzsparenden Aufbau besonders gute Feinsteuereigenschaften erzielen lassen. Durch die druckgesteuerte Meßblende in Verbindung mit dem von der Steuerelektronik angesteuerten, vorgesteuerten Proportionaldruckventil lassen sich Hebenvorgänge lastdruckkompensiert feinfühlig steuern. Ferner ist es günstig, wenn die Steuereinrichtung gemäß Anspruch 10 mit einem doppeldichten Proportionaldrosselventil ausgestattet wird, so daß ein elektronisch lastkompensiertes Heben und Senken mit einem einzigen Proportionaldrosselventil in Sitzventilbauart möglich ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 11 bis 13 so ausgebildet wird, daß das Proportionaldrosselventil in die Diagonale einer als Vollbrücke ausgeführten, hydraulischen Gleichrichterschaltung geschaltet ist. Auf diese Weise lässt sich eine elektronische Lastkompensation für die Funktionen Heben und Senken mit nur einem Proportionaldrosselventil erreichen, wobei auch der Aufwand in der Steuerelektronik relativ niedrig gehalten werden kann, da das Kennlinienfeld des Proportionaldrosselventils nur für eine Druchflußrichtung gespeichert werden muß. Eine besonders platzsparende und kostengünstige Bauweise der Steuereinrichtung ergibt sich bei einer Ausbildung nach den Ansprüchen 14, 15 wobei alle notwendigen Bauelemente sinnvoll auf engstem Raum angeordnet und miteinander verknüpft werden können. Gemäß den Ansprüchen 16 bis 18 ergeben sich besonders vorteilhafte Anwendungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn sie in einem Elektrostapler zur Steuerung der Lasthydraulik verwendet wird.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 eine erste elektrohydraulische Steuereinrichtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors in vereinfachter Darstellung, die Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der ersten Steuereinrichtung nach Figur 1 in einer mehr konstruktiven Ausführungsform, Figur 3 ein Diagramm mit den Durchflußkennlinien des Proportionaldrosselventils nach Figur 1 in vereinfachter Darstellung und die Figuren 4, 5 und 6 jeweils eine zweite, dritte bzw. vierte elektrohydraulische Steuereinrichtung in vereinfachter Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt eine elektrohydraulische Steuereinrichtung 10 zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors 11, der hier als einfachwirkender Arbeitszylinder ausgebildet ist, wie er in Hubwerken zum Heben und Senken von Lasten, insbesondere in Staplern, verwendet wird. Die Steuereinrichtung 10 weist eine Zulaufleitung 12 auf, die von einer Konstantpumpe 13 zum hydraulischen Motor 11 führt. Zugleich steht der hydraulische Motor 11 über eine Ablaufleitung 14 mit einem Tank 15 in Verbindung, aus dem die Konstantpumpe 13 ihr Druckmittel ansaugt. Der im hydraulischen Motor 11 herrschende Lastdruck wird von einem ersten elektrohydraulischen Druckaufnehmer 16 abgegriffen, der ein zum Druck proportionales elektrisches Ausgangssignal an eine Steuerelektronik 17 gibt.
In die Zulaufleitung 12 ist eine Druckwaage 18 geschaltet, deren Zulaufanschluß 19 unmittelbar mit der Pumpe 13 in Verbindung steht. Stromabwärts von der Druckwaage 18 ist in die Zulaufleitung 12 ein erstes Rückschlagventil 21 geschaltet, welches eine Senkfunktion des Motors 11 verhindert, z.B. bei Ausfall des Volumenstromes der Pumpe 13. Stromabwärts vom ersten Rückschlagventil 21 ist in die Zulaufleitung 12 ferner eine druckgesteuerte Meßblende 22 geschaltet, welche in zweckmäßiger Weise mit dem ersten Rückschlagventil 21 kombiniert werden kann. Die Meßblende 22 ist dabei in ihrem Durchflußquerschnitt so gestaltet, daß sie eine lineare Durchflußkennlinie aufweist, d.h. ihr Durchfluß über dem jeweils auftretenden Druckgefälle bildet eine im entsprechenden Diagramm schräg verlaufende Gerade. Auf die Bauweise dieser Meßblende 22 in Verbindung mit dem ersten Rückschlagventil 21 wird in Zusammenhang mit Figur 2 noch näher eingegangen. Der Druck in der Zulaufleitung 12 zwischen der Druckwaage 18 und dem ersten Rückschlagventil 21 wird von einem zweiten elektrohydraulischen Druckaufnehmer 23 abgegriffen, der sein druckabhängiges elektrisches Signal ebenfalls an die Elektronik 17 weitermeldet.
Die Druckwaage 18 weist eine 3-Wege-Funktion auf und hat zu diesem Zweck neben einem Motoranschluß 24 einen Weiterlauf-Anschluß 25, der durch ein zweites Rückschlagventil 26 abgesichert ist. Die Druckwaage 18 weist ein Steuerglied 27 auf, das von der Kraft einer Feder 28 und vom Druck in einem ersten Steueranschluß 29 in Richtung einer Grundstellung 31 belastbar ist, in welcher es den Weiterlauf-Anschluß 25 absperrt und die Verbindung vom Zulaufanschluß 19 zum Motoranschluß 24 aufsteuert. In entgegengesetzter Richtung ist das Steuerglied 27 vom Druck in einem zweiten Steueranschluß 32 und damit vom Druck im Zulaufanschluß 19 belastet, wodurch es in eine Arbeitsstellung 33 auslenkbar ist, bei welcher der Motoranschluß 24 blockiert wird und der Zulaufanschluß 19 mit dem Weiterlauf-Anschluß 25 Verbindung hat. Selbstverständlich kann das Steuerglied 27 dazwischenliegende Übergangsstellungen einnehmen entsprechend der drosselnden Funktion der Druckwaage 18. Dem Weiterlaufanschluß 25 ist das zweite Rückschlagventil 26 nachgeschaltet; es spannt mit Hilfe seiner Feder den Druck soweit vor, daß das Steuerglied 27 der Druckwaage immer ganznach rechts gegen die Kraft der Feder 29 verschoben und die Leitung nach Anschluß A verschlossen ist. Zur Vorsteuerung der Druckwaage 18 ist ein Proportionaldruckventil 34 vorgesehen, welchesden Druck im ersten Steueranschluß 29 steuert und über eine erste Drosselstelle 35 mit Druckmittel aus der Zulaufleitung 12 versorgt wird. Eine zweite Drosselstelle 36 dient zur Entlastung des hydraulischen Anschlusses 24, wenn der Weiterlauf belastet ist. Das Proportionaldruckventil 34 wird von der Steuerelektronik 17 angesteuert, wozu dessen Proportionalmagnet mit einem Ausgang der Steuerelektronik 17 in Verbindung steht.
In die Ablaufleitung 14 ist ein Proportionaldrosselventil 37 geschaltet, das als vorgesteuertes 2-Wege-Ventil ausgebildet ist und zum dichten Absperren des Motors 11 in einer Sitzventilbauart ausgeführt ist. Mit dem Proportionalventil 37 lässt sich der Volumenstrom in der Ablaufleitung 14 proportional zu einem elektrischen Eingangssignal steuern, wozu dessen Proportionalmagnet ebenfalls mit der Steuerelektronik 17 in Verbindung steht. Bei dem Proportionalventil 37 handelt es sich um ein Ventil, wie es in den älteren Patentanmeldungen P 40 32 078.2 und P 40 30 952.5 näher erläutert ist. Dieses Proportionaldrosselventil 37 weist ein Kennlinienfeld auf, bei dem sich die einzelnen Durchflußkennlinien in Abhängigkeit des jeweils auftretenden Druckgefälles voneinander unterscheiden. In dem Diagramm nach Figur 3 ist in vereinfachter und schematischer Weise ein solches Kennlinienfeld dargestellt, wobei mehrere Durchflußkennlinien 38 für den Volumenstrom Q in Abhängigkeit des Stromsignals I für mehrere Drücke aufgetragen ist, so daß das Steuerverhalten des Proportionaldrosselventils 37 im Prinzip erkennbar ist.
Die Steuerelektronik 17 lässt sich als an sich bekannter Microcomputer ausbilden, in dem die Funktionen eines Reglers, eines Rechners sowie eines Tabellenspeichers integriert sind. Die Steuerelektronik 17 hat einen Sollwerteingang 41, an dem die verschiedenen Werte für eine bestimmte Funktion des Motors 11 eingebbar sind. Ferner ist in dem Tabellenspeicher der Steuerelektronik 17 das Kennlinienfeld für die druckabhängig unterschiedlichen Durchflußkennlinien 38 (in Figur 3) des Proportionaldrosselventils 37 in an sich bekannter Weise abgespeichert. Die Steuerelektronik 17 enthält in ihrem Regler auch geeignete Mittel, mit denen nicht nur die Proportionalmagnete von Proportionaldruckventil 34 und Proportionaldrosselventil 37 ansteuerbar sind, sondern über die auch ein die Konstantpumpe 13 antreibender Elektromotor 42 ansteuerbar ist.
Wie die Figur 2 näher zeigt, sind die Druckwaage 18, das Rückschlagventil 21 mit der druckgesteuerten Meßblende 22, das vorsteuernde Proportionaldruckventil 34, das Proportionaldrosselventil 37 sowie die beiden Druckaufnehmer 16, 23 in einem elektrohydraulischen Steuermodul 45 vereinigt. Das Steuermodul 45 weist ein quaderförmiges Gehäuse 46 auf, an dem diese Bauelemente angeordnet und miteinander verschaltet sind. Das Gehäuse 46 weist eine zwischen seinen zwei Stirnseiten 47, 48 verlaufende, mehrfach abgesetzte und von Kammern durchdrungene Längsbohrung 49 auf, in der das Proportionaldrosselventil 37, die Druckwaage 18 sowie das Proportionaldruckventil 34 koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist das als Patronenventil in Sitzbauweise ausgeführte Proportionaldrosselventil von der ersten Stirnseite 47 her in die Längsbohrung 49 eingebaut, während das als Hohlschieber ausgebildete Steuerglied 27 der Druckwaage 18 von der zweiten Stirnseite 48 her in die Längsbohrung 49 eingebaut ist. Die Längsbohrung 49 ist in der zweiten Stirnseite 48 durch das Proportionaldruckventil 34 verschlossen, welches die Druckwaage 18 vorsteuert. In die Längsbohrung 49 führt im Bereich zwischen dem Proportionaldrosselventil 37 und der Druckwaage 18 ein Kanal 51, welcher mit dem Zulaufanschluß 19 in Verbindung steht. Der Zulaufanschluß 19 liegt dabei in einer schmalen Längsseite 52 des quaderförmigen Gehäuses 46, in der auch der Weiterlauf-Anschluß 25 angeordnet ist. In einer der ersten schmalen Längsseite 52 gegenüberliegenden zweiten Längsseite 53 des Gehäuses 46 sind ein mit dem Motoranschluß verbindbarer Verbraucheranschluß 50 sowie ein Tankanschluß 54 ausgebildet. Der Verbraucheranschluß 50 und der Weiterlauf-Anschluß 25 liegen dabei im wesentlichen in einer senkrecht zur Längsbohrung 49 verlaufenden Ebene. In Verlängerung des Verbraucheranschlusses 50 sind dabei im Gehäuse 46 das Rückschlagventil 21 und die druckgesteuerte Meßblende 22 ausgebildet, die ein gemeinsames Schließglied 55 aufweisen. Die das Schließglied 55 aufnehmende Gehäuseausnehmung 56 ist dabei anschließend an den eigentlichen Ventilsitz in ihrer Form so ausgebildet, daß die Meßblende 22 in an sich bekannter Weise ihre lineare Druchflußkennlinie erreicht. Der den Lastdruck abgreifende erste Druckaufnehmer 16 ist in der ersten Stirnseite 47 oberhalb von einem Proportionalmagnet 57 des Proportionaldrosselventils 37 eingebaut. Der den Druck in der Zulaufleitung 12 stromaufwärts der Meßblende 22 abgreifende zweite Druckaufnehmer 23 ist in der zweiten Stirnseite 48 eingebaut, so daß er oberhalb des Proportionaldruckventils 34 zu liegen kommt. Beide Druckaufnehmer 16, 23 liegen damit im wesentlichen gleichachsig zueinander und in einer Achse parallel zur Längsbohrung 49. Bei dieser Ausbildung des Steuermoduls 45 lassen sich im wesentlichen alle elektrohydraulischen Bauelemente in einer besonders kompakten und vorteilhaften Weise anordnen, wobei die Integration von Meßblende 22 und erstem Rückschlagventil 21 äußerst vorteilhaft ist.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert, wobei auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen wird.
Befindet sich die Steuereinrichtung 10 in einer sog. Schaltstellung Neutralumlauf, so ist der Magnet des Proportionaldruckventils 34 nicht erregt, das Ventil selbst dabei geöffnet. Der erste Steueranschluß 29 der Druckwaage 18 ist damit zum Tank 15 entlastet. Der vom zweiten Rückschlagventil 26 in der Zulaufleitung 12 erzeugte Druck wirkt über den zweiten Steueranschluß 32 auf das Steuerglied 27 der Druckwaage 18 und bewirkt gerade eine so große Kraft auf das Steuerglied 27, daß es gegen die Kraft der Feder 28 in seine Arbeitsstellung 33 bis zum Anschlag verstellt wird. Dadurch wird die Verbindung zum Motoranschluß 24 blockiert und das von der Konstantpumpe 13 geförderte Druckmittel fließt vom Zulaufanschluß 19 zum Weiterlauf-Anschluß 25. Der Weiterlauf-Anschluß 25 ist mit Druck belastbar. Mit der elektrohydraulischen Steuereinrichtung 10 kann eine parallele Steuerung zusätzlicher Hydromotoren durchgeführt werden. Damit der Abschnitt der Zulaufleitung 12 stromaufwärts der Meßblende 22 entlastet wird, ist über die zweite Drosselstelle 36 eine Verbindung zum Tank 15 vorgesehen. In dieser Stellung Neutralumlauf ist der Magnet 57 des Proportionaldrosselventils 37 nicht erregt, so daß dieses Sitzventil den Hydromotor 11 sicher abperrt. Ferner kann in dieser Stellung Neutralumlauf die Steuerelektronik 17 den ersten Druckaufnehmer 16 einschalten und damit dessen elektrische Signale für irgendwelche zusätzliche Funktionen verwenden, zum Beispiel für Sicherheitsfunktionen oder zum Wiegen einer Last, die auf den Motor 11 einwirkt.
Wird auch der Neutralumlaufstrom nicht benötigt, so kann die Steuerelektronik 17 den Elektromotor 42 abschalten, wobei eine auf den Motor 11 wirkende Last hydraulisch gehalten wird durch das erste Rückschlagventil 21 und das als Sitzventil ausgebildete Proportionaldrosselventil 37. Irgendwelche Druckstöße im Weiterlauf-Anschluß 25 werden vom zweiten Rückschlagventil 26 abgefangen.
Für die Funktion Heben des Hydromotors 11 werden der Elektromotor 42, die beiden Druckaufnehmer 16, 23 sowie das Proportionaldruckventil 34 eingeschaltet bzw. aktiviert. Das Proportionaldrosselventil 37 wird nicht erregt und sperrt daher die Ablaufleitung 14 zum Tank 15 ab. An der Steuerelektronik 17 wird am Sollwert-Eingang 41 ein Wert vorgegeben, dessen Größe proportional ist zur Größe des gewünschten Volumenstroms zum Motor 11. Über die Steuerelektronik 17 wird das Proportionaldruckventil 34 erregt, das nun die Verbindung zum Tank sperrt und im ersten Steueranschluß 29 einen Steuerdruck androsselt, welcher das Steuerglied 27 in eine Zwischenstellung verschiebt, bei der Druckmittel über die Zulaufleitung 12 zum Motor 11 strömt. Dieser Volumenstrom fließt stromabwärts der Druckwaage 18 durch die Meßblende 22, wobei der Druck stromaufwärts von dem zweiten Druckaufnehmer 23 und der Druck stromabwärts vom ersten Druckaufnehmer 16 gemessen und an die Steuerelektronik 17 weitergegeben wird. In der Steuerelektronik 17 wird daher das über die Meßblende 22 wirksame Druckgefälle ermittelt woraus sich aus der linearen Durchflußkennlinie der Meßblende 22 ein zugehöriger Volumenstrom ermitteln lässt. Die Größe dieses Volumenstroms wird mit dem Sollwert am Eingang 41 verglichen und aus dem sich daraus ergebenden Differenzwert in der Steuerelektronik 17 ein solcher Stromwert zum Ansteuern des Proportionaldruckventils 34 ermittelt, daß diese Regelabweichung zu Null wird. Die Meßblende 22 ist dabei, wie aus Figur 2 näher erkennbar ist, im Bereich der Gehäuseausnehmung 56 durch ein besonderes Profil der Bohrung so gestaltet, daß sich eine lineare Abhängigkeit des Volumenstromes Q vom Druckabfall Δp ergibt. Durch diese gerade verlaufende Durchflußkennlinie der Meßblende 22 wird im Gegensatz zu einer parabelförmigen Durchflußkennlinie einer festen Blende erreicht, daß eine gute Feinsteuerbarkeit des Volumenstroms auch bei sehr kleinem Wert noch gegeben ist. Der Volumenstrom beim Heben des Hydromotors 11 lässt sich damit unabhängig von Druckänderungen an der Konstantpumpe 13 oder im Weiterlauf-Anschluß 25 konstant halten, so daß eine elektronisch lastkompensierte Hebenfunktion erreichbar ist.
Für die Funktion Senken des Hydromotors 11 werden von der Steuerelektronik 17 lediglich der erste Druckaufnehmer 16 und das Proportionaldrosselventil 37 eingeschaltet bzw. aktiviert. Alle übrigen Bauelemente werden nicht angesteuert, zumindest solange keine zusätzlichen Hydromotoren betätigt werden. Der Steuerelektronik 17 wird dabei ein dem Volumenstrom beim Senken porportionaler Wert am Sollwert-Eingang 41 vorgegeben. Das von der Steuerelektronik 17 erzeugte Stromsignal öffnet das Proportionaldrosselventil 37, so daß vom Motor 11 ein Volumenstrom über die Ablaufleitung 14 zum Tank 15 abströmt. Dabei wird der jeweilige Lastdruck des Motors 11 vom ersten Druckaufnehmer 16 an die Steuerelektronik 17 gemeldet. Wie die Figur 3 näher zeigt, weist das Proportionaldrosselventil 37 druckabhängig unterschiedliche Durchflußkennlinien auf. Diese Durchflußkennlinien 38 des Proportionaldrosselventils 37 sind in dem Tabellenspeicher der Steuerelektronik 17 abgelegt. In der Steuerelektronik 17 entnimmt dessen Rechner entsprechend dem vom Druckaufnehmer 16 gemeldeten Lastdruck die zugehörigen Werte der Durchflußkennlinie aus dem Tabellenspeicher, ermittelt die Abweichung des Volumenstroms vom vorgegebenen Sollwert und errechnet schließlich einen geeigneten Stromwert zum Ansteuern des Proportionaldrosselventils 37, so daß der Einfluß des Lastdruckes im Motor 11 kompensiert wird. Mit dem Sitzventil 37 lässt sich somit ein elektronisch lastkompensiertes Senken erreichen, wobei eine einwandfreie Feinsteuerung möglich ist. Zudem lässt sich der Motor 11 auch dann noch senken, wenn die auf ihn von außen einwirkende Kraft sehr gering ist und damit das für die Volumenstromsteuerung verfügbare Druckgefälle niedrig liegt. Bei Ausfall der Steuerelektronik 17 kann eine am Proportionaldrosselventil 37 angeordnete Nothandbetätigung 58 betätigt werden, so daß auch dann noch ein Einfahren der Kolbenstange am Motor 11 möglich ist.
Die Figur 4 zeigt eine zweite elektrohydraulische Steuereinrichtung 60 in vereinfachter Darstellung, die sich von der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Bei der zweiten Steuereinrichtung 60 wird auf die parallele Betätigung zusätzlicher Hydromotoren verzichtet, so daß eine 3-Wege-Druckwaage nach Figur 1 entfällt und somit eine einfachere Bauweise möglich ist.
Bei der zweiten Steuereinrichtung 60 ist in die die Konstantpumpe 13 mit dem Hydromotor 11 verbindende Zulaufleitung 12 stromaufwärts von dem ersten Rückschlagventil 21 und der Meßblende 22 ein Vorspannventil 61 geschaltet, das die Druckmittelquelle 13 absichert. Ferner ist die Ablaufleitung 14 stromabwärts vom Proportionaldrosselventil 37 ein drittes Rückschlagventil 62 und stromabwärts von letzterem ein Proportionaldruckventil 63 geschaltet. Das dritte Rückschlagventil 62 sichert dabei das Proportionaldrosselventil 37 ab. Das Proportionaldruckventil 63 ist hier als vorgesteuertes Druckventil ausgebildet, das normal offen ist, also bei nicht erregtem Proportionalmagneten die Ablaufleitung 14 öffnet. Zwischen der Zulaufleitung 12 und der Ablaufleitung 14 ist eine Querverbindung 64 geschaffen, die hier als einfacher Knotenpunkt ausgebildet ist. Diese Querverbindung 64 verbindet den zwischen Vorspannventil 61 und Meßdrossel 22 liegenden Abschnitt der Zulaufleitung 12 mit dem zwischen drittem Rückschlagventil 62 und Proportionaldruckventil 63 liegenden Abschnitt der Ablaufleitung 14. Während der erste Druckaufnehmer 16 den Lastdruck im Motor 11 abgreift und entsprechende Signale an die Steuerelektronik 17 meldet, kann ein gesonderter, zweiter Druckaufnehmer entfallen. Die Funktion des zweiten Druckaufnehmers nach Figur 1 wird bei der zweiten Steuereinrichtung 60 vom Proportionaldruckventil 63 mitübernommen, aus dessen Ansteuersignalen der jeweilige Druck in der Ablaufleitung 14 stromaufwärts vom Proportionalventil 63 ermittelt werden kann.
Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 60 entspricht in wesentlichen Funktionsabläufen der Wirkungsweise der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1, so daß im folgenden vor allem auf die Unterschiede Bezug genommen wird: Bei der zweiten Steuereinrichtung 60 entfällt die Funktion Neutralumlauf, da keine 3-Wege-Druckwaage vorhanden ist. Bei der Funktion Halten des Hydromotors 11 wird von der Steuerelektronik 17 weder das Proportionaldrosselventil 37 noch das Proportionaldruckventil 63 angesteuert. Die Steuerelektronik 17 hat lediglich den ersten Druckaufnehmer 16 eingeschaltet, um dessen Signale für Zusatzfunktionen auszunützen.
Bei der Funktion Heben des Hydromotors 11 wird die elektronisch lastdruckkompensierte Steuerung im Prinzip in vergleichbarer Weise wie bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 erreicht. Der von der Steuerelektronik 17 angetriebene Elektromotor 42 erzeugt über die Konstantpumpe 13 einen Volumenstrom, welcher über das Vorspannventil 61 und die Meßblende 22 zum Motor 11 strömt. Das über die Meßblende 22 jeweils wirksame Druckgefälle wird ermittelt, indem der Lastdruck im Motor 11 vom ersten Druckaufnehmer 16 an die Steuerelektronik 17 gemeldet wird, während der Druck stromaufwärts der Meßblende 22 indirekt aus dem Ansteuersignal des vorgesteuerten Drucksteuerventils 63 ermittelt wird. Die Steuerelektronik 17 kann dabei durch ein entsprechend großes Stromsignal mit Hilfe des Proportionaldruckventils 63 die Entlastung über die Ablaufleitung 14 zum Tank soweit androsseln, daß stromaufwärts der Meßblende 22 ein geeigneter Druckwert erzeugt wird. Das über der Meßdrossel 22 wirksame Druckgefälle lässt sich somit beim Heben unabhängig von der Last im Motor 11 auf einen konstanten Wert regeln, so daß ein zur Größe des Sollwertsignals am Eingang 41 proportionaler Volumenstrom lastdruckunabhängig zum Motor 11 steuerbar ist.
Die Funktion Senken des Hydromotors 11 bei der zweiten Steuereinrichtung 60 wird in gleicher Weise wie bei der ersten Steuereinrichtung nach Figur 1 erreicht, indem mit Hilfe des Proportionaldrosselventils 37 und des ersten Druckaufnehmers 16 in Zusammenarbeit mit dem elektronischen Steuergerät 17 ein elektronisch lastkompensiertes Senken erreicht wird, bei dem der Volumenstrom über die Ablaufleitung 14 zum Tank strömt. Da das Proportionaldruckventil 63 als normal offenes Ventil ausgebildet ist, braucht es beim Senken von der Steuerelektronik 17 nicht angesteuert zu werden. Das Vorspannventil 61 verhindert, daß der Volumenstrom beim Senken zur Druckmittelquelle 13 strömen kann.
Mit der zweiten Steuereinrichtung 60 lässt sich bei relativ einfachem Aufbau vor allem eine gute, lineare Feinsteuerbarkeit erreichen.
Die Figur 5 zeigt eine dritte elektrohydraulische Steuereinrichtung 70, die sich von der zweiten Steuereinrichtung 60 nach Figur 4 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Bei der dritten Steuereinrichtung 70 wird anstelle der Meßblende 22 nach Figur 4 ein Proportionaldrosselventil 71 verwendet, das als doppeldichtes Sitzventil ausgebildet ist und bei dem somit die Funktion des dritten Rückschlagventils 62 mitintegriert ist. Durch die Verwendung eines solchen doppeldichten Proportionaldrosselventils 71 zweigt die Ablaufleitung 14 im Bereich zwischen Vorspannventil 61 und Proportionaldrosselventil 71 von der Zulaufleitung 12 ab und führt über das normal offene Proportionaldruckventil 63 zum Tank 15.
Die Wirkungsweise der dritten Steuereinrichtung 70 entspricht weitgehend derjenigen der zweiten Steuereinrichtung nach Figur 4, wobei bei der Funktion Halten des Hydromotors 11 lediglich die Signale des ersten Druckaufnehmers 16 in der Steuerelektronik 17 verwendet werden, während das Proportionaldrosselventil 71 und das Druckregelventil 63 nicht angesteuert sind.
Beim Heben werden von der Steuerelektronik 17 neben dem ersten Druckaufnehmer 16 das Proportionaldrosselventil 71 und das Proportionaldruckvenil 63 angesteuert bzw. eingeschaltet. Das Proportionaldrosselventil 71 kann dabei die Funktion der Meßdrossel übernehmen, über die mit Hilfe des Proportionaldruckventils 63 das jeweils wirksame Druckgefälle konstant gehalten wird, so daß ein lastdruckkompensiertes Heben möglich ist.
Beim Senken des Hydromotors 11 wird in gleicher Weise wie bei der zweiten Steuereinrichtung 60 nach Figur 4 verfahren, wobei die in der Steuerelektronik 17 gespeicherten Durchflußkennlinien dazu benutzt werden, um abhängig vom Drucksignal des Druckaufnehmers 16 das Proportionaldrosselventil 71 so anzusteuern, daß der Einfluß des jeweiligen Lastdrucks kompensiert wird. Das normal offene Proportionaldruckventil 63 wird dabei von der Steuerelektronik 17 nicht angesteuert.
Mit der dritten Steuereinrichtung 70 lässt sich somit eine elektronisch lastkompensierte Heben- und Senkenfunktion erreichen, wobei ein doppelt dichtes Sitzventil 71 für eine einwandfreie Abdichtung der gehobenen Last am Verbraucher 11 sorgt. Die dritte Steuereinrichtung 70 kommt dabei in vorteilhafter Weise mit einem einzigen Drosselventil 71 aus.
Die Figur 6 zeigt eine vierte elektrohydraulische Steuereinrichtung 80, die sich von der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die vierte Steuereinrichtung 80 kommt für die beiden Funktionen Heben und Senken mit einem einzigen Proportionaldrosselventil 37 aus, das zu diesem Zweck in einer hydraulischen Gleichrichterschaltung 81 liegt, die aus hydraulischer Vollbrücke 82 und vier Rückschlagventilen 83 sowie einer Brückendiagonale 84 besteht, in die das Proportionaldrosselventil 37 geschaltet ist. Bei der gezeigten Anordnung der Rückschlagventile 83 bilden die Äste 85, 86 der Vollbrücke 82 Teile der Zulaufleitung 12. In entsprechender Weise bilden die anderen Äste 87 und 88 Teile der Ablaufleitung 14. Mit Hilfe der Druckaufnehmer 16, 23 wird die über das Proportionaldrosselventil 37 auftretende Druckdifferenz abgegriffen, wobei der erste Druckaufnehmer 16 wiederum den Lastdruck im Motor 11 ermittelt. Der zweite Druckaufnehmer 23 ermittelt beim Heben wie beim Senken jeweils den Druck stromabwärts vom Proportionaldrosselventil 37. Ein Proportionaldruckventil 89 ist stromabwärts von einem zulaufseitigen Summenpunkt 91 in die Ablaufleitung 14 geschaltet. Das Proportionaldruckventil 89 ist hier als ein normal geschlossenes Ventil ausgebildet. Ferner zweigt vom Summenpunkt 91 ein Weiterlauf-Anschluß 92 ab.
Die Wirkungsweise der vierten Steuereinrichtung 80 ist insofern mit derjenigen der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 vergleichbar, als beim Heben wie beim Senken eine elektronisch lastkompensierte Steuerung des Hydromotors 11 möglich ist und daß zusätzlich über den Weiterlauf-Anschluß 92 zusätzliche Hydromotoren parallel betätigbar sind. Während bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 die elektronische Lastkompensation unter Ausnutzung des in der Steuerelektronik 17 abgespeicherten Kennlinienfelds der Durchflußkennlinien des Proportionaldrosselventils 37 nur für die Funktion Senken durchgeführt wird, wird bei der vierten Steuereinrichtung 80 diese Art der Lastkompensation auch für die Funktion Heben ausgenutzt.
Bei einer reinen Funktion Halten des Hydromotors 11 braucht die Steuerelektronik 17 kein Ventil anzusteuern und erhält lediglich vom ersten Druckaufnehmer 16 lastdruckabhängige Signale.
Bei der Funktion Heben aktiviert die Steuerelektronik 17 neben den beiden Druckaufnehmern 16 und 23 das in der Brückendiagonale 84 liegende Proportionaldrosselventil 37 und arbeitet dabei in der geschilderten Weise, so daß der von der Konstantpumpe 13 zum Motor 11 fließende Volumenstrom elektronisch lastkompensiert wird. Beim Heben wird das als normal geschlossenes Ventil ausgebildete Proportionaldruckventil 89 von der Steuerelektronik 17 nicht angesteuert.
Beim Senken wird zusätzlich zu den von der Steuerelektronik 17 beim Heben aktivierten Bauelementen das Proportionaldruckventil 89 angesteuert bzw. geöffnet, so daß Druckmittel über die Ablaufleitung 14 zum Tank 15 entlastet werden kann. Je nach Bedarf kann die Konstantpumpe 13 hierbei ein- oder ausgeschaltet sein.
Wie bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1 kann auch bei der vierten Steuereinrichtung 80 eine vergleichbare Funktion Neutralumlauf gefahren werden, wenn bei eingeschalteter Konstantpumpe 13 und dem normal geschlossenen Proportionaldruckventil 89 der geförderte Volumenstrom in den Weiterlauf-Anschluß 92 zum Betätigen weiterer Hydromotoren geleitet wird. Das Proportionaldrosselventil 37 ist dabei nicht erregt und sperrt zusammen mit den Rückschlagventilen 83 den Motor 11 hydraulisch ab.
Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Elektrohydraulische Steuereinrichtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors (11) mit zwischen eine Druckmittelquelle (13) und einen Motor (11) geschalteten, elektrisch ansteuerbaren, vorgesteuerten und proportional arbeitenden Ventilmitteln (37, 34; 37, 63; 71, 63; 37, 89), einem elektrohydraulischen Druckaufnehmer (16) zur Aufnahme des Lastdrucks im Motor (11) und mit einer Steuerelektronik (17) zur Bildung eines Ansteuersignals für das Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel als 2-Wege-Proportionaldrosselventil (37; 71) in Sitzventilbauart und einem Proportionalventil (34; 63; 89) ausgebildet sind, daß in der Steuerelektronik (17) ein Kennlinienfeld des Proportionaldrosselventils (37; 71) mit dessen druckabhängig veränderlichen Durchflußkennlinien (38) gespeichert ist, mit deren Hilfe die Steuerelektronik (17) aus dem eingegebenen Sollwertsignal am Eingang (41) ein die Lastkompensation bewirkendes Ansteuersignal für das Proportionaldrosselventil (37; 71) bildet und daß die Steuerelektronik (17) mit dem den Pumpendruck begrenzenden Proportionaldruckventil (34; 63; 89) in Wirkverbindung steht.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (17) mit einem zweiten Signal von einem druckabhängigen Bauelement (23; 63) zur Ermittlung einer wirksamen Druckdifferenz versorgt wird.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionaldrosselventil (37) in eine zwischen Motor (11) und Tank (15) verlaufende Ablaufleitung (14) geschaltet ist und zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13) eine Zulaufleitung (12) verlauft, in die eine vom Proportionaldruckventil (34) vorgesteuerte Druckwaage (18) und davon stromabwärts ein den Motor (11) absicherndes Rückschlagventil (21) sowie eine druckgesteuerte Meßblende (22) geschaltet sind, daß das druckabhängige Bauelement für das zweite Signal ein zweiter Druckaufnehmer (23) ist, der zusammen mit dem ersten Druckaufnehmer (16) das über die Meßblende (22) auftretende Druckgefälle ermittelt (Figur 1).
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende (22) eine im wesentlichen linear verlaufende Durchflußkennlinie aufweist.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (18) als 3-Wege-Ventil mit einem Weiterlauf-Anschluß (25) ausgebildet ist und eine von einer Feder (28) zentrierte Grundstellung (31) aufweist, in der die Verbindungen vom Zulauf-Anschluß (19) zum Weiterlauf-Anschluß (25) gesperrt und zu einem Motor-Anschluß (24) offen sind und vom Zulaufdruck entgegen der Kraft der Feder (28) und eines Steuerdrucks in diesem Steueranschluß (29) in eine Arbeitsstellung (33) auslenkbar ist, in der diese Verbindung zum Weiterlauf-Anschluß (25) aufgesteuert und die Verbindung zum Motor-Anschluß (24) abgesteuert wird.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Anschluß des zweiten Druckaufnehmers (23) mit der Zulaufleitung (12) zwischen Druckwaage (18) und Rückschlagventil (21) verbunden ist und über eine Drosselstelle (36) mit dem Tank (15) in Verbindung steht.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionaldrosselventil (37) in eine zwischen Motor (11) und Tank (15) verlaufende Ablaufleitung (14) geschaltet ist und daß zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13) eine Zulaufleitung (12) verläuft, in die ein den Motor (11) absicherndes Rückschlagventil (21) sowie eine druckgesteuerte Meßblende (22) geschaltet sind, daß in die Zulaufleitung (12) stromaufwärts vom Rückschlagventil (21) ein Vorspannventil (61) geschaltet ist und in der Ablaufleitung (14) stromabwärts vom Proportionaldrosselventil (37) ein drittes, letzteres absicherndes Rückschlagventil (62) und das Proportionaldruckventil (63) liegen und daß von der Zulaufleitung (12) zwischen Vorspannventil (61) und Meßblende (22) eine Querverbindung (64) abzweigt, die im Bereich zwischen drittem Rückschlagventil (62) und Proportionaldruckventil (63) in die Ablaufleitung (14) führt (Figur 4).
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende (22) eine im wesentlichen lineare Durchflußkennlinie aufweist.
Elektrische Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionaldruckventil (63) als vorgesteuertes Ventil ausgebildet ist und sein Ansteuersignal das zweite Signal zur Ermittlung der wirksamen Druckdifferenz bildet.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Wege-Proportionaldrosselventil (71) als doppeldichtes Sitzventil ausgebildet ist und in die zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13) verlaufende Zulaufleitung (12) geschaltet ist, in der zwischen Proportionaldrosselventil (71) und Druckmittelquelle (13) ein Vorspannventil (61) geschaltet ist, daß von der Zulaufleitung (12) zwischen Proportionaldrosselventil (71) und Vorspannventil (61) die Ablaufleitung (14) abzweigt und über das Proportionaldruckventil (63) zum Tank (15) geführt ist und daß in der Steuerelektronik (17) die Durchflußkennlinien des Proportionaldrosselventils (71), insbesondere für beide Durchflußrichtungen gespeichert sind und zur Bildung der Ansteuersignale herangezogen werden (Figur 5).
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die von der Druckmittelquelle (13) zum Motor (11) führende Zulaufleitung (12) eine hydraulische Gleichrichterschaltung (81) mit Vollbrücke (82) und Rückschlagventilen (83) geschaltet ist, in deren Brückendiagonale (84) das 2-Wege-Proportionaldrosselventil (27) liegt und daß von der Zulaufleitung (12) stromaufwärts von der Gleichrichterschaltung (81) die Ablaufleitung (14) abzweigt und über das Proportionaldruckventil (89) zum Tank (15) geführt ist (Figur 6).
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abzweigstelle (91) der Ablaufleitung (14) zusätzlich eine Weiterlauf-Leitung (92) zu zusätzlichen Hydromotoren abzweigt.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Eckpunkten der Brückendiagonale (84) jeweils ein Druckaufnehmer (16, 23) angeschlossen ist.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionaldrosselventil (37), das Proportionaldruckventil (34) mit der von ihm vorgesteuerten Druckwaage (18), die druckgesteuerte Meßblende (22) und die beiden Druckaufnehmer (16, 23) in einem gemeinsamen Gehäuse (46) angeordnet sind, in dem das Proportionaldrosselventil (37), das Proportionaldruckventil (34) und die Druckwaage (18) koaxial zueinander angeordnet sind, während die Meßblende (22) in einer dazu senkrecht verlaufenden Ebene liegt.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (46) quaderförmig ausgebildet ist und in einer zwischen zwei Stirnseiten (47, 48) verlaufenden Längsbohrung (49) die Druckwaage (18) aufnimmt, während an der ersten Stirnseite (47) das Proportionaldrosselventil (37) in die Längsbohrung (49) und der erste den Lastdruck in einem Verbraucheranschluß (50) abgreifende Druckaufnehmer (16) eingebaut sind, während an der anderen Sitrnseite (48) das Proportionaldruckventil (34) und der zweite Druckaufnehmer (23) eingebaut sind und daß an einer schmalen Längsseite (52) der Zulauf-Anschluß (29) und der Weiterlauf-Anschluß (25) und an der anderen schmalen Längsseite (53) des Gehäuses (46) der Verbraucheranschluß (50) sowie der Tank-Anschluß (54) angeordnet sind.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) ein einfachwirkender Hubzylinder ist.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle eine Elektrohydropumpe (13, 42), insbesonder Konstantpumpe (13) ist, die von der Steuerelektronik (17) angesteuert wird.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch seine Verwendung für ein Hubwerk, insbesondere in einem Elektro-Stapler.
Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 und 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rückschlagventil (21) und die Meßblende (22) eine integrierte Bauweise aufweisen und ein gemeinsames Schließglied (55) haben.