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Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Regelvorrichtung für einen Arbeitszylinder eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, insbesondere einen Kraftheber für einen Ackerschlepper, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine derartige Regeleinrichtung bekannt (DE-OS 26 34 530), bei der ein hydraulischer Sensor im Unterlenker eines 3-Punkt-Gestänges hydraulisch auf eine als Folgesteuerung arbeitende Stelleinrichtung wirkt, die über ein mechanisches Gestänge das Steuerglied des Regelwegeventils beeinflußt.
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Nachteilig bei dieser Regelvorrichtung ist, daß eine relativ aufwendige Stelleinheit notwendig ist, für den Steuerkreis zwei Pumpen vorgesehen sind und ein rein mechanischer Istwertgeber im Gestänge eingreift. Dadurch ist die Regeleinrichtung relativ aufwendig. Zudem führt die aufwendige Verarbeitung und Umwandlung der Signale zu einer verhältnismäßig ungenauen und schwingungsempfindlichen Arbeitsweise. Die Stelleinheit ist speziell auf diese Regelvorrichtung abgestimmt, daher kein vorhandenes, serienmäßiges Bauteil und mit ineinander gleitenden Kolben teuer. Zudem ist die von einem Kolbenabschnitt eines Schiebers gebildete Drosselstelle schmutzempfindlich. Vor allem aber hat diese Regelvorrichtung den Nachteil, daß bei Ausfall der Steuerölpumpe für die Stelleinheit das Regelventil auf Senken schaltet und der Kraftheber sinkt, was zu einer beachtlichen Unfallgefahr führt.
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Weiterhin ist eine Regelvorrichtung für einen Kraftheber eines Ackerschleppers bekannt (DE-AS 12 76 959), bei dem hydraulische Geber für Istwert und Sollwert vorgesehen sind, die hydraulisch auf ein einseitig federbelasteten Steuerglied eines Regelwegeventils einwirken. Obwohl hier nur eine Steuerleitung zum Regelwegeventil und eine rein hydraulische Signalverarbeitung durchgeführt wird, ist doch von Nachteil, daß die Geber über ein hydraulisches Gestänge miteinander verbunden sind. Die Regelvorrichtung ist infolge dieser hydrostatischen Signalverarbeitung störanfällig und für den praktischen Betrieb wenig geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Regeleinrichtung für landwirtschaftliche Fahrzeuge zu schaffen, bei der mit einfachen Bauelementen eine möglichst störungsarme, vollhydraulische Signalverarbeitung von Soll- und Istwerten erreichbar ist.
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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Arbeitszylinder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine rein hydraulische Signalverarbeitung aufweist und mit handelsüblichen Ventilen auskommt. Die Regelvorrichtung baut sehr einfach und ist leicht an verschiedene Regelungsarten anpaßbar. Sie ist ferner unempfindlich gegenüber Schmutz und sonstigen Störeinflüssen, wie z. B. Temperaturschwankungen. Ferner ist die Regelvorrichtung schwingungsunempfindlich.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Regeleinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Regelvorrichtung gemäß Unteranspruch 2 ausgebildet wird. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln erreicht, daß beim Abschalten der Regelvorrichtung ein Umschaltventil den Arbeitszylinder hydraulisch blockiert und damit ein ungewolltes Senken des Arbeitszylinders verhindert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine hydraulische Regeleinrichtung für einen Kraftheber eines Ackerschleppers in vereinfachter Darstellung,
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Fig. 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Verstelldrucks am Regelwegeventil abhängig von der Druckdifferenz vom Sollwertgeber zeigt und in dem die Verhältnisse bei einer Änderung des Sollwerts eingezeichnet sind und
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Fig. 3 ein ähnliches Diagramm, das die Verhältnisse bei einer Änderung des Istwerts zeigt.
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Die Fig. 1 zeigt eine Regelvorrichtung 10 für den Kraftheber 11 eines Ackerschleppers. Der Kraftheber 11 greift über einen Hubarm 12 an einem 3-Punkt-Gestänge 13 an, an dem ein Pflug 14 angelenkt ist. Der Kraftheber 11 ist in einen hydraulischen Arbeitskreis 15 geschaltet, zu dem eine Pumpe 16, ein Wegeventil 17, sowie ein Umschaltventil 18 gehört. Das Wegeventil 17 ist als 3- Wege-3-Stellungs-Ventil ausgebildet und hat einen Zulaufanschluß 19, der mit der Pumpe 16 Verbindung hat, einen Rücklaufanschluß 21, der mit einem Behälter 22 verbunden ist und einen Verbraucheranschluß 23, von dem eine Leitung 24 zum Kraftheber 11 führt. In diese Leitung 24 ist zwischen dem Wegeventil 17 und dem Kraftheber 11 das Umschaltventil 18 geschaltet. Das Wegeventil 17 hat ein Steuerglied 25, das auf seiner einen Stirnseite von einer Feder 26 und auf seiner gegenüberliegenden Stirnseite von einem Stellzylinder 27 betätigbar ist. Das Steuerglied 25 hat eine mittlere Neutralstellung 28, in der es alle Anschlüsse 19, 21, 23 blockiert, eine Senkstellung 29, in der es den Verbraucheranschluß 23 mit dem Rücklaufanschluß 21 verbindet und den Zulaufanschluß 19 blockiert und eine Hebenstellung 31, in der der Zulaufanschluß 19 mit dem Verbraucheranschluß 23 verbunden wird und der Rücklaufanschluß 21 blockiert ist. Das in die Leitung 24 geschaltete Umschaltventil 18 ist als 3-Wege- 2-Stellungs-Ventil ausgebildet und hat ein Ventilglied 32, das eine Durchgangsstellung 33 und eine Sperrstellung 34 einnehmen kann. In der Durchgangsstellung 33 verbindet das Ventilglied 32 einen mit dem Wegeventil 17 verbundenen Einlaß 35 mit einem mit dem Kraftheber 11 verbundenen Auslaß 36, während es einen mit dem Behälter 22 verbundenen Rücklaufanschluß blockiert. In der Sperrstellung wird der Einlaß 35 mit dem Rücklaufanschluß 37 verbunden und der Auslaß 36 blockiert.
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Die Regelvorrichtung 10 hat einen hydraulischen Steuerkreis 38, zu dem eine Steuerölpumpe 39 zählt. Von der Steuerölpumpe 39 führt eine Steuerleitung 41 zum Behälter. In diese Steuerleitung 41 sind nacheinander eine Blende 42, ein Druckgefälleventil 43 und ein Durckbegrenzungsventil 44 geschaltet. Das Druckgefälleventil 43 ist verstellbar ausgebildet und dient als Sollwertgeber für die Regelvorrichtung 10. Das nachgeschaltete Durckbegrenzungsventil 44 ist ebenfalls verstellbar ausgebildet und dient als Istwertgeber der Regeleinrichtung 10, wozu es über eine Wirkverbindung 45 mit einem Kraftmeßglied 46 verbunden ist, an dem das 3- Punkt-Gestänge 13 angreift. Von der Steuerleitung 41 stromaufwärts vom Druckgefälleventil 43 zweigt eine Leitung 47 ab, die zum Stellzylinder 27 führt. Weiterhin zweigt von der Steuerleitung 41 im Bereich zwischen der Blende 42 und dem Druckgefälleventil 43 eine zweite Leitung 48 ab, die auf eine Stirnseite des Ventilgliedes 32 führt, die zugleich von einer Feder 49 belastet ist. Der Druck der Leitung 48 und der Feder 49 versuchen das Ventilglied 32 in seine Sperrstellung 34 zu bringen. Auf die gegenüberliegende Stirnseite des Ventilgliedes 32 wird der Druck von einer dritten Leitung 51, die von der Steuerleitung 41 im Bereich zwischen Pumpe 39 und Blende 42 abzweigt.
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Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung 10 wird wie folgt beschrieben, wobei auch auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird. Es sei davon ausgegangen, daß sich das Steuerglied 25 in der gezeichneten Neutralstellung 28 befindet, in der die Kräfte auf das Steuerglied von der Feder 26 und vom Stellzylinder 27 sich das Gleichgewicht halten. Von der Steuerölpumpe 39 fließt über die Steuerleitung 41 ein ständiger Strom zum Behälter 22. Dieser Strom erzeugt in der Blende 42 ein Druckgefälle, das über die Leitung 48, 51 auf das Ventilglied 32 einwirkt, und dieses entgegen der Kraft der Feder 49 in seiner Durchgangsstellung 33 hält. Ferner erzeugt das Druckgefälleventil 43 eine erste Druckdifferenz Δ p 1 und das Druckbegrenzungsventil 44 eine zweite Druckdifferenz Δ p 2, deren Summe einen Verstelldruck bildet, der über die Leitung 47 in dem Stellzylinder 27 wirkt. In der Neutralstellung 28 des Steuerglieds 25 ist der Verstelldruck eine konstante Größe; die Anteile der Druckdifferenzen an diesem Verstelldruck sind jedoch beliebig veränderbar. Ist die erste Druckdifferenz, der der Sollwert zugeordnet ist, niedrig, dann ist die zweite Druckdifferenz, der der Istwert zugeordnet ist, hoch. Ist dagegen im umgekehrten Fall der Sollwert hoch, so ist der zugehörige Istwert niedrig. Die Fig. 2 zeigt nunmehr ein Diagramm, in dem auf der Ordinate der Verstelldruck, bestehend aus der Summe von erster Druckdifferenz Δ p 1 plus der zweiten Druckdifferenz Δ p 2 aufgetragen ist, während auf der Abszisse die erste Druckdifferenz Δ p 1 von 0 bis 100% aufgetragen ist. In dem Diagramm sind ferner schräge Geraden 61 eingezeichnet, welche die Verhältnisse bei gleichen Istwerten wiedergeben. Dabei bedeutet die untere Gerade 62 einen Istwertanteil von 0% und die oberste Gerade 63 einen Istwertanteil von 100%. Der Abstand zwischen der unteren (62) und der oberen Geraden 63 entspricht somit dem Istwert bzw. der zweiten Druckdifferenz Δ p 2. Zwei parallel zur Abszisse verlaufende Linien 64 begrenzen einen sogenannten Neutralbereich des Wegeventiles 17. Im folgenden wird nun anhand von vier Beispielen die Arbeitsweise der Regelvorrichtung 10 im einzelnen erläutert, wobei immer davon ausgegangen wird, daß der in Fig. 1 dargestellte Gleichgewichtszustand herrscht, bei dem das Steuerglied 25 in der gezeichneten Neutralstellung 28 sich befindet. Im ersten Fall wird dieser Gleichgewichtszustand durch den Punkt 65 im Diagramm der Fig. 2 symbolisiert. Wird nun der Sollwert in Richtung Senken, d. h. in Richtung erhöhter Zugkraft, verstellt, so sinkt dabei die erste Druckdifferenz Δ p 1. Bei gleichbleibendem Istwert sinkt damit der Verstelldruck kurzzeitig auf den Punkt 66 im Diagramm 2, wodurch das Steuerglied 25 von der Feder 26 in seine Senkstellung 29 bewegt wird. Aus dem Kraftheber 11 fließt über die Leitung 24 und das Wegeventil 17 Druckmittel zurück in den Behälter 22. Dabei sinkt der Pflug 14 tiefer in den Boden, wodurch sich die auf ihn ausgeübte Kraft erhöht. Das Kraftmeßglied 46 meldet über die Wirkverbindung 45 einen steigenden Istwert zurück zum Druckbegrenzungsventil 44. Dort wird die zweite Druckdifferenz Δ p 2 so lange erhöht, bis der Verstelldruck Δ p 1 + Δ p 2 eine durch die Feder 26 bestimmte konstante Größe erreicht hat und das Wegeventil 31 seine Neutralstellung 28 einnimmt. Damit befindet sich die Regelvorrichtung 10 in einer Gleichgewichtsstellung, die durch Punkt 67 in Fig. 2 angegeben wird. In der neuen Gleichgewichtsstellung 67 ist im Vergleich zum Ausgangspunkt 65 der Sollwert wesentlich gesenkt und der Istwert entsprechend erhöht worden.
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In einem zweiten Fall sei von einer Gleichgewichtslage ausgegangen, die durch den Punkt 68 in Fig. 2 dargestellt ist. Wird der Sollwert Δ p 1 am Druckgefälleventil 43 erhöht, so steigt bei gleichbleibendem Istwert Δ p 2 der Verstelldruck bis zum Punkt 69 in Fig. 2. Dieser Verstelldruck schiebt das Steuerglied 25 entgegen der Kraft der Feder 26 in seine Hebenstellung 31. Nun fördert die Pumpe 16 Druckmittel für das Wegeventil 17 und die Leitung 24 in den Kraftheber 11, der über das 3-Punkt-Gestänge 13 den Pflug 14 aus dem Boden aushebt. Dabei meldet das Kraftmeßglied 46 eine Verringerung des Istwerts zurück zum Druckbegrenzungsventil 44. Infolge des Aushebens des Pfluges 14 sinkt die zweite Druckdifferenz Δ p 2 so lange, bis der Verstelldruck wieder die durch die Feder 26 bestimmte, konstante Größe aufweist und damit das Steuerglied des Wegeventils 17 seine Neutralstellung 28 einnimmt. Diese neue Gleichgewichtslage wird durch Punkt 71 im Diagramm der Fig. 2 dargestellt.
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Die Fig. 3 zeigt nun ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse und der Ordinate die gleichen Werte aufgetragen sind wie in Fig. 2. Während in Fig. 2 zwei Fälle mit sich änderndem Sollwert dargestellt sind, zeigt Fig. 3 einen dritten und vierten Fall, bei dem sich die Istwerte ändern. Im dritten Fall wird wiederum von einer in Fig. 1 dargestellten Gleichgewichtslage ausgegangen, die in Fig. 3 durch Punkt 72 dargestellt sei.
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Stößt bei gleichbleibendem Istwert der Pflug 14 auf schweren Boden, so erhöht sich die Zugkraft. Das Kraftmeßglied 46 meldet die Erhöhung des Istwertes über die Wirkverbindung 45 auf das Druckbegrenzungsventil 44 und verstellt es in Richtung Erhöhung der Druckdifferenz Δ p 2. Der erhöhte Verstelldruck, der durch Punkt 73 in Fig. 3 dargestellt ist, lenkt das Steuerglied 25 des Wegeventils 17 in seine Hebenstellung 31 aus. Druckmittel von der Pumpe 16 gelangt zum Kraftheber 11 und der Pflug wird ausgehoben. Das Ausheben des Pfluges 14 findet so lange statt, bis die auf ihn wirkende Zugkraft so verringert wird, daß der Istwert in Punkt 72 seine ursprüngliche Größe erreicht und das Wegeventil seine Neutralstellung 28 einnimmt.
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Im vierten Fall wird von einem Gleichgewicht der Regelvorrichtung 10 ausgegangen, die durch den Punkt 74 in Fig. 3 dargestellt ist. Stößt bei unverändertem Sollwert am Druckgefälleventil 43 der Pflug 14 auf leichteren Boden, so verringert sich die Zugkraft. Das Kraftmeßglied 46 verstellt über die Wirkverbindung 45 das Druckbegrenzungsventil 44, wobei entsprechend der sinkenden Zugkraft die Druckdifferenz Δ p 2 verringert wird. Infolgedessen sinkt der Verstelldruck auf den Punkt 75 in Fig. 3, was zu einer Auslenkung des Ventilgliedes 25 in seine Senkstellung führt. Druckmittel kann aus dem Kraftheber 11 über die Leitung 24 und das Wegeventil 17 entweichen, wodurch der Pflug 14 tiefer in den Boden sinkt. Dieser Senkvorgang des Pfluges 14 findet ein Ende, wenn der steigende Istwert wieder seine ursprüngliche Größe erreicht und die in Punkt 74 erreichte Gleichgewichtslage zustande kommt.
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Neben den geschilderten vier Fällen, welche die normale Arbeitsweise der Regelvorrichtung 10 betreffen, sind die Vorgänge beim Ein- und Ausschalten der Regeleinrichtung 10 von Bedeutung. Beim Abschalten der Regeleinrichtung werden die Pumpen 16 und 39 abgeschaltet. Solange dabei der Steuerölstrom von der Pumpe 39 über die Leitung 41 größer ist als Null, erzeugen das Druckgefälleventil 43 und das Druckbegrenzungsventil 44 die notwendigen Druckdifferenzen und garantieren eine einwandfreie Betätigung des Wegeventils 17. Sinkt beim Abschalten der Steuerölpumpe 39 der Steuerölstrom durch die Blende 42 unter einen bestimmten Wert, so kann das von der Blende 42 erzeugte Druckgefälle der Feder 49 nicht mehr das Gleichgewicht halten, wodurch die Feder 49 das Ventilglied 32 aus der gezeichneten Durchgangsstellung 33 in seine Sperrstellung 34 drückt. Damit ist der Kraftheber 11 hydraulisch blockiert. Fördert die Steuerölpumpe 39 nicht mehr, so bricht auch der Verstelldruck zusammen. Die Feder 26 drückt somit das Steuerglied 25 in die Senkstellung 29, wobei der Verbraucheranschluß 23 zum Tank 22 entlastet wird. Auf diese Weise wird beim Abschalten der Regelvorrichtung 10 ein Herabfallen des Pfluges 14 sicher verhindert. Wesentlich dabei ist, daß das Umschaltventil 18 den Kraftheber 11 blockiert, bevor der Verstelldruck zusammenbricht und das Wegeventil 17 in seine Senkstellung 29 geht.
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Beim Einschalten der Regelvorrichtung 10 laufen die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab wie beim Ausschalten. Dabei ist von Bedeutung, daß das Druckhalteventil 43 und das Druckbegrenzungsventil 44 ihre Druckdifferenzen und damit den Verstelldruck liefern, bevor das Umschaltventil 18 die Sperrung des Krafthebers 11 aufhebt. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Sinken des Pfluges 14 mit Sicherheit verhindert.
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Selbstverständlich ist es möglich, an der gezeichneten Regelvorrichtung 10 Änderungen vorzunehmen, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist die gezeichnete Regelvorrichtung nicht auf eine Verwendung für eine Zugkraftregelung beschränkt, sondern sie kann auch zur Lagerregelung bei einem Ackerschlepper oder auch zu Mischregelungen eingesetzt werden. Ferner ist es ohne weiteres möglich, die Regelvorrichtung auch bei einem Mähdrescher zur Regelung der Höhe des Mähtisches zu verwenden. Auch kann die Regelvorrichtung so ausgebildet werden, daß das Druckgefälleventil als Istwertgeber arbeitet und das nachgeschaltete Druckbegrenzungsventil als Sollwertgeber arbeitet. Anstelle des hier vereinfacht dargestellten Wegeventiles 17 werden übliche Regelventile verwendet, die meist mit einem eingebauten Umschaltventil zur unmittelbaren Rückleitung des Druckmittelstroms von der Pumpe in den Tank ausgerüstet sind.