DE69602923T2

DE69602923T2 - Elektrohydraulische proportionale steuerventilvorrichtung

Info

Publication number: DE69602923T2
Application number: DE69602923T
Authority: DE
Inventors: David Lakin; Stephen Turner
Original assignee: Ultronics Ltd
Current assignee: Ultronics Ltd
Priority date: 1995-02-25
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: DK0809737T3; EP0809737B2; DK0809737T4; WO1996027051A1; GB2298291B; GB2298291A; DE69602923D1; GB9503854D0; GB2298291C; DE69602923T3; EP0809737B1; EP0809737A1; JPH11501106A; CN1175988A; KR19980702483A; WO1996027051B1; GB9603811D0; CN1070974C; KR100432381B1; JP2006177561A

Description

Diese Erfindung betrifft elektrohydraulische, proportionale Steuerventilanordnungen zum Steuern strömungsmittelbetätigter Vorrichtungen.
Es ist bekannt (beispielsweise aus der EP-A-0462 589), eine proportionale Steuerventilanordnung zu benutzen, um eine strömungsmittelbetätigte Vorrichtung zu steuern, wie etwa beispielsweise einen Steuer-Tauchkolben für einen Hubarm eines Erdbewegungsfahrzeugs, und zwar in Abhängigkeit von einem Anforderungssignal, das von einem von einer Bedienungsperson betätigten Steuerknüppel zugeführt wurde. Eine solche Steuerventilanordnung umfaßt in typischer Weise ein Hauptschieberventil mit einer ersten Betätigungsöffnung für den Strömungsmittelstrom in zwei Richtungen zwischen dem Schieberventil und einer ersten Öffnung der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung, eine zweite Betätigungsöffnung für den Strömungsmittelstrom in zwei Richtungen zwischen dem Schieberventil und einer zweiten Öffnung der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung, eine Pumpenöffnung für einen Eingangs-Strömungsmittelstrom zum Schieberventil hin von einer hydraulischen Pumpe her, eine Tanköffnung für den Ausgabe-Strömungsmittelstrom vom Schieberventil her zu einem hydraulischen Tank hin, und einen Schieber zum Steuern von Richtung und Durchsatz des Strömungsmittelstroms zwischen der ersten Betätigungsöffnung und der Pumpen- oder Tanköffnung sowie von Richtung und Durchsatz des Strömungsmittelstroms zwischen der zweiten Betätigungsöffnung und der Pumpen- oder Tanköffnung.
Diese Steuerventilanordnung kann auch eine Druck-Kompensationseinrichtung in Form eines Neben-Schieberventils umfassen, das so gesteuert wird, daß es über den Schieber des Hauptschieberventils hinweg einen konstanten Druckabfall aufrechterhält. Eine solche Steuerventilanordnung ermöglicht es der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung, unabhängig von der Last so gesteuert zu werden, daß im Fall beispielsweise eines Steuer-Tauchkolbens für den Hubarm einer Erdbewegungsmaschine der Arm mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit angehoben oder abgesenkt wird, ungeachtet der Größe der Last, die vom Arm angehoben wird, oder der Änderung in der Belastung während des Anhebens infolge des Aufbaus des Arms selbst. Solche Steuerventilanordnungen haben jedoch einen komplizierten mechanischen Aufbau, und dies kann die Steuerventilanordnungen teuer und schwierig herzustellen machen. Ferner sind solche Steuerventilanordnungen nur zu begrenzten Steuerfunktionen in der Lage, und neigen insbesondere zur Funktionsstörung in einem Zustand der Überlast, d. h., wenn äußere Kräfte, die infolge der Schwerkraft auf die strömungsmittelbetätigte Vorrichtung einwirken, in der selben Richtung wirksam sind, wie das bewegende Teil der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung unter hydraulischen Steuerung bewegt wird.
In der internationalen, veröffentlichten Anmeldung Nr. WO 93/01417 wurde vorgeschlagen, eine solche Steuerventilanordnung mit einem Umschaltventil vorzusehen, das einen Lagefühler umfaßt, der bestimmt, welche der beiden Betätigungsöffnungen, die mit der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung verbunden sind, sich unter einem höheren Druck befindet, und welche ein elektrisches Lagesignal liefert, das die Tatsache, welche Öffnung sich unter einem höheren Druck befindet, einem Prozessor mitteilt, der auch ein elektrisches Drucksignal empfängt, das den höheren Druck aus einem Druckfühler angibt, sowie ein Richtungssignal, das die Richtung angibt, in welcher der Schieber aus seiner neutralen Lage heraus durch die von Hand erfolgende Bewegung eines durch die Bedienungsperson betätigten Hebels versetzt werden soll. Der Prozessor umfaßt einen Vergleicher, der feststellt, ob die Eingangsöffnung, wie sie vom Richtungssignal angegeben ist, sich unter einem höheren Druck befindet, und ein Ausgabesignal an eine Positionierungsvorrichtung abgibt, um die Ausgabe der Pumpe in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches und in Übereinstimmung mit dem Erfordernis der Last zu steuern. Obwohl eine solche Anordnung spezielle Steuermaßnahmen umfaßt, die auf einen Überlastzustand ansprechen, arbeiten diese Maßnahmen doch nur in Abhängigkeit von der tatsächlichen Bewegung des Schiebers infolge der Betätigung durch eine Bedienungsperson, so daß hier noch immer die Gefahr einer Fehlfunktion in einem solchen Überlastzustand vorliegt.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine neuartige, proportionale Steuerventilanordnung vorzusehen, die einfach hergestellt werden kann und die für eine große Anzahl von Steuerfunktionen sorgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrohydraulische, proportionale Steuerventilanordnung vorgesehen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen umrissen ist.
Eine solche Steuerventilanordnung benutzt die Einstellung der Lage zweier Ventilteile, um den Strömungsdurchsatz und/oder den Druck an den Öffnungen einer strömungsmittelbetätigten Vorrichtung zu steuern, wie etwa eines, hydraulischen Zylinders oder eines hydraulischen Motors, und zwar in Abhängigkeit von der erfaßten Ventilteillage, den erfaßten Drücken in den Öffnungen und dem erfaßten Pumpendruck sowie in Abhängigkeit von dem Anforderungssignal, das von der Bedienungsperson durch die Betätigung beispielsweise eines Steuerknüppels erzeugt wurde. Die Ventilteile werden ständig von Servo-Steuermitteln in Abhängigkeit von einem ständig aktualisierten Betätigungssignal gesteuert, das dazu eingerichtet ist, die Ventilteile in Lagen zu treiben, die den Durchfluß-Querschnitten entsprechen, die für die angestrebten Bedingungen von Fluß und Druck geeignet sind, sowie für die angestrebte Betriebsart der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung, und für eine große Anzahl von Steuerfunktionen kann durch geeignetes Programmieren der Steuerschaltung gesorgt werden. Beispielsweise können der Strömungsdurchsatz und/oder Strömungsdruck an den Öffnungen der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung so gesteuert werden, daß die Vorrichtung unter einem gleichförmigen Durchsatz bzw. einer gleichförmigen Geschwindigkeit einstellbar ist, der bzw. die von der Last unabhängig ist, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Teils der Vorrichtung nicht durch eine Änderung der aufgebrachten Last oder des aufgebrachten Einspeisungsdruckes beeinträchtigt wird, und zwar weder in einem passiven Lastzustand noch in einem Überlastzustand. Ferner stellt die Servo-Steuerung der Lage des Ventilteils in Abhängigkeit von Rückkoppelungs-Lagesignalen die hochgenaue Positionierung des Ventilteils sicher, ohne daß entweder eine detaillierte Analyse der Ventileigenschaften oder eine Einstellung erforderlich ist, die der Abnutzung Rechnung trägt.
Die Anordnung zweier separater Ventilmittel mit getrennt beweglichen Ventilteilen ist vorteilhaft, da sie das differentielle Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Betätigungsöffnung ermöglicht, um die wirksame Steuerung der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung zu bewirken. Die unabhängige Steuerung des Strömungsdurchsatzes und/oder - drucks an den beiden Öffnungen der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung durch solche Ventilmittel ermöglicht somit den Betrieb der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung bei einem höheren Niveau des Wirkungsgrades und der Sicherheit, als es in früheren Steueranordnungen möglich ist, bei denen Wirkungsgradverluste als Ergebnis des Erfordernisses auftreten, die beweglichen Teile der Vorrichtung gegen einen Gegendruck zu bewegen. Ferner kann im Fall einer Druck-Überbelastung, weil beispielsweise die Bewegung des beweglichen Teils der Vorrichtung durch eine äußere Überlast gesperrt ist, oder dort, wo ein freies Schweben der Last gefordert ist, eines oder beide der Ventilteile zum Tank hin geöffnet werden, um die beiden Seiten der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung getrennt oder gleichzeitig abzulassen.
Damit die Erfindung noch besser verstanden wird, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform einer Steuerventilanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung beispielsweise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein hydraulisches Schaltbild der Anordnung ist;
Fig. 2 ein schematischer Schnitt durch einen Teil der Anordnung ist;
Fig. 3 ein Blockschaltbild ist, das die elektrischen Verbindungen zwischen verschiedenartigen Teilen der Anordnung zeigt; und
Fig. 4 ein logisches Schaltbild ist, das die Steuerfunktionen der Anordnung darstellt.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; die dargestellte, proportionale Steuerventilanordnung 1 weist ein erstes und zweites Schieberventil 2 und 3 auf, die mit einer ersten und zweiten Betätigungsöffnung 4 und 5 verbunden sind, um den Strömungsmittelstrom zu den gegenüberliegenden Seiten eines beweglichen Kolbens 6 einer strömungsmittelbetätigten Vorrichtung 7 in Form eines hydraulischen Zylinders oder Motors zu steuern. Das erste und zweite Schieberventil 2 und 3 haben Schieber 12 und 13, die durch Steuerströmungsmittelströme axial beweglich sind, die durch elektrisch betätigte Steuer-Betätigungsventile 44 und 45 gesteuert werden (unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 noch näher beschrieben), und zwar zwischen Endlagen, in denen der Schieber 12 oder 13 die entsprechende Betätigungsöffnung 4 oder 5 in Verbindung mit entweder einer Pumpenöffnung 15 oder 16 versetzt, die mit dem Ausgang einer Pumpe 17 verbunden sind, oder einer Tanköffnung 18 oder 19, die mit einem Tank 20 verbunden sind. Das Strömungsmittel, das den Steuer-Betätigungsventilen 44 und 45 zugeführt wird, wird durch einen Steuerdruckregler 14 reguliert.
Der Schieber 12 oder 13 eines jeden Schieberventils 2 oder 3 ist beweglich, um das Öffnen des Schieberventils 2 oder 3 entweder zur Pumpenöffnung 15 oder 16 hin oder zur Tanköffnung 18 oder 19 hin zu bewirken, und zwar über einen Durchströmungsquerschnitt, der proportional zwischen einem Mindest-Öffnungswert und einem Maximal-Öffnungswert in Abhängigkeit von der Lage des Schiebers 12 oder 13 gesteuert werden kann. Ferner sind beide Schieber 12 und 13 zu ihren Neutrallagen hin federvorbelastet (in denen sie in Fig. 1 gezeigt sind), und Lagefühler 23 und 24 sind vorgesehen, um elektrische Lagesignale abzugeben, die eine Aussage über die Positionen der Schieber 12 und 13 liefern. Zusätzlich ist ein Druckentlastungsventil 25 vorgesehen, um den Auslaß der Pumpe 17 zum Tank 20 hin abzulassen, und zwar auf eine Weise, die detaillierter noch weiter unten beschrieben wird. Vier Druckfühler 26, 27, 28 und 29 sind vorgesehen, um elektrische Drucksignale PA, PB, PS und PT abzugeben, die Aussagen über die Strömungsmitteldrücke in der ersten und zweiten Betätigungsöffnung 4 und 5, der Pumpenöffnung 15 oder 16 und der Tanköffnung 18 oder 19 liefern.
Wie schematisch auf der rechten Seite der Fig. 1 gezeigt, kann der Steuerdruckregler 14 auch dazu dienen, die Zufuhr an Steuerströmungsmittel zu den Steuer- Betätigungsventilen eines weiteren Paars von Schieberventilen zu regulieren, die identisch zu den Schieberventilen 2 und 3 sind, um die Zufuhr von Strömungsmittel zu einer weiteren strömungsmittelbetätigten Vorrichtung 30 hin zusteuern. Die beiden Vorrichtungen 7 und 30 können zwei Tauchkolben sein, um unterschiedliche Koppelungsachsen beispielsweise eines Erdbewegungsfahrzeuges zu steuern, und können durch zwei Ventilabschnitte in der Anordnung gesteuert werden, wie detaillierter weiter unten noch beschrieben ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Ventilabschnittsteil, der von dem ersten und zweiten Schieberventil 2 und 3 eines mitumfaßt, und eines der zugeordneten Steuer-Betätigungsventile 44 und 45, wobei zwei solcher Teile in jedem Ventilabschnitt vorgesehen sind. Das Steuer-Betätigungsventil 44 und 45 weist eine bewegliche Spule 35 auf, die an einem Steuerschieber 36 befestigt ist, der durch zwei Federn 37 und 38 zentriert wird, wobei die Spule 35 in einem ringförmigen Luftspalt 39 innerhalb eines magnetischen Kernkörpers 40 beweglich ist, wenn der Spule 35 Strom zugeführt wird, um für eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Feld, das dem Stromfluß zugeordnet ist, und dem magnetischen Fluß zu sorgen, der im Luftspalt 39 durch den Kernkörper 40 erzeugt wird. Das Steuer-Betätigungsventil 44 oder 45 hat zwei Betätigungsöffnungen 46 und 47, die mit den Enden des Schieberventils 2 oder 3 durch Verbindungsleitungen 48 bzw. 49 verbunden ist, sowie eine Tanköffnung 70, die mit dem Tank verbunden ist, und zwei Pumpenöffnungen 71 und 72, die entweder unmittelbar oder über den Steuer-Druckregulierer 14 mit der Pumpe verbunden sind. Der Schieber 12 oder 13 des Schieberventils 2 oder 3 ist durch zwei Federn 73 und 74 zentriert und hat eine Verlängerung 75 am einen Ende, die ein Lage-Rückkopplungssignal ermöglicht, das von der Lage des Schiebers 12 oder 13 abhängig ist und vom Lagefühler 23 oder 24 ausgegeben werden soll.
Wenn sich der Schieber 36 des Steuer-Betätigungsventils 44 oder 45 in der neutralen Lage befindet, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wird nur eine geringe Strömungsmittelleckage durch das Steuer-Betätigungsventil hindurch erfolgen, und somit wird der Schieber 12 oder 13 des Hauptschieberventils 2 oder 3 durch die Federn 73 und 74, die auch in der Figur gezeigt sind, in seiner neutralen Lage gehalten werden. Wenn ein Lage-Steuerstrom der Spule 35 zugeführt wird, dann wirkt eine Kraft auf den Schieber 36 ein, um ihm in der einen oder anderen Richtung (abhängig von der Richtung des Stromes) zu bewegen, bis eine Gleichgewichtslage erreicht ist, in der die Kraft durch die Kräfte ausgeglichen ist, die durch die Federn 37 und 38 ausgeübt werden. Wenn sich der Schieber 36 nach rechts bewegt, wie in der Figur gezeigt, führt dies zu Durchgängen durch einen Durchströmungsquerschnitt, der von der Größe des Stromes bestimmt ist und zwischen der Pumpenöffnung 71 und der Betätigungsöffnung 46 sowie zwischen der Tanköffnung 70 und der Betätigungsöffnung 47 geöffnet wird, mit dem Ergebnis, daß ein gesteuerter Verstellstrom an Steuer-Strömungsmittel längs der Leitung 48 an das linksseitige Ende des Schiebers 12 oder 13 des Haupt-Schieberventils 2 oder 3 angelegt wird, und gleichzeitig ein gesteuertes Ablassen des Steuerströmungsmittels aus dem rechten Ende des Schiebers 12 oder 13 über die Leitung 49 zum Tank hin erfolgt. Dies veranlaßt den Hauptschieber 12 oder 13, nach rechts bewegt zu werden, wie es in der Figur gezeigt ist, wobei die Geschwindigkeit der Bewegung vom Öffnungsgrad des Steuer-Betätigungsventils 44 oder 45 bestimmt wird, bis das Lage- Rückkopplungssignal, das von dem Lagefühler 23 oder 24 ausgegeben wird, angibt, daß der Schieber in die geforderte Lage getrieben wurde, zu welcher Zeit dann der Strom zur Spule 35 unterbrochen wird und der Schieber 36 des Steuer-Betätigungsventils 44 oder 45 von den Federn 37 und 38 in seine neutrale Lage zurückgeführt wird. Dies führt dazu, daß die Bewegung des Hauptschiebers 12 oder 13 so angehalten wird, daß der Schieber in der geforderten Lage gehalten wird, zu der er dank der Strömungsmittel drücke hin bewegt wurde, die auf die beiden Enden des Schiebers einwirken.
In der Praxis wird der Strom des Steuer-Betätigungsventils auf eine komplexe Weise durch die Steuerschaltung gesteuert, um optimale dynamische Eigenschaften und Eigenschaften der Lagesteuerung zu erhalten, und dieses, um den Hauptschieber 12 oder 13 rasch in die geforderte Lage zu bewegen, und um den Schieber genau in dieser Lage so lange wie nötig zurückzuhalten. Dies kann in der Praxis die Erregung der Spule 35 durch einen geringen Strom unter Servo-Steuerung selbst dann erfordern, wenn die Bewegung des Hauptschiebers 12 oder 13 nicht gefordert ist, um geringe Strömungsmittelströme durch das Steuer-Betätigungsventil 44 oder 45 bereitzustellen, um einen Ausgleich für Strömungsmittelleckage zu bilden, um den Hauptschieber 12 oder 13 in dieser Lage zu halten, in die er bewegt wurde. Jeder elektrische Strom jedoch, der erforderlich ist, um den Hauptschieber in seiner Lage zu halten, wird sehr gering sein und wird den insgesamt niedrigen elektrischen Stromverbrauch der Steuerschaltung nicht nachteilig beeinträchtigen, der genau die Lage des Hauptschieberventils 12 oder 13 mittels des Lagefühlers 23 oder 24 ständig überwacht und den elektrischen Strom zur Spule 35 hin ständig so steuert, daß die geforderte, rückgekoppelte Regelung der Lage des Hauptschiebers bereitgestellt ist.
Da die sich bewegende Spule 35 und der Schieber 36, an dem sie befestigt ist, im Leichtbau ausgeführt sind, hat die Spule 35 einen niedrigen Stromverbrauch und die Steuerschaltung erfordert nur niedrige Leistung und demnach niedrige Kostenkomponenten. Ferner ist die Bewegung des Schiebers 36 mit hoher Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einem angelegten Strom und der Servo-Steuerung möglich, und eine rasche Umkehr der Schieberbewegung kann durch eine Umkehr des Stromes in der Spule 35 bewirkt werden, um den Schieber 36 zu veranlassen, sich in der Gegenrichtung zu bewegen. Somit kann nicht nur die Zufuhr von Strömungsmittel aus der Pumpe zu den Hauptschiebern 12 oder 13 und dementsprechend das Ablassen von Strömungsmitteln aus den Hauptschiebern 12 oder 13 zum Tank hin rasch gesteuert werden, um für eine genaue dynamische Steuerung der Lage des Hauptschiebers in Abhängigkeit vom Lage-Rückkopplungssignal zu sorgen, sondern auch die Steuerung des Kolbens 6 der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung 7 kann mit Ansprechzeiten bewirkt werden, die ausreichend sind, um die in hohem Maße vorteilhafte Steuerung der Last auf eine Weise zu ermöglichen, die bisher mit bekannten Steueranordnungen nicht möglich war. Wenn beispielsweise die Bewegung der Last gesperrt ist, wie dann, wenn der Kübel eines Schaufelladers bzw. einer Ausschachteinrichtung auf ein Hindernis trifft, dann kann ein geeignetes Druckentlastungssignal, das durch Erfassen einer Druck-Überlast von einem der Druckfühler 26 und 27 ausgelöst wurde, den Betrieb des geeigneten Steuer-Betätigungsventils 44 oder 45 verursachen, um einen der Hauptschieber 12 und 13 zum Tank hin rasch zu öffnen, um den Druck in der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung auf eine solche Weise zu senken, daß ein Schaden infolge Überdrucks vermieden wird. Eine solche Druckentlastung erfolgt besonders rasch infolge des äußerst schnellem, dynamischen Ansprechverhaltens der Steuer-Betätigungsventile 44 und 45. Andere Steuermerkmale, die vom äußerst schnellen, dynamischen Ansprechverhalten der Steuer- Betätigungsventile 44 und 45 und der Servo-Steuerung ermöglicht werden, werden weiter unten erläutert.
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen; die vollständige Steuerventilanordnung weist beispielsweise eine Reihe von zwei Ventilabschnitten 50 und 51 mit der allgemeinen, beschriebenen Form auf, von denen eine jede eine erste Betätigungsöffnung 4 und eine zweite Betätigungsöffnung 5 zum Anschluß an eine jeweilige, durch Strömungsmitteldruck betätigte Einrichtung (nicht gezeigt) aufweist, sowie einen Endabschnitt 52, der an die zwei Ventilabschnitte 50 und 51 angeschlossen ist und eine Pumpenöffnung 53 sowie eine Tanköffnung 54 aufweist. Der Endabschnitt 52 dient zum Steuern des Einspeisungsdrucks an hydraulischem Strömungsmittel von einer festen Verdrängungspumpe (nicht gezeigt) her, die an die Pumpenöffnung 53 angeschlossen ist, und zwar in Abhängigkeit von Anforderungssignalen, die eine Aussage über den Bedarf an Strömungsmittel liefern, das den Ventilabschnitten 50 und 51 zuzuführen ist, um sicherzustellen, daß Strömungsmittel nur dann zugeführt wird, wenn es erforderlich ist, und um die Pumpe in Bereitschaft zu versetzen, wenn keine Anforderung für Strömungsmittelzufuhr zu den Ventilabschnitten 50 und 51 vorliegt. Während der Betätigung durch eine Bedienungsperson wird das Druckentlastungsventil 25, das in Fig. 1 gezeigt ist, in Abhängigkeit von Lastdrücken gesteuert, die von den Druckfühlern 26 und 27 erfaßt werden, um den Druck an Strömungsmittel, das der Pumpe so zugeführt wird, so zu steuern, daß er den höchsten Lastendruck, der erfaßt wurde, um ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Wenn keine Drucklast erfaßt wird, lenkt das Druckentlastungsventil 25 das Strömungsmittel unter niedrigem Nenndruck zum Tank zurück. Dort, wo eine Pumpe mit variabler Verdrängung vorgesehen ist, kann das Ventil 25 auch so ausgebildet sein, daß es die Bewegungssteuerung der Pumpe auf eine solche Weise steuert, daß die Zufuhr von Strömungsmittel in Übereinstimmung mit den Anforderungen des Systems sichergestellt ist. Obwohl der Einfachheit halber nur zwei Ventilabschnitte 50 und 51 in der Fig. 3 gezeigt sind, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß eine Reihe von vier bis zehn Ventilabschnitten eher wahrscheinlich ist, in einer praktischen Ausführungsform vorgesehen zu werden.
Ferner ist ein Steuerrechner 55 elektrisch an die Ventilabschnitte 51 und 52 und an einen Steuerknüppel 56 durch ein Reihen-Fernmeldenetz angeschlossen, um die Betätigung des Steuerknüppels 56 durch die Bedienungsperson zu überwachen und um den Ventilabschnitten 50 und 51 Anforderungssignale für Druck (P) oder Strömung (Q) zuzuführen, sowie Druck-Strömungs-(P-Q)-Auswählsignale. Zusätzlich dient der Steuerrechner 55 dazu, anfangs festgesetzte Daten den Ventilabschnitten 50 und 51 zuzuführen, und zwar bei der anfänglichen Programmierung unter Verwendung eines mit einem Stecker angeschlossenen Programmierers 57 und dazu, eine Fehlerüberwachung der Ventilabschnitte 50 und 51 durchzuführen. Falls erforderlich, kann eine zeitweilige Verbindung mit den Ventilabschnitten 50 und 51 einer mit Stecker anschließbaren Antriebseinrichtung 58 vorgesehen sein, um für einen Notbetrieb der Ventilabschnitte 50 und 51 zu sorgen. Wenn erforderlich, kann auch eine Gesundheits-Überwachungsanzeige 59 an die Steuereinheit 55 angeschlossen werden, um den korrekten Betrieb der Ventilabschnitte 50 und 51 anzugeben.
Die Art und Weise, in der der Steuerrechner 55 verwendet wird, um die Ventilabschnitte 50 und 51 zu steuern, wird nun kurz unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, daß die Steuerlogik zum Durchführen der Steuerfunktionen, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben ist, in die Ventilabschnitte 50 und 51 selbst miteinbezogen ist und nicht in den Steuerrechner 55, der dazu dient, die gesamte Systemsteuerung vorzusehen. Der Steuerrechner 55 liefert ein Druck-Strömungs-(P-Q)-Auswählsignal an jeden Ventilabschnitt, und eine Auswahl wird von einer Wähleinrichtung in jedem Ventilabschnitt in Abhängigkeit von diesem Signal vorgenommen, ob die Drucksteuerung oder Strömungssteuerung bewirkt werden soll.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen; es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der spezielle Steuerbetrieb, in dem die strömungsmittelbetätigte Vorrichtung gesteuert werden soll, von der Form des ausgewählten Signals bestimmt wird, das vom Steuerrechner in Abhängigkeit vom Anforderungssignal zugeführt wird, das durch Betätigung des Steuerknüppels durch die Bedienungsperson und/oder Steuerbetrieb-Wählknöpfe oder Schalter zugeführt wird, wie durch die Steuerbetrieb-Wiederholungsschleife 80 in der Figur angegeben. Wenn die Betriebsart der Strömungssteuerung gewählt ist, dann wird ein Strömungs-Anforderungssignal QDEM einer Wähleinrichtung 81 zugeführt, die die geforderte Richtung des Strömungsmittelstroms zur strömungsmittelbetätigten Vorrichtung hin bestimmt, d. h.. ob die Strömung zur Öffnung A oder zur Öffnung B hin erfolgt. Falls eine Nullströmung gefordert ist, wird die Steuerung so bewirkt, daß die beiden Hauptschieber in ihren Neutrallagen gehalten werden. Falls eine Strömung zur Öffnung A hin gefordert ist, bestimmt eine weitere Wähleinrichtung 82, ob der Druck in der Öffnung A größer oder kleiner ist als der Druck in der Öffnung B, d. h., ob die zu behandelnde Last eine passive Last oder eine Überlast ist. Im Fall einer passiven Last wird der geforderte Durchflußquerschnitt a des Schieberventils zum Steuern der Strömung zur Öffnung A hin an der Stelle 83 dadurch berechnet, daß man das Strömungs-Anforderungssignal QDEM durch den Wert (PS-PA) und eine Proportionalitätskonstante teilt. Ein stromabwärts gelegener Nenn- Gegendruck, der an der Öffnung B anzulegen ist, wird bei 84 festgestellt, und die geforderten Lagen der beiden Schieber werden dann an der Stelle 85 dadurch gesteuert, daß man Steuersignale zum Steuer-Betätigungsventil des stromaufwärts gelegenen Schieberventils zuführt, um den geforderten Durchströmungsquerschnitt a einzustellen, und daß man Steuersignale zum Steuer-Betätigungsventil des stromabwärts gelegenen Schieberventils zuführt, um den stromabwärts gelegenen Gegendruck bei einem vorbestimmten Niveau zu halten.
Im Fall einer Überlast wird der geforderte Durchfluß-Querschnitt a des Schieberventils zum Steuern der Strömung durch die Öffnung B an der Stelle 86 dadurch gesteuert, daß man das Strömungs-Anforderungssignal QDEM durch den Wert (PB-PT) und die Proportionalitätskonstante teilt (wobei PT der gemessene Tankdruck oder dort der angenommene Tankdruck ist, wo kein Tankfühler vorgesehen ist), und die Steuerung der Füllung der stromaufwärts gelegenen Seite des Kolbens der strömüngsmittelbetätigten Vorrichtung über die Öffnung A wird bei 87 so eingestellt, daß die Steuerung der geforderten Lagen der beiden Schieber bei 88 für die gesteuerte, dosierte Abgabe von Strömungsmittel aus der Öffnung B durch eine geeignete Einstellung des Durchfluß- Querschnitts a des stromabwärts gelegenen Ventils und die gesteuerte Füllung über die Öffnung A unter Steuerung des stromaufwärts gelegenen Ventils erfolgt. Angesichts der Fähigkeit der Steuer-Betätigungsventile, rasch zwischen der Zufuhr von Strömungsmittel in einer Richtung zu den Hauptschieberventilen und der Zufuhr von Strömungsmittel in der Gegenrichtung umzuschalten, ermöglicht eine solche Steueranordnung das diskontinuierliche Umschalten vom Zustand mit passiver Last zu einem Zustand mit Überlast, wie wenn etwa ein Hubarm eines Erdbewegungsfahrzeugs durch die strömungsmittelbetätigte Vorrichtung über eine übermittige Lage so geschwenkt wird, daß die Richtung, in der Schwerkraft auf die Last einwirkt, die selbe Richtung ist wie die Kolbenbewegung, statt in der Gegenrichtung, wie es vorher der Fall war, bevor die übermittige Lage erreicht wurde. Die Anordnung eines Tankfühlers ermöglicht die genauere Steuerung im Fall einer Überlast und verhindert alle Diskontinuitäten der Steuerung.
Wenn die Wähleinrichtung 81 bestimmt, daß die geforderte Richtung des Strömungsmittelstroms zur Öffnung B der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung verläuft, dann wird eine zu den bereits beschriebenen Schritten gleichartige Reihe von Steuerschritten ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Steuerung in Zuordnung zu den Öffnungen A und B so umgekehrt wird, daß die Berechnungen das gemessene Drucksignal PB anstelle von PA nutzen und umgekehrt. In jedem Fall werden die Schieberlagen ständig von den Lagefühlern überwacht, und die Signale, die den Steuer-Betätigungsventilen zugeführt werden, werden geändert, wie es in Abhängigkeit von den Lage-Rückkopplungssignalen von den Lagefühlern her gefordert ist.
Falls diese Drucksteuerung gewählt wird, werden die Drücke, die an den beiden Öffnungen A und B der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung angelegt werden, in Abhängigkeit von der Bewegung des Steuerknüppels durch die Bedienungsperson so gesteuert, daß die Steuerknüppelbewegung die Änderungsgeschwindigkeit des Drucks (Größe und Richtung) bestimmt, die auf die Last aufgebracht wird, und, falls die Bewegung des Steuerknüppels angehalten wird, keine weitere Druckänderung an die Last aufgebracht wird. Anfangs wird die Druckanforderung an der Stelle 89 vom Steuerknüppel-Eingabesignal her berechnet. Eine Wähleinrichtung 90 bestimmt dann, ob die Druckanforderung die Anlegung des Druckes an die Öffnung A oder die Öffnung B erfordert. Wenn die Druckanforderung null ist, dann werden die beiden Öffnungsdrücke auf einen Nennwert eingestellt. Wenn die Druckanforderung die Anlegung von Druck an die Öffnung A erfordert, bestimmt eine Wähleinrichtung 91 zunächst, ob ein oszillierender Druck an den Kolben angelegt werden soll oder nicht, um beispielsweise die Last vibrieren zu lassen, wenn ein Verdichtungsbetrieb ausgewählt wurde. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Auswahl wird der geforderte Druck an der Öffnung A so eingestellt, daß der angeforderte Druck und der erforderliche Druck an der Öffnung B bei 92 auf einen Wert eingestellt wird, und die für die Steuer- Betätigungsventile der beiden Schieberventile angeforderten Steuersignale werden bei 93 angelegt, um die Lagen der Hauptschieber schrittweise in Abhängigkeit von den Lage- Rückkopplungssignalen zu steuern, um die geforderten Drücke in den Öffnungen A und B festzusetzen.
Falls die Druckanforderung das Anlegen von Druck an der Öffnung B erfordert, wird eine gleichartige Folge von Steuerschritten bewirkt, mit Ausnahme, daß der Anforderungsdruck an der Öffnung B angelegt und der Druck in der Öffnung A auf einen Nennwert eingestellt wird, d. h., einen vorbestimmten Druck über dem gemessenen oder angenommenen Tankdruck. Falls der Verdichtungsbetrieb gewählt wird, wird ein Anforderungsdruck, der sich sinuswellenartig ändert, zum grundlegenden Anforderungsdruck so hinzuaddiert, daß die Last durch die sich ergebende Drucksteuerung in Vibration versetzt wird.
Die Betriebsart der Drucksteuerung kann mit Vorteil in verschiedenartigen Betriebsbedingungen benutzt werden. Wenn man beispielsweise eine Last anhebt, kann die Betriebsart der Drucksteuerung ausgelöst werden, um für einen ständigen Druck- Lastausgleich zu sorgen und es somit zu ermöglichen, daß die Last von Hand mit der Aufbringung geringer Drücke gehandhabt wird. Wenn ferner die Last beispielsweise ein Grabarm ist, der einen Kübel trägt, um durch den Boden zu graben, kann der aufgebrachte Druck so gesteuert werden, daß, falls der Kübel gegen ein Hindernis stößt, wie etwa eine unter dem Boden befindliche Einrichtung, eine vorbestimmte Druckgrenze nicht überschritten wird und es keine Gefahr der Beschädigung der unter dem Boden angeordneten Einrichtung durch Aufbringung des übermäßigen Drucks gibt.
Wenn ein Schwebebetrieb von der Bedienungsperson durch Betätigung eines speziellen Schalters gewählt wird, werden beide Hauptschieber bei 94 so gesteuert, daß sie beide Seiten des Kolbens der strömungsmittelbetriebenen Vorrichtung zum Tank hin öffnen, um die freischwimmende Bewegung des Kolbens und jeder an diesen angekoppelten Last ermöglichen.
Während die oben beschriebene Ventilanordnung ein erstes und zweites Schieberventil 2 und 3 zum Steuern des Strömungsmittelstromes zu der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung hin und von dieser her benutzt, benutzt eine andere, nicht-dargestellte Ventilanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Paar Tellerventile anstelle eines jeden solchen Schieberventils zum Steuern des Strömungsmittelstromes zur Vorrichtung hin von der Pumpe her über die zugeordnete Betätigungsöffnung bzw. des Strömungsmittelstromes von der Vorrichtung her zum Tank hin über die Betätigungsöffnung. In jedem Fall wird das Paar Tellerventile, die jeder Betätigungsöffnung zugeordnet sind, von Steuer- Betätigungsventilen gesteuert, um für die erforderlichen Strömungsmittelströme in den verschiedenartigen Steuer-Betriebsarten zu sorgen. Ferner kann jedes Steuer- Betätigungsventil seinerseits ein Paar Tellerventile umfassen, um die Strömungsmittelströme zum Hauptventil oder zu den Hauptventilen hin und von diesem bzw. diesen her in Abhängigkeit von der Betätigung der beweglichen Spule mit elektrischem Strom zu steuern.

Claims

1. Elektrohydraulische, proportionale Steuerventilanordnung (1) zum Steuern einer von einem in zwei Richtungen strömenden Strömungsmittel betätigten Vorrichtung (7), mit einer ersten und zweiten Öffnung sowie einem beweglichen Teil (6), das zwischen der ersten und zweiten Öffnung so angeordnet ist, daß auf gegenüberliegende Seiten von einem Strömungsmittel eingewirkt wird, das der ersten Öffnung zugeführt wird, sowie einem Strömungsmittel, das der zweiten Öffnung zugeführt wird, wobei die Ventilanordnung eine erste Betätigungsöffnung (4) für einen in zwei Richtungen erfolgenden Strömungsmittelstrom zwischen der Ventilanordnung und der ersten Öffnung der strömungsmittelbetätigen Vorrichtung (7), eine zweite Betätigungsöffnung (5) für einen in zwei Richtungen erfolgenden Strömungsmittelstrom zwischen der Ventilanordnung und der zweiten Öffnung der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung (7), eine Pumpenöffnung (15, 16) für eine Strömungsmittelstromeingabe zur Ventilanordnung von einer hydraulischen Pumpe (17) her und eine Tanköffnung (18, 19) für die Strömungsmittelausgabe von der Ventilanordnung her zu einem hydraulischen Tank (20), wobei die Ventilanordnung erste Ventilmittel (2), die mit der ersten Betätigungsöffnung (4), der Pumpenöffnung (15) und der Tanköffnung (18) verbunden sind, um Richtung und Durchsatz eines Strömungsmittelstromes zwischen der ersten Betätigungsöffnung (4) und der Pumpöffnung (15) zu steuern, sowie zwischen der ersten Betätigungsöffnung (4) und der Tanköffnung (18) angeschlossen sind, sowie zweite Ventilmittel (3) aufweist, die an die zweite Betätigungsöffnung (5), die Pumpenöffnung (16) und die Tanköffnung (19) angeschlossen sind, um Richtung und Durchsatz des Strömungsmittelstromes zwischen der zweiten Betätigungsöffnung (5) und der Pumpenöffnung (16) sowie zwischen der zweiten Betätigungsöffnung (5) und der Tanköffnung (19) zu steuern, die ersten Ventilmittel (2) mindestens ein erstes Ventilteil (12) aufweisen, das beweglich ist, um den durchströmten Querschnitt für den Strömungsmittelstrom zwischen der ersten Betätigungs-öffnung (4) und der Pumpen- oder Tanköffnung (15 oder 18) zu ändern, und die zweiten Ventilmittel (3) mindestens ein zweites Ventilteil (13) aufweisen, das unabhängig von der Bewegung des ersten Ventilteils bzw. der ersten Ventilteile (12) beweglich ist, um den durchströmten Querschnitt für den Strömungsmittelstrom zwischen der zweiten Betätigungsöffnung (5) und der Pumpen- oder Tanköffnung (16 oder 19) zu ändern, Lage-Fühlmittel (23, 24), um elektrische Lagesignale zu liefern, die eine Aussage über die tatsächlichen Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12 und 13) liefern. Druckfühlmittel (26, 27 und 28) zum Zuführen elektrischer Drucksignale, die eine Aussage über die Strömungsmitteldrucke in der ersten und zweiten Betätigungsöffnung (4 und 5) sowie der Pumpenöffnung (15, 16) liefern, und Servo-Steuermittel zum Steuern der Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12 und 13) in Abhängigkeit von den elektrischen Lage- und Drucksignalen und auf ein elektrisches Anforderungssignal hin, das auf dem Betätigung durch eine Bedienungsperson hin vorgesehen ist, um die durchströmten Querschnitte für den Strömungsmittelstrom durch die ersten und zweiten Ventilmittel (2 und 3) zwischen der ersten Betätigungsöffnung (4) und der Pumpen- oder Tanköffnung (15 oder 18) sowie zwischen der zweiten Betätigungsöffnung (5) und der Pumpen- oder Tanköffnung (16 oder 19) einzustellen, um die geforderte Steuerung des beweglichen Teils (6) der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung (7) zu bewirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, worin das erste und zweite Ventilteil (12 und 13) Schieber sind, die axial verlagerbar sind, um den durchströmten Querschnitt für die Strömungsmittelströmung zwischen jeder Betätigungs-Öffnung und der Pumpen- oder Tanköffnung zu ändern.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Servo-Steuermittel elektrisch betreibbare Steuerventilmittel (44, 45) aufweisen, um die Lage eines jeden der Ventilteile (12, 13) durch Aufbringen einer gesteuerten Versetzungsströmung eines Steuerströmungsmittels zu einem Teil des Ventilteiles hin zu steuern, während gleichzeitig Steuerströmungsmittel von einem anderen Teil des Ventilteils gesteuert abgelassen wird, was ausreicht, um das Ventilteil in einer ersten Betriebsart in eine geforderte Lage zu bewegen, und durch nachfolgendes Unterbrechen des genannten Versetzungsstromes des Steuerströmungsmittels zum Ventilteil hin und des Ablassens des Steuerströmungsmittels, um in einer zweiten Betriebsart das Ventilteil in der geforderten Lage zu halten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, worin die Steuerventilmittel ein erstes Steuerventil (44) zum Bewirken der axialen Bewegung des ersten Ventilteils (12) in beiden Richtungen sowie ein zweites Steuerventil (45) zum Bewirken der axialen Bewegung des zweiten Ventilteils (13) in beiden Richtungen unabhängig von der Bewegung des ersten Ventilteils (12) aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, worin jedes Steuerventil eine Betätigungs-spule (35), die durch Anlegen eines elektrischen Betätigungsstroms an der Spule relativ zu einer magnetischen Schablone (40) beweglich ist, und ein Ventilelement (36) aufweist, das durch die Spule bewegt werden kann, um gleichzeitig das Aufbringen von Steuerströmungsmitteln zum einen Teil des Ventilteils und das Ablassen von Steuerströmungsmitteln vom anderen Teil des Ventilteils zu steuern.

6. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 3, 4 oder 5, worin eine Steuerdruck- Reguliereinrichtung (14) vorgesehen ist, um den Druck des Strömungsmittels einzuregulieren, das den genannten Steuerventilmitteln (44, 45) zugeführt wird, um den letztgenannten Druck im wesentlichen konstant zu halten.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Servo-Steuermittel elektrisch betreibbare Steuerventilmittel (44, 45) umfassen, um die Lage eines jeden der Ventilteile (12, 13) zu steuern, und worin eine Steuerdruck-Reguliereinheit (14) vorgesehen ist, um den Druck des Strömungsmittels einzuregulieren, das den Steuerventilmitteln (44, 45) zugeführt wird, um den letztgenannten Druck im wesentlichen konstant zu halten.

8. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Servo-Steuermittel in einer Drucksteuer-Betriebsart betreibbar sind, um die Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12 und 13) auf ein von einer Bedienungsperson betätigtes elektrisches Druckanforderungssignal hin zu steuern, das einem geforderten Lastdruck entspricht, um einen gesteuerten Strömungsmittelstrom an eine der Betätigungsöffnungen (4 oder 5) und das gesteuerte Ablassen von Strömungsmittel aus der anderen Betätigungsöffnung (5 oder 4) zu veranlassen, um eine Druckdifferenz über die strömungsmittelbetätigte Vorrichtung (7) hinweg zu erzeugen, die dem geforderten Lastdruck entspricht.

9. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Servo-Steuermittel in einer Schwebe-Betriebsart betreibbar sind, um die Lagen des ersten und zweiten Ventil teils (12 und 13) auf ein von einer Bedienungs-person betätigtes, elektrisches Schwebe- Anforderungssignal zu steuern, um Strömungsmittel aus beiden Betätigungsöffnungen (4 und 5) abzulassen, um die freie Schwebebewegung einer Last zu ermöglichen, die mit der strömungsmittelbetätigten Vorrichtung (7) gekoppelt ist.

10. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Servo-Steuermittel in einer Verdichtungs-Betriebsart zum Steuern der Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12 und 13) auf ein von einer Bedienungs-person betätigtes, elektrisches Verdichtungs- Anforderungssignal hin betreibbar sind, um rasch die Richtung des Strömungsmittelstromes zu den Betätigungsöffnungen (4 und 5) zu ändern, um eine Last vibrieren zu lassen, die an die strömungsmittelbetätigte Vorrichtung (7) angekoppelt ist.

11. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Servo-Steuermittel in einer Druckentlastungs-Betriebsart zum Steuern der Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12 und 13) auf ein elektrisches Druckentlastungssignal hin betreibbar sind, das dadurch ausgelöst wird, daß eine Druck-Überlast in einer der Betätigungsöffnungen (4, 5) von den Druckfühlmitteln (26, 27) erfaßt wird, um für das gesteuerte Ablassen von Strömungsmittel aus der einen Betätigungsöffnung zu sorgen, um den Druck zu entlasten.

12. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Druckfühlmittel einen ersten Druckfühler (26) zum Zuführen eines ersten elektrischen Drucksignals aufweisen, das eine Aussage über den Strömungs-mitteldruck in der ersten Betätigungsöffnung (4) gibt, einen zweiten Druckfühler (27) zum Zuführen eines zweiten elektrischen Drucksignals, das eine Aussage über den Strömungsmitteldruck in der zweiten Betätigungsöffnung (5) gibt, einen dritten Druckfühler (28) zum Liefern eines dritten elektrischen Drucksignals, das eine Aussage über den Strömungsmitteldruck in der Pump-öffnung (15, 16) gibt, und einen vierten Druckfühler (29) zum Liefern eines vierten elektrischen Drucksignals, das eine Aussage über den Strömungs-mitteldruck in der Tanköffnung (18, 19) gibt, und worin die Servo-Steuermittel dazu eingerichtet sind, die Lagen des ersten und zweiten Ventilteils (12, 13) in Abhängigkeit vom ersten, zweiten, dritten und vierten elektrischen Drucksignal zu steuern.

13. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin ein Steuerrechner (55) vorgesehen ist, um die durch eine Bedienungsperson betätigten, elektrischen Anforderungssignale zu überwachen und um für eine gesamte Funktionssteuerung der Servo-Steuermittel in Abhängigkeit von den Anforderungssignalen zu sorgen.

14. Anordnung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, die einen modularen Aufbau aufweist und eine Reihenanordnung aus Ventileinheiten umfaßt, die zusammenmontiert sind und dazu eingerichtet sind, eine Vielzahl von Strömungsmitteldruck betätigten Vorrichtungen zu steuern.