DE69526574T2 - Hydraulische einheit - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydraulische Funktionseinheit mit einem Hauptgehäuse und mit mindestens einem beweglichen Funktionselement, dessen Position und/oder Bewegung im Hauptgehäuse Strömungs- und/oder Druckbedingungen und/oder Kammervolumina für Hydraulikflüssigkeit bestimmt, und mit mindestens einem Sensor.
• Als hydraulisches Funktionseinheiten kommen beispielsweise Ventile, insbesondere Proportionalventile, in Betracht, bei denen das Funktionselement durch das Ventilglied, einen Hauptschieber oder einen Kompensationsschieber gebildet wird. Hierbei erfolgt die Steuerung der Bewegung oder der Position mindestens eines Funktionselements vielfach von außen, unter Umständen aber nur indirekt. Die Funktionseinheit kann aber auch als Betätigungseinheit, beispielsweise als Kolben-Zylinder- Einheit, ausgebildet sein. Das Funktionselement, der Kolben, wird hier durch die Hydraulikflüssigkeit verschoben.
• Aus US 4 796 661 ist es bekannt, einen Drucksensor in ein proportionales elektro-hydraulisches Drucksteuerventil einzubauen, wobei der Sensor ein elektrisches Ausgangssignal ausgibt, das verwendet werden kann, um numerisch den gesteuerten Druck anzuzeigen oder eine Regelung des Stromes eines Magneten zu bewirken, der seinerseits wiederum für die Stellung des Ventilgliedes im Ventilgehäuse verantwortlich ist.
• Ferner ist es durch eine elektronische Load-Sensing- Anlage "E. LS. A." der Barmag AG, Remscheid, bekannt, einen Ventilblock, der elektrisch angesteuerte proportionale Wegeventile aufweist, mit Drucksensoren auszurüsten, die die Druckdifferenz zwischen Pumpenförderstrom und höchster aktiver Last ermitteln.
• Auch aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 41 848 ist es bekannt, in einem gesteuerten Proportionalventil einen Drucksensor zu verwenden, der den höchsten Lastdruck in ein elektrisches Spannungssignal umwandelt.
• Der Einbau von Sensoren in die Funktionseinheit ist nicht immer problemlos. In der Regel müssen nicht nur zusätzliche Bohrungen angebracht werden, durch die die Hydraulikflüssigkeit bis an oder in die Nähe des Sensors gelangen kann. Vielmehr müssen auch Aufnahmemöglichkeiten für die Sensoren geschaffen werden, die nicht nur so ausgebildet sein müssen, daß der Sensor Platz findet. Der Sensor muß in der Regel auch dagegen gesichert werden, daß er aus dem Gehäuse unter dem Einfluß des hydraulischen Drucks wieder herausgedrückt wird. Andererseits sind die Sensoren in vielen Fällen empfindlich gegenüber Beschädigungen. Derartige Beschädigungen können jedoch bei der Zusammensetzung der Funktionseinheit, d. h. beim Einbau des Sensors in die Funktionseinheit, leicht auftreten.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Aufbau einer Funktionseinheit mit mehreren Sensoren zu vereinfachen.
• Diese Aufgabe wird bei einer Funktionseinheit der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils vom Anspruch 1 gelöst.
• Durch diesen Aufbau wird die Funktionseinheit in mehrere Abschnitte aufgeteilt. Ein Abschnitt, der im wesentlichen durch das Hauptgehäuse mit den darin aufgenommenen Teilen gebildet ist, dient lediglich zur Realisierung der Funktion der Funktionseinheit. Dieser Abschnitt muß sich nicht wesentlich von einer herkömmlichen Funktionseinheit ohne Sensoren unterscheiden. Der andere Abschnitt, der im wesentlichen durch das Sensorgehäuse und die darin aufgenommenen Teile gebildet ist, dient dazu, die benötigten Meßwerte in der Funktionseinheit zu ermitteln. Beide Teile können getrennt voneinander gefertigt werden. Da die Sensoren im Sensorgehäuse aufgenommen sind, sind sie darin auch geschützt. Das Sensorgehäuse kann als Einheit problemlos transportiert und gehandhabt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die darin aufgenommenen Sensoren beim Transport oder bei der Fertigung, d. h. beim Zusammensetzen der Funktionseinheit, beschädigt werden. Da das Sensorgehäuse über eine Schnittstellenfläche am Hauptgehäuse anliegt, läßt sich über diese Schnittstellenfläche hinweg, insbesondere durch den erwähnten Übertragungskanal, eine Übermittlung der physikalischen Größe, die gemessen werden soll, an den Sensor erreichen, ohne daß der Sensor bis in das Hauptgehäuse hineinragen muß. Diese Möglichkeit ist zwar nicht ausgeschlossen, insbesondere dann nicht, wenn ein Wegmesser als Sensor zum Einsatz kommt. In diesem Fall können durchaus mechanische Übertragungsmittel in dem Übertragungskanal aufgenommen sein, wie z. B. ein Stößel oder ähnliches. Die Schnittstellenfläche läßt sich relativ leicht abdichten, so daß durch die äußere Anordnung des Sensors oder der Sensoren keine Leckageprobleme auftreten. Der mechanische Aufbau der Funktionseinheit wird hierdurch ganz erheblich vereinfacht. Der Übertragungskanal läßt sich relativ leicht fertigen.
• Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Übertragungskanal im wesentlichen senkrecht zur Schnittstellenfläche verläuft. In diesem Fall kann er beispielsweise durch eine Bohrung erzeugt werden. Er kann aber auch bereits beim Herstellen des Hauptgehäuses, beispielsweise durch Gießen, vorgesehen sein.
• Vorzugsweise ist der Sensor von der Schnittstellenfläche her in das Sensorgehäuse eingesetzt. Der Übertragungskanal ist hierzu beispielsweise als Sackbohrung ausgebildet. Drücke der Hydraulikflüssigkeit, die auf den Sensor wirken, pressen ihn nur tiefer in das Sensorgehäuse hinein, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Sensor aus dem Gehäuse herausgedrückt wird.
• Vorzugsweise sind mehrere Übertragungskanäle vorgesehen, von denen mindestens einer anstelle des oder zusätzlich zum Sensor ein Betätigungselement zum Beeinflussen der Position des Funktionselements aufnimmt. Parallel zu dem oder den Sensoren können natürlich auch die entsprechenden Betätigungselemente, beispielsweise Magnete, für die Einstellung der Position des Funktionselements, beispielsweise eines Schiebers, vorgesehen sein. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn am oder im Sensorgehäuse eine Steuereinrichtung angeordnet ist, die nach einer Auswertung der Ausgangssignale des oder der Sensoren die entsprechenden Betätigungssignale für die Bewegung des Funktionselements erzeugt. Wenn im folgenden von Sensoren die Rede ist, kann statt des Sensors auch ein Betätigungselement gemeint sein, wenn dies sinnvoll ist, ohne daß dies erwähnt werden wird.
• Vorzugsweise sind mehrere Übertragungskanäle vorgesehen, von denen mindestens einer blind im Sensorgehäuse endet. Man kann hierbei einen einzelnen Typ von Sensorgehäusen vorsehen, der eine Vielzahl von Übertragungskanälen aufweist. Je nach Anforderung müssen aber nicht alle Übertragungskanäle tatsächlich mit Sensoren bestückt werden. In vielen Fällen wird es ausreichen, nur einen oder einige wenige Übertragungskanäle mit Sensoren zu versehen. Die übrigen Übertragungskanäle bleiben frei, was jedoch die Funktion der Funktionseinheit nicht weiter stört, insbesondere dann nicht, wenn der Teil des Übertragungskanals, der blind im Sensorgehäuse endet, nicht in das Hauptgehäuse fortgeführt ist.
• Auch wenn ein sensorfreier Übertragungskanal bis in das Hauptgehäuse fortgeführt ist, muß keine mechanische Änderung, etwa keine andere Strömungsgeometrie, im Hauptgehäuse erzeugt werden, wenn in einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens ein Übertragungskanal mit einem in das Hauptgehäuse, insbesondere bis zum Meßort, hineinragenden Blindstopfen versehen ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, auch mit nur wenigen Hauptgehäusen auszukommen. Die Hauptgehäuse können so gestaltet werden, daß grundsätzlich an allen interessierenden Stellen Sensoren eingesetzt werden können. Stellt sich heraus, daß die Sensoren an allen Stellen gar nicht notwendig sind, kann man die Übertragungskanäle, genauer gesagt, die entsprechenden Abschnitte der Übertragungskanäle im Hauptgehäuse, wieder durch die Blindstopfen verschließen. Hierdurch erhält man eine große Flexibilität bei der Fertigung mit einer geringen Vorratshaltung und einem geringen konstruktiven Aufwand, weil ein Hauptgehäuse für eine Vielzahl von Möglichkeiten verwendbar ist.
• Auch ist bevorzugt, daß der Übertragungskanal im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Strömungspfades verläuft. In dieser Ausgestaltung besteht keine Gefahr, daß der Sensor bzw. das Sensorgehäuse mit dem Strömungspfad und den daran angeschlossenen Leitungen, die außen vom Hauptgehäuse wegführen, kollidieren wird.
• Auch ist bevorzugt, daß die Schnittstellenfläche im wesentlichen senkrecht zu einer Flanschfläche am Hauptgehäuse angeordnet ist. Über derartige Flanschflächen werden in vielen Fällen mehrere Funktionseinheiten, insbesondere mehrere Proportionalventile, gegebenenfalls mit weiteren Ventilen, nebeneinander aufgereiht.
• Durch das Sensorgehäuse wird diese Möglichkeit nicht beeinträchtigt, da die Schnittstellenfläche senkrecht zu der Flanschfläche angeordnet ist, das Sensorgehäuse also quer zu benachbarten Ventilen absteht.
• Vorzugsweise sind mindestens ein Basisabschnitt und ein Eingangsabschnitt vorgesehen, wobei jeder Abschnitt mindestens einen Sensor aufweist. Basisabschnitt und Eingangsabschnitt können damit getrennt voneinander überwacht werden.
• Auch ist bevorzugt, daß die Steuereinheit im Sensorgehäuse aufgenommen ist. Die Steuereinheit kann untere anderem auf der Basis der vom Sensor ermittelten physikalischen Größe die Stellung des Funktionselements verändern. Die Erfassung der physikalischen Größe, beispielsweise des Drucks, der Temperatur, des Durchflusses oder ähnliches läßt sich mit Hilfe eines Sensors relativ einfach gestalten. In den meisten Fällen wird ein derartiger Aufbau einfacher sein als die hydraulische Rückführung der entsprechenden Größe auf ein Betätigungsglied zum Verschieben des Funktionselements. Man kann auf diese Art und Weise bei gleichem mechanischen Aufbau eine Verbesserung des Steuerverhaltens erreichen oder bei gleichem Steuerverhalten den mechanischen Aufbau ganz beträchtlich vereinfachen.
• Insbesondere ist mindestens ein Sensor als Drucksensor, Durchflußmesser, Temperaturfühler, Positionssensor, Schmutzsensor oder Luftsensor ausgebildet, wobei im Fall von mehreren Sensoren eine Kombination eines Teils oder aller dieser Sensoren, gegebenenfalls mit mehreren Sensoren der gleichen Art, vorgesehen ist. Mit Hilfe des Drucksensors oder der Drucksensoren lassen sich Drücke in der Funktionseinheit erfassen. Bei der Verwendung von mehreren Drucksensoren lassen sich auch Druckdifferenzen über bestimmte Abschnitte des Strömungspfades zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Funktionseinheit erfassen. Der Durchflußmesser gibt Aufschluß über die durchfließende Menge an Hydraulikflüssigkeit, wobei hier gegebenenfalls auch die Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet werden kann. Der Temperaturfühler erfaßt die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit. In einigen Fällen beeinflußt die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit das Steuerverhalten der Funktionseinheit. Dies kann berücksichtigt werden. Außerdem kann mit Hilfe der Temperaturerfassung die Kühlleistung an die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit angepaßt werden, was zu einer deutlichen Energieeinsparung führen kann. Der Positionssensor kann die Stellung des Funktionselements, beispielsweise eines Schiebers erfassen. Er gestattet damit die Kontrolle der Position dieses Schiebers, was insbesondere dann von Bedeutung sein kann, wenn der Schieber über eine Fernbetätigung verstellt wird. Der Schmutzsensor gibt Auskunft über die Verschmutzung der Hydraulikflüssigkeit. Die Steuereinheit kann Warnungen ausgeben, wenn der Verschmutzungsgrad der Hydraulikflüssigkeit ein vorbestimmtes Maß übersteigt und die Flüssigkeit entsprechend ausgetauscht oder gereinigt werden müßte. In gleicher Weise kann der Luftsensor Aufschluß über die in der Hydraulikflüssigkeit enthaltene Luft und damit über die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit geben. Letztere beeinflußt die Wirkungen des hydraulischen Systems.
• Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks vor dem Funktionselement und einen Durchflußmesser auf, wobei die Steuereinheit einen Regelkreis enthält und eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die entweder das Ausgangssignal des Drucksensors oder das Ausgangssignal des Durchflußmessers oder beide in den Regelkreis einspeist. Wenn die Steuereinheit das Funktionselement, beispielsweise den Hauptschieber und den Kompensationsschieber eines Proportionalventils so steuert, daß ein konstanter Durchfluß im Hauptschieber entsteht, wird das Ventil ein Durchflußsteuerventil genannt. Wenn der Kompensationsschieber verwendet wird, um einen konstanten Druck vor dem Hauptschieber zu erzeugen, wird das Ventil ein Drucksteuerventil genannt. Die Entscheidung, welche Art von Ventil verwendet wird, hängt vom Anwendungsfall ab. Gelegentlich kann es aber von Vorteil sein, das Steuerverhalten eines derartigen Ventils kurzfristig ändern zu können, insbesondere bei experimentellen Aufbauten. In diesem Fall genügt ein einfaches Umschalten, um von einem Durchflußsteuerventil zu einem Drucksteuerventil und umgekehrt zu wechseln. Wenn sowohl der Drucksensor als auch der Durchflußmesser verwendet werden, kann die Steuereinheit auch eine Leistungssteuerung realisieren.
• Vorzugsweise ist anstelle des oder zusätzlich zum Durchflußmesser ein Positionssensor für das Funktionselement vorgesehen. Wenn die Funktionseinheit als Ventil und das Funktionselement als Hauptschieber ausgebildet ist, erlaubt die Position des Hauptschiebers eine Aussage über den wirksamen Querschnitt des Strömungspfades. Wenn dieser und gegebenenfalls der Druck bekannt sind, läßt sich hieraus die Durchflußmenge ermitteln. Die Verwendung eines Positionssensors ist in vielen Fällen einfacher als der Einbau eines Durchflußmessers, bei dem gelegentlich nicht auszuschließen ist, daß er das Strömungsverhalten der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit beeinflußt.
• Vorzugsweise weist die Steuereinheit einen Integrator zur Ermittlung der durchgeflossenen Menge an Hydraulikfluid auf. Das Ausgangssignal des Integrators erlaubt es, eine Aussage über die Bewegung bzw. den eingenommenen Zustand des Funktionselements oder eines über die Funktionseinheit gesteuerten Antriebsteiles, etwa einer Kolben-Zylinder-Anordnung oder eines hydraulischen Rotationsmotors, zu treffen.
• Vorteilhafterweise ist der Sensor mit einer nach außen geführten Signalschnittstelle verbunden. Das Ausgangssignal des Sensors steht damit nicht nur lokal für die lokale Steuereinheit zur Verfügung, es kann auch von außen abgegriffen werden, so daß Informationen über die jeweilige hydraulische Funktionseinheit auch in einem übergeordneten System zur Verfügung stehen. Wenn man hierzu eine Schnittstelle verwendet, an der die Ausgangssignale des Sensors in einer vorbestimmten Form zur Verfügung stehen, läßt sich eine vereinheitlichte Signalerfassung von mehreren Funktionseinheiten leicht durchführen. Insbesondere kann es hierbei von Vorteil sein, wenn die Signalform für alle Sensoren gleich ist. Natürlich können sich die Signalinhalte von Sensor zu Sensor unterscheiden. Hierbei kann man beispielsweise jedem Sensor eine Adresse zuordnen. Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit ist, jedem Sensor seiner Art entsprechend eine Kennzahl zuzuordnen.
• Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit mit der Signal-Schnittstelle verbunden. Die Sensoren können sowohl direkt als auch über die Steuereinheit mit der Signalschnittstelle verbunden sein. Die Verbindung über die Steuereinheit hat den Vorteil, daß die Steuereinheit gegebenenfalls eine Signalaufbereitung vornehmen kann. Durch die Verbindung der Steuereinheit mit der Signalschnittstelle lassen sich nicht nur Informationen über den Ist-Zustand der Funktionseinheit nach außen weitergeben, sondern auch Informationen über die von der Steuereinheit vorgenommenen Einstellungen oder ihre Ausgangssignale.
• Vorzugsweise ist die Signal-Schnittstelle mit einer Bus-Leitung verbindbar. Über eine derartige Bus-Leitung läßt sich die Datenübertragung auch dann relativ problemlos abwickeln, wenn mehrere Funktionseinheiten angeschlossen werden sollen.
• Bevorzugterweise ist eine System-Steuereinheit vorgesehen, die Signale von den Sensoren miteinander hydraulisch verbundener Funktionseinheiten und/oder deren Steuereinheiten erhält und die Ausgangssignale zum Steuern einer Druckquelle und/oder anderer Hilfseinrichtungen erzeugt. Hierdurch läßt sich mit relativ einfachen Mitteln nicht nur ein lokales Steuern der jeweiligen Funktionseinheit, z. B. ein Load-Sensing (Lastfühlen), realisieren, sondern auch ein globales oder systemweites Steuern, z. B. ein System-Load-Sensing, also die Einstellung des Lastdrucks in einem hydraulischen System. Beispielsweise kann der Pumpendruck elektronisch gesteuert werden, wobei ein derartiges elektronisches System sehr viel einfacher auf eine gewünschte Regelausbildung zu optimieren ist. Die elektronische Druckmessung ermöglicht eine Überwachung des Drucks in der Belastung, und zwar sowohl für die einzelne Funktionseinheit, z. B. das einzelne Proportionalventil, über die lokale Steuereinheit als auch für das gesamte System mit mehreren Funktionseinheiten, z. B. mehreren Proportionalventilen, und angeschlossenen Einheiten durch die System-Steuereinheit. Man kann damit in die Steuerung einzelner Ventile eingreifen und beispielsweise den Druck auf vorherbestimmte Grenzwerte begrenzen. Ebenfalls kann der mittlere Druck der Belastung berechnet werden, was zur Ermittlung des statischen mittleren Drucks der Belastung dient. Gegebenenfalls kann auch eine Kavitationsüberwachung von angeschlossenen hydraulischen Einheiten, beispielsweise eines angeschlossenen Hydraulikmotors, realisiert werden. Mit Hilfe der System-Steuereinheit kann auf einfache Weise eine übergeordnete Prioritätsregelung des Durchflusses, die verschiedene Ventilfunktionen aussteuern kann, ermöglicht werden. Hierdurch läßt sich eine optimale Ausnutzung der Kapazität der Pumpe realisieren und eine Überlastung eines angeschlossenen Antriebsmotors verhindern. Es ist auch möglich, die Tätigkeit des Bedienungspersonals zu überwachen, so daß gegebene Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsrampen eingehalten werden können. Auch kann eine bedienungsprogrammierte Ansteuerungscharakteristik, z. B. eine progressive Aussteuerung, eingeführt werden. Da die Sensoren elektronische Ausgangssignale abgeben, die entsprechend elektronisch weiterverarbeitet werden können, was eine höhere Geschwindigkeit zuläßt als die herkömmliche Verarbeitung von hydraulischen Signalen, lassen sich eine Vielzahl von weiteren Parametern berücksichtigen. Hierdurch läßt sich eine bessere Steuerung des Durchflusses und des Drucks realisieren oder eine Kompensierung von Störgrößen für geänderte Belastungsverhältnisse verwirklichen. Beispielsweise kann ein Algorithmus verwendet werden, der die momentanen Trägheits- und Reibungsverhältnisse bestimmt, die dann in eine oder mehrere Regelschleifen eingehen können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit mit in die Regelung einfließen kann. Auch läßt sich eine Dämpfung von Schwingungen im System erreichen, wenn in einem Regelkreis die Ansteuerung des Hauptschiebers und/oder des Kompensationsschiebers entsprechend gegenphasig erfolgt.
• Die Verwendung derartiger Funktionseinheiten in dem hydraulischen System hat den Vorteil, daß die Systemzustände, beispielsweise Drücke und Durchflußraten, die normalerweise mit getrennten Sensoren gemessen werden müßten, unmittelbar zur Verfügung stehen, und zwar genau an den Orten, wo sie beeinflußt werden bzw. entstehen. Dies vereinfacht nicht nur den Aufbau eines derartigen Systems ganz erheblich, es verbessert auch die Signalerfassung, weil die Signale unmittelbar dort erzeugt werden, wo die Beeinflussung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt. Die Sensoren sind dann in den einzelnen Funktionseinheiten sozusagen "versteckt". Zusätzliche externe Bauteile sind damit nicht mehr notwendig. Dadurch, daß die Sensoren in den einzelnen Funktionseinheiten aufgenommen sind, können die Signale von den Sensoren in den einzelnen Einheiten direkt in eine interne Regelung eingehen, und zwar aktiv. Gleichzeitig sind die gleichen Signale aber auf der Bus-Leitung vorhanden, um in eine Systemregelung einzugehen. Beispielsweise können die Zustände in einer Funktionseinheit berücksichtigt werden bei der Steuerung oder Regelung einer anderen Funktionseinheit. Hierdurch lassen sich gegenseitige Abhängigkeiten erzeugen, die mit herkömmlichen Systemen nicht oder nur mit großem Aufwand darstellbar waren.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer als Proportionalventil ausgebildeten Funktionseinheit,
• Fig. 2 den äußeren Aufbau einer als Proportionalventil ausgebildeten Funktionseinheit,
• Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Regelkreises
• und
• Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem hydraulischen System.
• Für die folgende Erläuterung wird als hydraulische Funktionseinheit beispielhaft ein Proportionalventil verwendet.
• Das hydraulische Proportionalventil 1, das in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt ist, weist ein Ventilgehäuse 2 und ein Sensorgehäuse 3 auf, die über eine Schnittstellenfläche 4 aneinander anliegen. Das Ventilgehäuse 2 bildet das "Hauptgehäuse".
• Im Ventilgehäuse 2 ist ein Hauptschieber 5 verschiebbar gelagert, wobei der Hauptschieber 5 von zwei Federn 6, 7 in entgegengesetzte Richtungen belastet ist, sowie durch einen Antrieb 8 verschiebbar ist. Der Hauptschieber 5 bildet hier das "Funktionselement".
• Ferner ist im Ventilgehäuse 2 ein Kompensationsschieber 9 vorgesehen, der durch eine Feder 10 in eine Richtung belastet ist und von einem Antrieb 11 in die entgegengesetzte Richtung. Darüber hinaus weist der Kompensationsschieber zwei Druckanschlüsse 12, 13 auf, deren Drücke den Kompensationsschieber ebenfalls in Bewegungsrichtung belasten. Der Kompensationsschieber kann als zweites Funktionselement angesehen werden.
• Im Ventilgehäuse 2 ist ein Pumpenanschluß P vorgesehen, der mit dem Kompensationsschieber 9 verbunden ist. Der Kompensationsschieber 9 ist über einen Kanal 14 mit dem Hauptschieber 5 verbunden. Der Hauptschieber seinerseits ist mit zwei Arbeitsanschlüssen A und B verbunden. Die Eingangsseite des Hauptschiebers 5, d. h. die Seite, an der der Kanal 14 mündet, ist mit einem Tankanschluß T verbunden. Der Hauptschieber steuert nicht nur die Menge der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit, sondern auch die Richtung, d. h. der Hauptschieber bestimmt, welcher der beiden Arbeitsanschlüsse A und B über den Kanal 14 mit dem Pumpenanschluß P und welcher mit dem Tankanschluß T verbunden ist.
• Der Kanal 14 ist ferner mit dem Druckanschluß 13 verbunden, der auf der gleichen Seite wie der Antrieb 11 des Kompensationsschiebers 9 angeordnet ist. Am Hauptschieber 5 ist außerdem eine Lastfühlleitung vorgesehen, die in der Neutralstellung des Hauptschiebers, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit der Tankleitung verbunden ist, bei einer Auslenkung des Hauptschiebers 5 in die eine oder die andere Richtung jedoch mit dem mit dem Pumpenanschluß P verbundenen Arbeitsanschluß verbunden ist. Auf der Lastfühlleitung 15 steht immer der höchste der beiden Drücke LS1 der Arbeitsanschlüsse A, B an. Die Lastfühlleitung 15 ist mit einem Wechselventil 16 verbunden, dessen Ausgang mit einem Lastfühlanschluß LS verbunden ist. Der andere Eingang des Wechselventils 16 ist mit einer Leitung LS2 verbunden, über die der Lastfühldruck eines benachbarten Proportionalsystems zugeführt werden kann.
• Im Sensorgehäuse 3 ist eine Vielzahl von Sensoren untergebracht. So gibt es Drucksensoren 21 bis 25, die über Übertragungskanäle 26 bis 30 in dieser Reihenfolge mit dem ersten Arbeitsanschluß A, dem zweiten Arbeitsanschluß B, dem Kanal 14, der Lastfühlleitung 15 und dem Tankanschluß T verbunden sind. Ferner ist ein Positionssensor 31 für die Stellung des Hauptschiebers 5 und ein Positionssensor 32 für die Stellung des Kompensationsschiebers 9 vorgesehen. Ein Temperatursensor 33 ermittelt die Temperatur der im Kanal 14 strömenden Hydraulikflüssigkeit. Ein Durchflußmesser 34, 35 ermittelt die Menge der durch den Kanal 14 strömenden Flüssigkeit. Ein weiterer Sensor 36 ermittelt die Schmutzbelastung bzw. die Lufteinschlüsse in der Hydraulikflüssigkeit. Für die Positionssensoren 31, 32 sind ebenfalls Übertragungskanäle vorgesehen, in denen sich jeweils ein mit dem jeweiligen Schieber verbundenes Meßlineal 37, 38 bewegen kann. Der Temperatursensor 33, der Durchflußmesser 34, 35 und der Sensor 36 sind über Übertragungskanäle 37 bis 39 mit den jeweiligen Meßstellen im Ventilgehäuse 2 verbunden.
• Ferner weist das Sensorgehäuse 3 eine Steuereinheit 40 auf, die über entsprechende Kanäle 41, 42 den Hauptschieber und den Kompensationsschieber 9 betätigt.
• Die Übertragungskanäle 26 bis 30 bzw. 37 bis 39 verlaufen im wesentlichen senkrecht zur Schnittstellenfläche 4. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Drucksensoren, von denen hier der Drucksensor 21 dargestellt ist, von der Schnittstellenfläche 4 her in das Sensorgehäuse 3 eingesetzt, so daß der Druck der Hydraulikflüssigkeit den entsprechenden Sensor im Sensorgehäuse 3 festhält. Es ist jedoch nicht möglich, daß der Sensor durch den Druck aus dem Sensorgehäuse herausgedrückt wird. Parallel zur Zeichenebene ist eine Flanschfläche 58 dargestellt, an der weitere Ventile angeschlossen werden können, um einen Ventilblock zu bilden, wie dies allgemein bekannt ist.
• Dargestellt ist eine Ausführungsform, in der alle Übertragungskanäle mit Sensoren versehen sind. Dies ist jedoch nicht notwendig, auch wenn die entsprechenden Übertragungskanäle sowohl in dem Ventilgehäuse 2 als auch in dem Sensorgehäuse 3 vorgesehen sind. Entweder können die entsprechenden Übertragungskanäle offengelassen werden, wobei sie blind enden, um einen Austritt von Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Oder sie können mit Blindstopfen versehen werden, die bis an die jeweiligen Meßstellen reichen. Die Meßstellen sind dabei die Punkte, an denen die Übertragungskanäle von den jeweiligen Leitungen oder Kanälen, beispielsweise Kanal 14, abzweigen.
• In der Steuereinheit 40 ist ein Regelkreis 43 schematisch dargestellt. Eine besondere Ausgestaltung eines derartigen Regelkreises 43 ist in Fig. 3 näher erläutert. Der Regelkreis 43 umfaßt ein Stellglied 44 zur Verstellung des Hauptschiebers 5. Die Stellung des Hauptschiebers 5 beeinflußt den Druck vor dem Hauptschieber 5, der durch den Drucksensor 23 erfaßt wird, und die Menge der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit im Kanal 14, die durch den Durchflußmesser 34, 35 erfaßt wird.
• Über einen Umschalter 45 kann nun entweder der Druck vor dem Hauptschieber 5 oder die Menge der durchfließenden Hydraulikflüssigkeit im Kanal 14 in den Regelkreis zurückgespeist werden. Auf diese Weise ist es mit sehr einfachen Mitteln möglich, das Ventil sowohl als Durchflußsteuerventil als auch als Drucksteuerventil zu verwenden, je nach dem, welches Signal in den Regelkreis 43 eingespeist wird. In nicht dargestellter Weise kann die Umschalteinrichtung 45 auch so ausgebildet sein, daß sie beide Signale gleichzeitig in den Regelkreis 43 zurückspeist, um eine Leistungssteuerung bewirken zu können.
• Fig. 4 zeigt die Einbindung des in Fig. 1 dargestellten Proportionalventils 1 in ein hydraulisches System. Das hydraulische System weist mindestens ein weiteres Proportionalventil 1' mit angeschlossenem Verbraucher auf. Die Proportionalventile 1 und 1' haben einen gemeinsamen Eingangsabschnitt 46, der für die Anpassung an den höchsten Verbraucherdruck sorgt. Als Verbraucher ist hier für das Proportionalventil 1 ein hydraulischer Motor 47 dargestellt. Dem Eingangsabschnitt 46 vorgeschaltet ist ein Verteilungsabschnitt 48, der Verbraucher 49 mit einer höheren Priorität bevorzugt mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Die Hydraulikflüssigkeit wird hierbei von einem Pumpenabschnitt 50 geliefert, der eine Pumpe 51 mit verstellbarer Leistung aufweist. Zwischen dem Proportionalventil 1 und dem Motor 47 ist ferner ein Lasthalteabschnitt 52 angeordnet.
• Jeder Abschnitt 1, 46, 48, 50, 52 weist eine eigene, lokale Steuereinheit 40, 53, 54, 55, 56 auf, die mit einer Systemsteuereinheit 57 verbunden sind. Natürlich kann die Systemsteuereinheit 57 Eingangssignale auch direkt von den einzelnen Sensoren, die ebenfalls in jedem Abschnitt vorgesehen sind, erhalten. Die Systemsteuereinheit kann auf diese Weise eine Regelung des gesamten Systems in Form eines übergeordneten Regelkreises durchführen, so daß nicht nur eine hervorragende Ausnutzung der Kapazität der Pumpe 51 gewährleistet wird, sondern auch sichergestellt wird, daß Grenzwerte nicht überschritten werden und nötigenfalls bestimmte Betriebsabläufe eingehalten werden.
• Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden als hydraulische Funktionselemente nicht nur Proportionalventile, sondern auch Verteilungsventile, Prioritätsventile oder andere hydraulische Steuermittel verwendet. Im Extremfall könnten sogar die hydraulischen Arbeitsmotoren mit einem Sensorgehäuse versehen werden. In diesem Fall könnte beispielsweise die Größe der einzelnen Arbeitskammern, die ein Maß für die benötigte oder verwendete Hydraulikflüssigkeit ist, in eine Systemregelung einfließen. Gemeinsam ist jedoch allen Funktionseinheiten, daß sie einen Teil haben, der den mechanischen oder hydraulischen Aufbau umfaßt, und einen anderen Teil, der die Sensoren umfaßt. Diese beiden Teile sind über die Schnittstellenfläche verbunden. Auf der anderen Seite kann der Sensorteil auch noch eine nach außen führende Signalschnittstelle aufweisen, so daß die lokalen Steuereinheiten entweder mit einer globalen Steuereinheit oder mit anderen lokalen Steuereinheiten kommunizieren können. Für eine zentrale Steuereinheit ist es in vielen Fällen einfacher, die Signale von lokalen Steuereinheiten zu empfangen, als diese direkt von Sensoren auswerten zu müssen.
• Durch die vorgegestellte Ausbildung ist es möglich, auf einem fast willkürlich ausgewählten hydraulischen Modul, das natürlich eine entsprechende Ausbildung aufweisen muß, ein Sensormodul zu montieren, so daß die Signale von den Sensoren in den Modulen oder Einheiten in eine interne, aktive Regelung eingehen können. Gleichzeitig stehen die gleichen Signale auf der Bus- Leitung bereit für die Verwendung in möglichen anderen Modulen oder Einheiten und/oder in einer übergeordneten System-Regelung.

Claims (17)

1. Hydraulische Funktionseinheit mit einem Hauptgehäuse und mit mindestens einem beweglichen Funktionselement, dessen Position und/oder Bewegung im Hauptgehäuse Strömungs- und/oder Druckbedingungen und/oder Kammervolumina für Hydraulikflüssigkeit bestimmt, und mit mindestens einem Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorgehäuse (3) zur Aufnahme von mindestens zwei Sensoren (21-25, 31-36) vorgesehen ist, daß das Sensorgehäuse (3) und das Hauptgehäuse (2) aneinander anliegende Schnittstellenflächen (4) aufweisen und daß mindestens ein Übertragungskanal (26- 30, 37-39) vorgesehen ist, der die Schnittstellenfläche (4) durchsetzt und einen Meßort im Hauptgehäuse (2) mit dem betreffenden Sensor verbindet, und daß eine Steuereinheit (40) mit den mindestens zwei Sensoren (21-25, 31-36) verbunden ist und die Position zumindest des Funktionselements beeinflußt, wobei alle Sensoren durch die gleiche Schnittstellenfläche (4) verbunden sind.

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

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

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

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

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

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

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

9. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Basisabschnitt (1) und ein Eingangsabschnitt (46) vorgesehen sind, wobei jeder Abschnitt mindestens einen Sensor aufweist.

10. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (21-25, 31-36) als Drucksensor, Durchflußmesser, Temperaturfühler, Positionssensor, Schmutzsensor oder Luftsensor ausgebildet ist, wobei im Fall von mehreren Sensoren eine Kombination eines Teils oder alle diese Sensoren, gegebenenfalls mit mehreren Sensoren der gleichen Art, vorgesehen ist.

11. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren einen Drucksensor (23) zur Erfassung des Drucks vor dem Funktionselement und einen Durchflußmesser (34, 35) aufweisen, daß die Steuereinheit (40) einen Regelkreis (43) enthält und eine Umschalteinrichtung (45) vorgesehen ist, die entweder das Ausgangssignal des Drucksensors (23) oder das Ausgangssignal des Durchflußmessers (34, 35) oder beide in den Regelkreis einspeist.

12. Funktionseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des oder zusätzlich zum Durchflußmesser (34, 35) ein Positionssensor (31) für das Funktionselement (5) vorgesehen ist.

13. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (40) einen Integrator zur Ermittlung der durchgeflossenen Menge an Hydraulikfluid aufweist.

14. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor (21-25, 31-36) mit einer nach außen geführten Signalschnittstelle verbunden ist.

15. Funktionseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (40) mit der Signal-Schnittstelle verbunden ist.

16. Funktionseinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Schnittstelle mit einer Bus-Leitung verbindbar ist.

17. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine System- Steuereinheit (57) vorgesehen ist, die Signale von den Sensoren (21-25, 31-36) miteinander hydraulisch verbundener Funktionseinheiten (1, 1') und/oder deren Steuereinheiten erhält und Ausgangssignale zum Steuern einer Druckquelle (51) und/oder anderer Hilfseinrichtungen (48, 46) erzeugt.