Regeleinrichtung zum geregelten Einstellen eines hydraulischen Stellgliedes

Abstract

 Eine Regeleinrichtung (2) zum geregelten Einstellen eines hydraulischen Stellgliedes (1) weist ein erstes und ein zweites Hydraulikventil (3, 4) und eine Steuereinrichtung (5) auf. Einem ersten Arbeitsraum (7) des hydraulischen Stellgliedes (1) ist über das erste Hydraulikventil (3) und eine Hydraulikpumpe (6) eine Hydraulikflüssigkeit (8) zuführbar ist. Die Hydraulikflüssigkeit (8) ist über das zweite Hydraulikventil (4) aus dem ersten Arbeitsraum (7) in einen Tank (9) ableitbar. Die Steuereinrichtung (5) ermittelt zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes (1) für das erste und das zweite Hydraulikventil (3, 4) jeweils ein eigenes Steuersignal (C1, C2) und gibt das jeweilige Steuersignal (C1, C2) an das jeweilige Hydraulikventil (3, 4) aus.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zum geregelten Einstellen eines hydraulischen Stellgliedes.

[0002] Hydraulische Stellglieder sind in der Regel entweder als Hydraulikzylindereinheiten oder als Hydromotoren ausgebildet. Im Falle einer Ausbildung als Hydraulikzylindereinheit kann das hydraulische Stellglied lagegeregelt, kraftgeregelt oder geschwindigkeitsgeregelt betrieben werden. Im Falle einer Ausbildung als Hydromotor sind prinzipiell die gleichen Regelmöglichkeiten gegeben. Es müssen lediglich anstelle translatorischer Größen die korrespondierenden rotatorischen Größen geregelt werden.

[0003] Im Stand der Technik erfolgt die Ansteuerung des hydraulischen Stellgliedes in der Regel über ein Vierwegeventil. Das Vierwegeventil verbindet die beiden Arbeitsräume des hydraulischen Stellgliedes mit einer Druckleitung und einer Tankleitung des Hydrauliksystems. Bei einem Vierwegeventil sind die vier Steuerkanten mechanisch gekoppelt. Es gibt daher nur ein einziges Steuersignal für das Vierwegeventil. Das Ansteuersignal bewirkt, dass entweder Hydraulikflüssigkeit in einen ersten Arbeitsraum einströmt und gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit aus einem zweiten Arbeitsraum ausströmt oder umgekehrt Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Arbeitsraum einströmt und aus dem ersten Arbeitsraum ausströmt. Die Arbeitsdrücke in den beiden Arbeitsräumen korrespondieren mit einer äußeren Lastkraft und stellen sich in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung selbstständig ein. Soll die Bewegung des hydraulischen Stellglieds beendet werden, wird das Ein- und Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit sehr schnell beendet. Dies führt oftmals zu unerwünschten und eventuell sogar schädigenden Über- und Unterdrücken im Hydrauliksystem. Weiterhin können Kavitationen hinter einem zu schnell geschlossenen Hydraulikventil auftreten. Dies gilt gleichermaßen bei Hydraulikzylindereinheiten und bei Hydromotoren.

[0004] Bei hydraulischen Stellgliedern, die über ein Vierwegeventil gespeist werden, stellen sich weiterhin nicht definierte Drücke ein. Mittels des Vierwegeventils kann vielmehr nur die sich ergebende Lastkraft geregelt werden. In den Arbeitsräumen stellt sich daher in der Regel kein stationäres Druckniveau ein.

[0005] Im Stand der Technik müssen das Hydraulikventil, die Hydraulikleitungen und etwaige Verbindungsanschlüsse für die hohen Druckspitzen ausgelegt werden. Alternativ müssen Druckspeicher nahe der Ventile installiert werden, welche kurzzeitige Druckstöße abfangen können. Dies erhöht die Kosten des Hydrauliksystems. Bei einer Vierwegesteuerung kann weiterhin das Druckniveau stabilisiert werden, indem die Nenndurchflüsse der Steuerkanten an die wirksamen Arbeitsflächen der Arbeitsräume angepasst werden. Dies ist jedoch umständlich und teuer.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zuverlässige Weise ein flexibler und optimierter Betrieb des hydraulischen Stellgliedes möglich ist.

[0007] Die Aufgabe wird durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.

[0008] Erfindung gemäß wird vorgeschlagen,

• dass die Regeleinrichtung ein erstes und ein zweites Hydraulikventil und eine Steuereinrichtung aufweist,
• dass einem ersten Arbeitsraum des hydraulischen Stellgliedes über das erste Hydraulikventil und eine Hydraulikpumpe eine Hydraulikflüssigkeit zuführbar ist,
• dass die Hydraulikflüssigkeit über das zweite Hydraulikventil aus dem ersten Arbeitsraum in einen Tank ableitbar ist,
• dass die Steuereinrichtung zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes für das erste und das zweite Hydraulikventil jeweils ein eigenes Steuersignal ermittelt und an das jeweilige Hydraulikventil ausgibt.

[0009] Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es beispielsweise möglich, dass die Steuereinrichtung zum geregelten Verstellen des hydraulischen Stellgliedes das erste oder das zweite Hydraulikventil öffnet und das jeweils andere Hydraulikventil geschlossen hält und dass die Steuereinrichtung zum Beenden des geregelten Verstellens des hydraulischen Stellgliedes zusätzlich auch das jeweils andere Hydraulikventil öffnet, so dass die Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes direkt von der Hydraulikpumpe über das erste und das zweite Hydraulikventil in den Tank abgeleitet wird. Dadurch können insbesondere Druckspitzen und Kavitationen auf einfache Weise vermieden werden.

[0010] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, dass die Steuereinrichtung nach dem zusätzlichen Öffnen auch des jeweils anderen Hydraulikventils das erste und das zweite Hydraulikventil allmählich schließt und dass die Steuereinrichtung das Schließen der beiden Hydraulikventile derart miteinander koordiniert, dass das hydraulische Stellglied durch das Schließen der beiden Hydraulikventile nicht verstellt wird. Dadurch wird die Regeleinrichtung im statischen Zustand derart eingestellt, dass alle Hydraulikventile geschlossen sind.

[0011] Es ist möglich, dass die Regeleinrichtung ein drittes und ein viertes Hydraulikventil aufweist. In diesem Fall ist einem zweiten Arbeitsraum des hydraulischen Stellgliedes über das dritte Hydraulikventil und die Hydraulikpumpe Hydraulikflüssigkeit zuführbar. Weiterhin ist in diesem Fall die Hydraulikflüssigkeit über das vierte Hydraulikventil aus dem zweiten Arbeitsraum in den Tank ableitbar. Die Steuereinrichtung ermittelt im Falle des Vorhandenseins von insgesamt vier Hydraulikventile auch für das dritte und das vierte Hydraulikventil jeweils ein eigenes Steuersignal und gibt das jeweilige Steuersignal an das jeweilige Hydraulikventil aus.

[0012] Im Falle des Vorhandenseins von vier Hydraulikventilen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zum geregelten Verstellen des hydraulischen Stellgliedes ausschließlich das erste und das vierte Hydraulikventil oder ausschließlich das zweite und das dritte Hydraulikventil öffnet und die beiden anderen Hydraulikventile geschlossen hält und dass die Steuereinrichtung zum Beenden des geregelten Verstellens des hydraulischen Stellgliedes zusätzlich auch die beiden anderen Hydraulikventile öffnet, so dass die Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes direkt von der Hydraulikpumpe über das erste und das zweite Hydraulikventil sowie unter Umgehung des zweiten Arbeitsraumes direkt von der Hydraulikpumpe über das dritte und das vierte Hydraulikventil in den Tank abgeleitet wird. Dadurch können auch im Falle von vier Hydraulikventilen Druckspitzen und Kavitationseffekte vermieden werden.

[0013] In einer bevorzugten Ausgestaltung der letztgenannten Vorgehensweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Steuereinrichtung nach dem zusätzlichen Öffnen auch der beiden anderen Hydraulikventile die vier Hydraulikventile allmählich schließt und dass die Steuereinrichtung das Schließen der vier Hydraulikventile derart miteinander koordiniert, dass das hydraulische Stellglied durch das Schließen der vier Hydraulikventile nicht verstellt wird. In diesem Fall werden - analog zur Vorgehensweise bei nur zwei Hydraulikventilen - im statischen Zustand alle Hydraulikventile geschlossen.

[0014] Im Falle des Vorhandenseins von vier Hydraulikventilen ist es weiterhin möglich, dass die Steuereinrichtung die vier Hydraulikventile derart ansteuert, dass sich im ersten oder im zweiten Arbeitsraum ein definierter Arbeitsdruck einstellt. Es lassen sich also die Arbeitsdrücke als solche einstellen, nicht nur die Druckdifferenz bzw. die resultierende Kraft.

[0015] Das Einstellen eines definierten Arbeitsdruckes kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Steuereinrichtung vorab eine zukünftig vorzunehmende Verstellung des hydraulischen Stellgliedes bekannt ist. Denn in diesem Fall ist es möglich, dass die Steuereinrichtung den definierten Arbeitsdruck anhand der zukünftig vorzunehmenden Verstellung des hydraulischen Stellgliedes bestimmt und die vier Hydraulikventile derart ansteuert, dass sich der definierte Arbeitsdruck im ersten oder im zweiten Arbeitsraum bereits zu einem Zeitpunkt einstellt, zu dem die zukünftig vorzunehmende Verstellung des hydraulischen Stellgliedes noch nicht vorgenommen wird.

[0016] Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung den definierten Arbeitsdruck im ersten oder im zweiten Arbeitsraum durch entsprechende Ansteuerung der vier Hydraulikventile zu einem Zeitpunkt ein, zu dem das hydraulische Stellglied lastfrei ist.

[0017] In noch weitergehender Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Steuereinrichtung zum Aufrechterhalten des definierten Arbeitsdruckes während des Verstellens des hydraulischen Stellgliedes die vier Hydraulikventile derart ansteuert, dass ein Verhältnis einer auf den ersten Arbeitsraum bezogenen ersten Mengenänderung an Hydraulikflüssigkeit zu einer auf den zweiten Arbeitsraum bezogenen zweiten Mengenänderung an Hydraulikflüssigkeit gleich einem Verhältnis einer auf den ersten Arbeitsraum bezogenen wirksamen ersten Arbeitsfläche des hydraulischen Stellgliedes zu einer auf den zweiten Arbeitsraum bezogenen wirksamen zweiten Arbeitsfläche des hydraulischen Stellgliedes ist. Durch diese Vorgehensweise bleibt ein einmal eingestellter definierter Arbeitsdruck auch während des Verstellens des hydraulischen Stellgliedes erhalten.

[0018] Die Hydraulikventile können als (analog verstellbare) Servoventile ausgebildet sein, insbesondere als Proportionalventile. Alternativ können die Hydraulikventile als (binär schaltende) Schaltventile ausgebildet sind. Im Falle binär schaltender Schaltventile erfolgt die Einstellung des effektiven Volumenstroms an Hydraulikflüssigkeit durch pulscodemodulierte und/oder pulsweitenmodulierte Ansteuerung.

[0019] In analoger Weise kann auch das hydraulische Stellglied nach Bedarf ausgebildet sein. Insbesondere kann das hydraulische Stellglied alternativ als Hydraulikzylindereinheit oder als Hydromotor ausgebildet sein.

[0020] Die Regeleinrichtung kann das hydraulische Stellglied alternativ lage-, geschwindigkeits- oder kraftgeregelt verstellen.

[0021] Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet und mit einem Softwaremodul programmiert, so dass die Regeleinrichtung aufgrund der Programmierung der Steuereinrichtung mit dem Softwaremodul erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird daher weiterhin durch ein Softwaremodul gelöst, wobei das Softwaremodul Maschinencode umfasst, dessen Abarbeitung durch eine softwareprogrammierbare Steuereinrichtung einer an ein hydraulisches Stellglied angebundenen Regeleinrichtung bewirkt, dass die Regeleinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet wird.

[0022] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1

eine Regelanordnung für ein hydraulisches Stellglied,

FIG 2

ein Zeitdiagramm,

FIG 3

eine weitere Regelanordnung für ein hydraulisches Stellglied,

FIG 4

ein weiteres Zeitdiagramm,

FIG 5

ein Ablaufdiagramm,

FIG 6

mögliche Ausgestaltungen eines Hydraulikventils und

FIG 7

mögliche Ausgestaltungen eines hydraulischen Stellgliedes.

[0023] Gemäß FIG 1 wird ein hydraulisches Stellglied 1 mittels einer Regeleinrichtung 2 eingestellt. Die Regeleinrichtung 2 weist zu diesem Zweck ein erstes Hydraulikventil 3 und ein zweites Hydraulikventil 4 sowie eine Steuereinrichtung 5 auf. Über das erste Hydraulikventil 3 und eine Hydraulikpumpe 6 ist einem ersten Arbeitsraum 7 des hydraulischen Stellgliedes 1 eine Hydraulikflüssigkeit 8 zuführbar. Eingangsseitig des ersten Hydraulikventils 3 herrscht ein pumpenseitiger Arbeitsdruck pP, nachfolgend auch Pumpendruck pP genannt. Über das zweite Hydraulikventil 4 ist die Hydraulikflüssigkeit 8 aus dem ersten Arbeitsraum 7 in einen Tank 9 ableitbar. Ausgangsseitig des zweiten Hydraulikventils 4 herrscht ein tankseitiger Arbeitsdruck pT, nachfolgend auch Tankdruck pT genannt.

[0024] Oftmals weist das hydraulische Stellglied 1 weiterhin einen zweiten Arbeitsraum 10 auf, in dem sich ebenfalls Hydraulikflüssigkeit 8 befindet. In diesem Fall kann der zweite Arbeitsraum 10 entsprechend der Darstellung in FIG 1 über eine Druckregeleinrichtung 11 mit einem konstanten Arbeitsdruck pZ beaufschlagt sein. Der konstante Arbeitsdruck pZ liegt in diesem Fall zwischen dem Pumpendruck pP und dem Tankdruck pT. Meist liegt er in etwa in der Mitte zwischen dem Pumpendruck pP und dem Tankdruck pT.

[0025] Die Steuereinrichtung 5 kann als reine Hardwareschaltung ausgebildet sein, so dass ihre Funktion und damit die Ausbildung der Regeleinrichtung 2 insgesamt durch die interne Verdrahtung der Steuereinrichtung 5 festgelegt und bestimmt ist. In der Regel ist die Steuereinrichtung 5 jedoch als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 dadurch angedeutet, dass in FIG 1 in die Steuereinrichtung 5 die Buchstaben "µP" für "Mikroprozessor" eingezeichnet sind. Die softwareprogrammierbare Steuereinrichtung 5 ist mit einem Softwaremodul 12 programmiert. Das Softwaremodul 12 umfasst Maschinencode 13, der von der Steuereinrichtung 5 unmittelbar abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 13 durch die Steuereinrichtung 5 (bzw. die Programmierung der Steuereinrichtung 5 mit dem Softwaremodul 12) bewirkt in diesem Fall die entsprechende Ausbildung der Regeleinrichtung 2, die nachfolgend näher erläutert wird.

[0026] Der Steuereinrichtung 5 ist - beispielsweise aufgrund der Programmierung mit dem Softwaremodul 12, alternativ beispielsweise aufgrund anderer Vorgaben - bekannt, wie das hydraulische Stellglied 1 eingestellt werden soll. Beispielsweise kann der Steuereinrichtung 5 ein Lagesollwert s*, ein Kraftsollwert F* oder ein Geschwindigkeitssollwert v* für das hydraulische Stellglied 1 bekannt sein. Zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 entsprechend dem vorgegebenen Sollwert s*, F* oder v* ermittelt die Steuereinrichtung 5 für das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 jeweils ein eigenes Steuersignal C1, C2. Sie gibt weiterhin das jeweilige Steuersignal C1, C2 an das jeweilige Hydraulikventil 3, 4 aus und bewirkt dadurch die entsprechende Einstellung des hydraulischen Stellgliedes 1.

[0027] Das Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 kann statischer Natur sein. Insbesondere ist das Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 statischer Natur, wenn

• im kraftgeregelten Betrieb des hydraulischen Stellgliedes 1 die vom hydraulischen Stellglied 1 ausgeübte Kraft F mit der Sollkraft F* korrespondiert,
• im lagergeregelten Betrieb des hydraulischen Stellgliedes 1 die vom hydraulischen Stellglied 1 angenommene Istlage s mit der Solllage s* korrespondiert oder
• im geschwindigkeitsgeregelten Betrieb des hydraulischen Stellgliedes 1 sowohl die Sollgeschwindigkeit v* als auch die Istgeschwindigkeit v des hydraulischen Stellgliedes 1 den Wert 0 aufweisen.

[0028] Im Rahmen einer derartigen statischen Einstellung können beide Hydraulikventile 3, 4 geschlossen sein, so dass durch keines der beiden Hydraulikventile 3, 4 Hydraulikflüssigkeit 8 hindurch tritt. Alternativ können beide Hydraulikventile 3, 4 gleich weit geöffnet sein, so dass durch beide Hydraulikventile 3, 4 die gleiche Menge an Hydraulikflüssigkeit 8 strömt.

[0029] Alternativ kann ein Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 dynamischer Natur sein. Insbesondere ist das Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 dynamischer Natur, wenn

• im kraftgeregelten Betrieb die vom hydraulischen Stellglied 1 ausgeübte Kraft F von der Sollkraft F* abweicht,
• im lagegeregelten Betrieb die vom hydraulischen Stellglied 1 angenommene Istlage s von der Solllage s* abweicht oder
• im geschwindigkeitsgeregelten Betrieb die Sollgeschwindigkeit v* oder die Istgeschwindigkeit v von 0 verschieden sind.

[0030] Die beiden letztgenannten Zustände sind stets, der erstgenannte Zustand in der Regel mit einem Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 - d.h. mit einer Lageänderung des hydraulischen Stellgliedes 1 - verbunden. Ein Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 entspricht also einer Änderung der Istlage s des hydraulischen Stellgliedes 1, unabhängig von der geregelten Größe.

[0031] Zum Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 öffnet die Steuereinrichtung 5 - je nach erforderlicher Bewegungsrichtung - das erste oder das zweite Hydraulikventil 3, 4. Das jeweils andere Hydraulikventil 4, 3 hält die Steuereinrichtung 5 geschlossen. FIG 2 zeigt - rein beispielhaft - ein Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1, bei dem das hydraulische Stellglied 1 geregelt in der positiven Richtung bewegt wird und zu diesem Zweck zu einem Zeitpunkt t1 das erste Hydraulikventil 3 geöffnet wird, während das zweite Hydraulikventil 4 geschlossen gehalten wird.

[0032] Zu einem Zeitpunkt t2 soll das geregelte Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 beendet werden. Zu diesem Zweck wird im Stand der Technik das erste Hydraulikventil 3 geschlossen. Erfindungsgemäß wird jedoch von der Steuereinrichtung 5 nicht das erste Hydraulikventil 3 geschlossen, sondern - zusätzlich zum ersten Hydraulikventil 3 - das zweite Hydraulikventil 4 geöffnet. Das zweite Hydraulikventil 4 wird so weit geöffnet, dass durch das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 die gleiche Menge an Hydraulikflüssigkeit 8 strömt. Die Hydraulikflüssigkeit 8 wird somit unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes 7 direkt von der Hydraulikpumpe 6 über das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 in den Tank 9 abgeleitet.

[0033] Weiterhin schließt die Steuereinrichtung 5 zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 - also nach dem zusätzlichen Öffnen auch des zweiten Hydraulikventils 4 - allmählich beide Hydraulikventile 3, 4. Das Schließen kann linear (also gerampt) oder nichtlinear erfolgen. In jedem Fall koordiniert die Steuereinrichtung 5 das Schließen der beiden Hydraulikventile 3, 4 derart miteinander, dass das hydraulische Stellglied 1 durch das Schließen der beiden Hydraulikventile 3, 4 nicht verstellt wird, die einmal erreichte Einstellung des hydraulischen Stellgliedes 1 also beibehalten wird.

[0034] Obenstehend wurde in Verbindung mit den FIG 1 und 2 eine Minimalkonfiguration der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 2 erläutert, bei welcher die Regeleinrichtung 2 nur zwei Hydraulikventile 3, 4 sowie die Steuereinrichtung 5 aufweist. Oftmals weist die Regeleinrichtung 2 gemäß FIG 3 zusätzlich ein drittes Hydraulikventil 14 und ein viertes Hydraulikventil 15 auf. Das dritte und das vierte Hydraulikventil 14, 15 weisen in Bezug auf den zweiten Arbeitsraum 10 dieselbe Funktionalität auf, die das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 in Bezug auf den ersten Arbeitsraumes 7 aufweisen. Über das dritte Hydraulikventil 14 und die Hydraulikpumpe 6 ist also dem zweiten Arbeitsraum 10 Hydraulikflüssigkeit 8 zuführbar. Über das vierte Hydraulikventil 15 ist die Hydraulikflüssigkeit 8 aus dem zweiten Arbeitsraum 10 in den Tank 9 ableitbar. Bei der Ausgestaltung der Regeleinrichtung 2 gemäß FIG 3 ermittelt die Steuereinrichtung 5 zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 nicht nur für das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 entsprechende Steuersignale C1, C2, sondern auch für das dritte und das vierte Hydraulikventil 14, 15 jeweils ein entsprechendes Steuersignal C3, C4. Sie gibt das entsprechende Steuersignal C1 bis C4 an das jeweilige Hydraulikventil 3, 4, 14, 15 aus.

[0035] Das geregelte Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1, das obenstehend in Verbindung mit FIG 2 erläutert wurde, kann in völlig analoger Form auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 erfolgen. Insbesondere werden zum geregelten Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 von der Steuereinrichtung 5 gemäß FIG 4 zum Zeitpunkt t1 beispielsweise das erste und das vierte Hydraulikventil 3, 15 (alternativ das zweite und das dritte Hydraulikventil 4, 14) geöffnet, während die jeweils beiden anderen Hydraulikventile 4, 14 (bzw. 3, 15) von der Steuereinrichtung 5 geschlossen gehalten werden.

[0036] Zum Beenden des geregelten Verstellens des hydraulischen Stellgliedes 1 werden zum Zeitpunkt t2 zusätzlich auch die beiden anderen Hydraulikventile 4, 14 (bzw. 3, 15) von der Steuereinrichtung 5 geöffnet. Dadurch wird die Hydraulikflüssigkeit 8

• unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes 7 direkt von der Hydraulikpumpe 6 über das erste und das zweite Hydraulikventil 3, 4 sowie
• unter Umgehung des zweiten Arbeitsraumes 10 direkt von der Hydraulikpumpe 6 über das dritte und das vierte Hydraulikventil 14, 15 in den Tank 9 abgeleitet.

Die beiden anderen Hydraulikventile 4, 14 (bzw. 3, 15) werden so weit geöffnet, dass die erreichte Stellung s des hydraulischen Stellgliedes 1 beibehalten wird.

[0037] Ebenso werden - analog zu FIG 2 - zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 - also nach dem Öffnen auch der beiden anderen Hydraulikventile 4, 14 (bzw. 3, 15) die vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 von der Steuereinrichtung 5 allmählich wieder geschlossen, und zwar analog zur Vorgehensweise von FIG 2 linear oder nichtlinear. In jedem Fall koordiniert die Steuereinrichtung 5 das Schließen der Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 derart miteinander, dass das hydraulische Stellglied 1 durch das Schließen der vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 nicht verstellt wird.

[0038] Im Falle der Ausgestaltung der Regeleinrichtung 2 gemäß FIG 3 ist weiterhin auch eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung realisierbar. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 5 die vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 derart ansteuert, dass sich im ersten Arbeitsraum 7 oder im zweiten Arbeitsraum 10 ein definierter Arbeitsdruck p1 bzw. p2 einstellt. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 näher erläutert.

[0039] Gemäß FIG 5 wird der Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S1 vorab eine zukünftig vorzunehmende Verstellung V(t+) des hydraulischen Stellgliedes 1 bekannt. Die zukünftig vorzunehmende Verstellung V(t+) kann der Steuereinrichtung 5 beispielsweise aufgrund der Programmierung mit dem Softwaremodul 12 bekannt sein. Alternativ kann der Steuereinrichtung 5 von außen beispielsweise ein neuer Sollwert s*, F*, v* mit der Maßgabe vorgegeben werden, dass der vorgegebene Sollwert s*, F*, v* noch nicht gültig ist oder zu welchem Zeitpunkt t+ der vorgegebene Sollwert s*, F*, v* gültig wird. Entscheidend ist, dass der vorgegebene Sollwert s*, F*, v* zu dem Zeitpunkt, zu dem er der Steuereinrichtung 5 bekannt wird, noch nicht gültig ist. Aus diesem Grund ist der entsprechende Gültigkeitszeitpunkt in FIG 5 als "t+" bezeichnet, wobei das "+" die Zukunft symbolisieren soll.

[0040] In einem Schritt S2 bestimmt die Steuereinrichtung 5 anhand der zukünftig vorzunehmende Verstellung V(t+) einen gewünschten definierten Arbeitsdruck p1*, der im ersten Arbeitsraum 7 eingestellt werden soll. In einem Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 5 sodann den Wert einer logischen Variable OK. Die logische Variable OK nimmt den Wert "WAHR" dann und nur dann an, wenn der (tatsächliche) Arbeitsdruck p1 im ersten Arbeitsraum 7 um weniger als eine vorgegebene (oder vorgebbare) Schranke δ abweicht. Den Wert der logischen Variable OK überprüft die Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S4.

[0041] Wenn der Unterschied größer als die Schranke δ ist, prüft die Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S5, ob der tatsächliche Arbeitsdruck p1 im ersten Arbeitsraum 7 größer als der gewünschte Arbeitsdruck p1* ist. Wenn dies der Fall ist, öffnet die Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S6 das zweite und das vierte Hydraulikventil 4, 15 geringfügig, so dass die Arbeitsdrücke p1, p2 im ersten und im zweiten Arbeitsraum 7, 10 abgesenkt werden, die Stellung s des hydraulischen Stellgliedes 1 jedoch nicht geändert wird. Anderenfalls öffnet die Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S7 das erste und das dritte Hydraulikventil 3, 14 geringfügig, so dass die Arbeitsdrücke p1, p2 angehoben werden, die Stellung s des hydraulischen Stellgliedes 1 jedoch nicht geändert wird. Sodann geht die Steuereinrichtung 5 zum Schritt S3 zurück.

[0042] Durch die bisher erläuterte Ansteuerung der Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 wird erreicht, dass sich der definierte Arbeitsdruck p1* im ersten Arbeitsraum 7 einstellt, und zwar, noch bevor mit dem Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 begonnen wird.

[0043] In einem Schritt S8 wartet die Steuereinrichtung 5 sodann ab, dass mit dem Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1 begonnen werden soll, dass also der entsprechende Zeitpunkt t+ erreicht wird. Wenn dies der Fall ist, erfolgt in einem Schritt S9 das Verstellen des hydraulischen Stellgliedes 1. Die Steuereinrichtung 5 steuert zu diesem Zweck die vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 im Schritt S9 an, so dass dem ersten Arbeitsraum 7 über das erste Hydraulikventil 3 Hydraulikflüssigkeit 8 zugeführt wird und aus dem zweiten Arbeitsraum 10 über das vierte Hydraulikventil 15 Hydraulikflüssigkeit 8 in den Tank 9 abgeleitet wird. Alternativ könnte die Steuereinrichtung 5 das zweite und das dritte Hydraulikventil 4, 14 entsprechend ansteuern, so dass ein inverser Vorgang erfolgt.

[0044] Unabhängig davon, ob im Schritt S9 die eine oder die andere Vorgehensweise ergriffen wird oder ob sogar alle vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 (teilweise) geöffnet werden, ergibt sich bezüglich des ersten Arbeitsraumes 7 eine erste Mengenänderung q1 an Hydraulikflüssigkeit 8 und bezüglich des zweiten Arbeitsraumes 10 eine zweite Mengenänderung q2 an Hydraulikflüssigkeit 8. Die Steuereinrichtung 5 steuert die vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 im Schritt S9 jedoch derart an, dass das Verhältnis der beiden Mengenänderungen q1, q2 gleich dem Verhältnis einer auf den ersten Arbeitsraum 7 bezogenen ersten Arbeitsfläche A1 und einer auf den zweiten Arbeitsraum 10 bezogenen zweiten Arbeitsfläche A2 ist.

[0045] Der definierte Arbeitsdruck p1* ist umso flexibler einstellbar, je geringer die äußere Belastung des hydraulischen Stellgliedes 1 ist. Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung 5 den definierten Arbeitsdruck p1* im ersten Arbeitsraum 7 daher durch die entsprechende Ansteuerung der vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 zu einem Zeitpunkt ein, zu dem das hydraulische Stellglied 1 lastfrei ist. Wenn beispielsweise das hydraulische Stellglied 1 zum Anstellen eines Schlingenhebers an ein in einem Walzwerk befindliches Metallband verwendet wird, ist ein lastfreier Zustand gegeben, wenn der Schlingenheber noch nicht an das Metallband angestellt ist. Wenn beispielsweise das hydraulische Stellglied 1 bei einem Walzgerüst eines Walzwerks zur dynamischen Einstellung von Walzkraft und/oder Walzspalt verwendet wird, ist ein lastfreier Zustand gegeben, wenn die Arbeitswalzen des Walzgerüsts das walzende Walzgut noch nicht kontaktieren.

[0046] Die oben stehende erläuterte Vorgehensweise zur Einstellung und zum Beibehalten eines definierten Arbeitsdruckes p1* ist in völlig analoger Weise bezüglich des zweiten Arbeitsraumes 10 realisierbar.

[0047] Die Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 können nach Bedarf ausgebildet sein. Insbesondere können die Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 gemäß FIG 6 alternativ als (analog einstellbare) Servoventile ausgebildet sein. In diesem Fall können die Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 insbesondere als Proportionalventile ausgebildet sein. Alternativ können die vier Hydraulikventile 3, 4, 14, 15 als (binär geschaltete) Schaltventile ausgebildet sein.

[0048] In analoger Weise kann das hydraulische Stellglied 1 entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 3 als Hydraulikzylindereinheit ausgebildet sein. Alternativ kann das hydraulische Stellglied 1 gemäß FIG 7 als Hydromotor ausgebildet sein.

[0049] Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere können auf einfache Weise in jedem Fall Druckspitzen und Kavitationseffekte vermieden werden. Im Falle des Vorhandenseins von vier Hydraulikventilen 3, 4, 14, 15 ist zusätzlich eine Einstellung eines definierten Arbeitsdruckes p1*, p2* möglich. Durch diese Vorgehensweise kann insbesondere die Dynamik des hydraulischen Stellgliedes 1 optimiert werden. Beispielsweise kann die maximal mögliche Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes 1 schneller erreicht werden.

[0050] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Regeleinrichtung zum geregelten Einstellen eines hydraulischen Stellgliedes (1),

- wobei die Regeleinrichtung ein erstes und ein zweites Hydraulikventil (3, 4) und eine Steuereinrichtung (5) aufweist,

- wobei einem ersten Arbeitsraum (7) des hydraulischen Stellgliedes (1) über das erste Hydraulikventil (3) und eine Hydraulikpumpe (6) eine Hydraulikflüssigkeit (8) zuführbar ist,

- wobei die Hydraulikflüssigkeit (8) über das zweite Hydraulikventil (4) aus dem ersten Arbeitsraum (7) in einen Tank (9) ableitbar ist,

- wobei die Steuereinrichtung (5) zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes (1) für das erste und das zweite Hydraulikventil (3, 4) jeweils ein eigenes Steuersignal (C1, C2) ermittelt und an das jeweilige Hydraulikventil (3, 4) ausgibt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) zum geregelten Verstellen des hydraulischen Stellgliedes (1) das erste oder das zweite Hydraulikventil (3, 4) öffnet und das jeweils andere Hydraulikventil (4, 3) geschlossen hält und dass die Steuereinrichtung (5) zum Beenden des geregelten Verstellens des hydraulischen Stellgliedes (1) zusätzlich auch das jeweils andere Hydraulikventil (4, 3) öffnet, so dass die Hydraulikflüssigkeit (8) unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes (7) direkt von der Hydraulikpumpe (6) über das erste und das zweite Hydraulikventil (3, 4) in den Tank (9) abgeleitet wird.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) nach dem zusätzlichen Öffnen auch des jeweils anderen Hydraulikventils (4, 3) das erste und das zweite Hydraulikventil (3, 4) allmählich schließt und dass die Steuereinrichtung (5) das Schließen der beiden Hydraulikventile (3, 4) derart miteinander koordiniert, dass das hydraulische Stellglied (1) durch das Schließen der beiden Hydraulikventile (3, 4) nicht verstellt wird.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Regeleinrichtung ein drittes und ein viertes Hydraulikventil (14, 15) aufweist,

- dass einem zweiten Arbeitsraum (10) des hydraulischen Stellgliedes (1) über das dritte Hydraulikventil (14) und die Hydraulikpumpe (6) Hydraulikflüssigkeit (8) zuführbar ist,

- dass die Hydraulikflüssigkeit (8) über das vierte Hydraulikventil (15) aus dem zweiten Arbeitsraum (10) in den Tank (9) ableitbar ist,

- dass die Steuereinrichtung (5) zum geregelten Einstellen des hydraulischen Stellgliedes (1) auch für das dritte und das vierte Hydraulikventil (14, 15) jeweils ein eigenes Steuersignal (C3, C4) ermittelt und an das jeweilige Hydraulikventil (14, 15) ausgibt.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) zum geregelten Verstellen des hydraulischen Stellgliedes (1) ausschließlich das erste und das vierte Hydraulikventil (3, 15) oder ausschließlich das zweite und das dritte Hydraulikventil (4, 14) öffnet und die beiden anderen Hydraulikventile (4, 14; 3, 15) geschlossen hält und dass die Steuereinrichtung (5) zum Beenden des geregelten Verstellens des hydraulischen Stellgliedes (1) zusätzlich auch die beiden anderen Hydraulikventile (4, 14; 3, 15) öffnet, so dass die Hydraulikflüssigkeit (8) unter Umgehung des ersten Arbeitsraumes (7) direkt von der Hydraulikpumpe (6) über das erste und das zweite Hydraulikventil (3, 4) sowie unter Umgehung des zweiten Arbeitsraumes (10) direkt von der Hydraulikpumpe (6) über das dritte und das vierte Hydraulikventil (14, 15) in den Tank (9) abgeleitet wird.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) nach dem zusätzlichen Öffnen auch der beiden anderen Hydraulikventile (4, 14; 3, 15) die vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) allmählich schließt und dass die Steuereinrichtung (5) das Schließen der vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) derart miteinander koordiniert, dass das hydraulische Stellglied (1) durch das Schließen der vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) nicht verstellt wird.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) die vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) derart ansteuert, dass sich im ersten oder im zweiten Arbeitsraum (7, 10) ein definierter Arbeitsdruck (p1*, p2*) einstellt.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (5) vorab eine zukünftig vorzunehmende Verstellung (V(t+)) des hydraulischen Stellgliedes (1) bekannt ist, dass die Steuereinrichtung (5) den definierten Arbeitsdruck (p1*, p2*) anhand der zukünftig vorzunehmenden Verstellung (V(t+)) des hydraulischen Stellgliedes (1) bestimmt und dass die Steuereinrichtung (5) die vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) derart ansteuert, dass sich der definierte Arbeitsdruck (p1*, p2*) im ersten oder im zweiten Arbeitsraum (7, 10) bereits zu einem Zeitpunkt einstellt, zu dem die zukünftig vorzunehmende Verstellung (V(t+)) des hydraulischen Stellgliedes (1) noch nicht vorgenommen wird.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) den definierten Arbeitsdruck (p1*, p2*) im ersten oder im zweiten Arbeitsraum (7, 10) durch entsprechende Ansteuerung der vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) zu einem Zeitpunkt einstellt, zu dem das hydraulische Stellglied (1) lastfrei ist.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) zum Aufrechterhalten des definierten Arbeitsdrucks (p1*, p2*) während des Verstellens des hydraulischen Stellgliedes (1) die vier Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) derart ansteuert, dass ein Verhältnis einer auf den ersten Arbeitsraum (7) bezogenen ersten Mengenänderung (q1) an Hydraulikflüssigkeit (8) zu einer auf den zweiten Arbeitsraum (10) bezogenen zweiten Mengenänderung (q2) an Hydraulikflüssigkeit (8) gleich einem Verhältnis einer auf den ersten Arbeitsraum (7) bezogenen wirksamen ersten Arbeitsfläche (A1) des hydraulischen Stellgliedes (1) zu einer auf den zweiten Arbeitsraum (10) bezogenen wirksamen zweiten Arbeitsfläche (A2) des hydraulischen Stellgliedes (1) ist.

11. Regeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikventile (3, 4, 14, 15) als Servoventile oder als Schaltventile ausgebildet sind.

12. Regeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Stellglied (1) als Hydraulikzylindereinheit oder als Hydromotor ausgebildet ist.

13. Regeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung das hydraulische Stellglied (1) lage-, geschwindigkeits- oder kraftgeregelt verstellt.

14. Regeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet ist und mit einem Softwaremodul (12) programmiert ist, so dass die Regeleinrichtung aufgrund der Programmierung der Steuereinrichtung (5) mit dem Softwaremodul (12) nach einem der obigen Ansprüche ausgebildet ist.

15. Softwaremodul, das Maschinencode (13) umfasst, dessen Abarbeitung durch eine softwareprogrammierbare Steuereinrichtung (5) einer an ein hydraulisches Stellglied (1) angebundenen Regeleinrichtung (2) bewirkt, dass die Regeleinrichtung (2) gemäß Anspruch 14 ausgebildet wird.

Zeichnung