DE102005014866A1

DE102005014866A1 - Anordnung zur feinfühligen Steuerung von hydraulischen Verbrauchern

Info

Publication number: DE102005014866A1
Application number: DE200510014866
Authority: DE
Inventors: Werner Kosean
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-05

Abstract

Es wird vorgeschlagen, eine Anordnung zur feinfühligen Steuerung von Arbeitszylindern mit einem hydraulischen Steuerventil für eine kontinuierliche Steuerung zu schaffen. Hierbei ist ein elektrisch oder hydraulisch steuerbarer Kolben des Ventils gegen eine Regelfeder einstellbar. Das Ventil ist als Sitzventil ausgebildet, das zwischen der Zuführung und der Abführung angeordnet ist. Hierbei sind beide Seiten des Kolbens zur Druckentlastung mit gleicher beaufschlagter Querschnittsfläche ausgebildet und über eine Verbindung im Kolben beide Seiten mit der Zuführung verbunden. Dem Ventilsitz mit einer gesteuerten Kammer ist eine Steuerkante zugeordnet, die mit einem Steuersteg des Kolbens korrespondiert und Nuten zur Feinsteuerung aufweist, die höhenabhängig von der Kolbenverstellung einstellbar sind. Ventile dieser Art sind jeweils im Zulauf und Ablauf angeordnet und mindestens mit einem Kolbenraum als Lastraum/Bodenraum des Arbeitszylinders verbunden, wobei eine Druckwaage jedem Ventil vor- oder nachgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur feinfühligen Steuerung von hydraulischen Verbrauchern, wie Arbeitszylinder, mit einem hydraulischen Steuerventil für eine kontinuierliche Steuerung eines hydraulischen Widerstandes zwischen Null und Unendlich, wobei ein elektrisch oder hydraulisch steuerbarer Kolben des Ventils gegen eine Regelfeder einstellbar ist.
Steuerungen zur Steuerung von Arbeitszylindern über Ventile dieser Art sind in vielen Ausführungen bekannt. Hierbei werden üblicherweise zwei Kammern über das Ventil in Abhängigkeit einer elektrischen Anschaltung verbunden oder getrennt. Es ist hierbei üblich, Anordnungen mit Längsschieberventilen oder Sitzventilen auszubilden. Bei Längsschieberventilen wird ein Steuerkolben in Längsrichtung verschoben. Die Trennung zwischen den Kammern wird durch entsprechende Überdeckungen bewirkt. Die Schaltzeiten sind abhängig vom Hub und den Überdeckungen. Prinzipbedingt haben diese Systeme Lecköl, d.h. es fließt Öl von der Hochzur Niederdruckseite. Die Leckölmenge ist abhängig vom Druckunterschied und von der Überdeckung. Der Vorteil dieses Systems ist die feinfühlige Regelung der Ölmenge während des Hubes durch sogenannte Feinsteuernuten. Bei Sitzventilen wird ein Steuerkolben in Längsrichtung verschoben. Die Trennung zwischen den Kanälen der Kammern wird durch eine metallische Dichtung am Ventilsitz und eine elastische Dichtung am Kolben erzielt. Diese Ventile haben kein Lecköl. Eine Feinsteuerung ist nicht vorgesehen. Die Schaltzeiten sind sehr kurz, da keine Überdeckungen überfahren werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, beim Einsatz von gattungsgemäßen Ventilen eine Feinsteuerung zu schaffen, das eine leckölfreie Ausbildung gewährleistet und unterschiedliche Ansteuerungen ermöglicht sowie für die unterschiedlichen Einsatzbereiche ausbildbar und anpaßbar und auch beim Ausfall einer angeschlossenen Sensorik eine Funktionsfähigkeit gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Ventil als Sitzventil ausgebildet ist und ein Durchfluß zwischen einem Zufluß, einer Kammer und einem Abfluß einer gesteuerten Kammer über einen Ventilsitz mittels eines Kolbens mit einem Ventilkegel steuerbar ist, wobei beide Seiten des Kolbens mit gleicher beaufschlagter Querschnittsfläche ausgebildet sind und über eine Verbindung im Kolben beide Seiten mit der Kammer zum Kraftausgleich verbunden sind sowie in der gesteuerten Kammer eine Steuerkante angeordnet ist, der ein Steuersteg des verstellbaren Kolbens zugeordnet und Nuten zur Durchtrittsteuerung aufweist und daß mindestens ein Kolbenraum als Lastraum/Bodenraum des Arbeitszylinders jeweils im Zulauf und Ablauf ein Ventil aufweist und eine Druckwaage jedem Ventil vor- oder nachgeschaltet ist.

Durch diese Ausführung wird durch die Zuordnung von Druckwaagen eine kontinuierliche feinfühlige Steuerung auch bei Ausfall einer angeschlossenen Sensorik ermöglicht und es wird durch das Sitzventil neben der kontinuierlichen Steuerung eines hydraulischen Widerstands zwischen Null und Unendlich zusätzlich erreicht, daß das Ventil im geschlossenen Zustand leckagefrei ist. Dadurch erfüllt dieses Steuerelement gleichzeitig eine zweite wichtige Funktion. Es kann als Sicherungselement zum Verhindern des ungewollten Absenkens von Lasten oder anderen sicherheitskritischen Bewegungen der mit diesem Ventil gesteuerten Bewegungen verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil ist die sehr einfache und aus systemtechnischer Sicht kostengünstige Realisierung unterschiedlichster Steuer- und Regelungskonzepte durch Kombination mehrerer dieser Ventile, wobei die Druckwaagen für Zulauf- und Rücklauffunktionen gleiche Einzelelemente aufweisen.

Ferner wird vorgeschlagen, daß Kolben- und Stangenraum des Arbeitszylinders jeweils im Zulauf und Ablauf ein Steuerventil mit einer Druckwaage aufweist.

Um die ausgeschobenen Mengen ganz oder teilweise der anderen Zylinderseite zur Durchführung eines einschaltbaren Eilganges zuzuführen, wird vorgeschlagen, daß ein 2/2 Wegesitzventil zwischen Kolben- und Stangenraum des Arbeitszylinders einschaltbar ist.

Zur Erhöhung der Lukölsicherheit des Verbrauchers ist vorgesehen, daß ein gebildeter Steuerraum der Druckwaage über eine elastische Dichtung zum Kolben abgedichtet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Ventils mit einer Ansteuerung über einen elektrisch gesteuerten Proportionalmagneten und einen Wegsensor,

2 eine vergrößerte Darstellung eines Ventils in einer Schließposition,

3 und 4 eine verkleinerte Darstellung, wie 2 in einer Feinsteuerstellung und einer offenen Stellung,

5 eine Anordnung zur druckunabhängigen Steuerung eines Arbeitszylinders über eine Steuereinheit mit positiver Last und jeweils einer dem Ventil zugeordneten Druckwaage im Zulauf und Ablauf des Bodenraumes des Arbeitszylinders,

6 eine Anordnung gemäß 5 mit einem Arbeitszylinder mit wechselnder Last und Druckwaagen in allen Zu- und Abläufen sowie einem zusätzlichen Ventil zwischen beiden Zylinderseiten für einen zuschaltbaren Eilgang und

7 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung gemäß 5 mit wechselnder Last und permanent regelbarem Eilgang.

Das für die Anordnung verwendete Ventil 20 mit seinem Gehäuse 1 besitzt einen Zufluß 2 mit einer Kammer 3 sowie einen Abfluß 4 mit einer gesteuerten Kammer 5. Die Kammern 3, 5 sind über einen Ventilsitz 6, der über einen Kolben 7 mit einem Ventilkegel 24 steuerbar ist, verbindbar.
Der Kolben 7 ist über eine Regelfeder 8 beaufschlagt und andererseits durch ein Betätigungselement 9 über einen elektrisch steuerbaren Antrieb 10, wie einen Proportionalmagneten, gegen den Druck der Regelfeder 8 verstellbar. In diesem Fall ist ein Wegsensor dem Antrieb 10 zugeordnet.
Der Kolben 7 ist dabei an beiden Seiten zum Kraftausgleich mit gleicher beaufschlagter Querschnittsfläche versehen und über eine Verbindung 11 im Kolben 7 beiderseits mit dem vorliegenden Druck der Kammer 3 beaufschlagt. Der Kolben 7 ist in diesem Fall über elastische Dichtungen 12 im Gehäuse 1 eingesetzt.
Zusätzlich ist der Kolben 7 mit einem Steuersteg 13 versehen, der in der gesteuerten Kammer 5 mit einer gehäuseseitigen Steuerkante 14 korrespondiert. Dieser Steuersteg 13 besitzt umfangseitige Nuten 15 als Feinsteuernuten über die Drucköl zuführbar ist. Gegebenenfalls werden diese Nuten 15 erst verstellabhängig freigegeben, wobei auch der freigegebene Querschnitt sich höhenabhängig verändern kann. Dieses wird wie beim Ausführungsbeispiel durch dreiecksförmige Nuten 15 erreicht.
Die Kammer 3 und der Abfluß 4 sind in diesem Fall mit entsprechenden Drucksensoren 17, 18 versehen, um eine druckunabhängige Regelung durchzuführen.
Durch die Bestromung des Proportionalmagneten 10 als Antrieb wird der Kolben 7 über das Betätigungselement 9 gegen die Kraft der Regelfeder 8 in die einzustellende Position verschoben, so daß das Druckmedium über den Ventilsitz 6 geführt wird. Hierbei wird über die Nuten 15 als Feinsteuernuten im Steuersteg 13 ein Querschnitt freigegeben, der bei dem vorliegenden Druckunterschied eine definierte Menge übertreten läßt.
Durch den Wegsensor 16 wird bei Einsatz einer zugeordneten Steuereinheit 19 der Einfluß der Strömungskraft eliminiert. Bei dieser Regelung ist die Menge abhängig vom Druckunterschied in den Kammern 3, 5.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 bis 7 ist das Ventil 20 zur Steuerung eines Arbeitszylinders 21 eingesetzt, wobei ein Kolbenraum 22 und Stangenraum 23 jeweils für einen Zulauf und einen Ablauf ein Ventil 20 aufweisen und in bekannter Weise mit einem Rücklauf 25 zum Tank und einer Druckzuführung 26 über eine Pumpe verbunden sowie über die Steuereinheit 19 die Ventile 20 schaltbar sind.
Gemäß 5 mit einer Anordnung als druckunabhängige Steuerung eines Arbeitszylinders 21 mit positiver Last sind in die Verbindungen mit dem Kolbenraum 22 jeweils Druckwaagen 28, 29 in der Zuführung 26 dem Ventil 20 vorgeschaltet und im Ablauf 25 dem Ventil 20 nachgeschaltet. Durch Abdichtung des Steuerraumes der Druckwaagen 28, 29 am Kolben mit einer Dichtung ist damit der Arbeitszylinder 21 leckölfrei.
Gemäß 6 sind zur druckunabhängigen Steuerung des Arbeitszylinders 21 mit wechselnder Last zusätzlich in die Verbindungen mit dem Stangenraum 23 ebenfalls Druckwaagen 30, 31 angeordnet. Zusätzlich sind der Kolbenraum 22 und der Stangenraum 23 des Arbeitszylinders 21 durch ein 2/2 Wegesitzventil 32 verbunden, um einen Eilgang einzuschalten. Hierdurch kann die ausgeschobene Menge bei einer Senkbewegung ganz oder teilweise von dem Stangenraum 23 dem Kolbenraum des Arbeitszylinders 21 zugeführt werden.
Gemäß 7 ist eine Anordnung für eine druckunabhängige Steuerung eines Arbeitszylinders 21 mit wechselnder Last und permanent regelbarem Eilgang ausgeführt. Durch gleichzeitige Betätigung für eine Senkbewegung und die Betätigung eines regelbaren 2/2 Wegesitzventils 33 wird die ausgeschobene Menge des Stangenraumes 23 ganz dem Kolbenraum 22 des Arbeitszylinders 21 zugeführt.

Claims

Anordnung zur feinfühligen Steuerung von hydraulischen Verbrauchern, wie Arbeitszylinder, mit einem hydraulischen Steuerventil für eine kontinuierliche Steuerung eines hydraulischen Widerstandes zwischen Null und Unendlich, wobei ein elektrisch oder hydraulisch steuerbarer Kolben des Ventils gegen eine Regelfeder einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (20) als Sitzventil ausgebildet ist und ein Durchfluß zwischen einem Zufluß (2), einer Kammer (3) und einem Abfluß (4) einer gesteuerten Kammer (5) über einen Ventilsitz (6) mittels eines Kolbens (7) mit einem Ventilkegel (24) steuerbar ist, wobei beide Seiten des Kolbens (7) mit gleicher beaufschlagter Querschnittsfläche ausgebildet sind und über eine Verbindung (11) im Kolben (7) beide Seiten mit der Kammer (3) zum Kraftausgleich verbunden sind sowie in der gesteuerten Kammer (5) eine Steuerkante (14) angeordnet ist, der ein Steuersteg (13) des verstellbaren Kolbens (7) zugeordnet und Nuten (15) zur Durchtrittsteuerung aufweist und daß mindestens ein Kolbenraum (22) als Lastraum/Bodenraum des Arbeitszylinders (21) jeweils im Zulauf (26) und Ablauf (25) ein Ventil (20) aufweist und eine Druckwaage (28, 29) jedem Ventil (20) vor- oder nachgeschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben- und Stangenraum (22, 23) des Arbeitszylinders (21) jeweils im Zulauf und Ablauf (26, 25) ein Steuerventil (20) mit einer Druckwaage (28, 29, 30, 31) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein 2/2 Wegesitzventil (32) zwischen Kolben- und Stangenraum (22, 23) des Arbeitszylinders (21) einschaltbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gebildeter Steuerraum der Druckwaage (28, 29, 30, 31) über eine elastische Dichtung zum Kolben abgedichtet ist.