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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltungsanordnung zum Steuern
eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden doppelt
wirkenden Arbeitszylinders mittels eines in Kolbenschieberbauweise
ausgeführten
Mehrwegeventils, welches das als Arbeitsmedium dienende Fluid jeweils
einem der größenunterschiedlichen
Hubräume
des Arbeitszylinders zuführt
und von dem anderen Hubraum während
des Kolbenhubes abströmen lässt, wobei
das beim Kolbenhub aus dem kleinen Hubraum verdrängte Fluid über eine als Zu- und Abfuhrleitung
dienende Leitung zum Mehrwegeventil geführt und über das Mehrwegeventil in eine
von dem zugeordneten Anschluss des Mehrwegeventils zum großen Hubraum
führende
Leitung zurückgespeist
wird und das beim Kolbenhub aus dem großen Kolbenraum verdrängte Arbeitsmedium
dem Tank zugeführt
wird.
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Eine
Schaltungsanordnung mit den vorgenannten Merkmalen ergibt sich aus
der
DE 30 00 260 C2 .
Die darin im einzelnen beschriebene Ausbildung eines als Steuerventil
für die
Kolbenbewegungen des Arbeitszylinders einzusetzenden Mehrwegeventils soll
ein Verfahren des Kolbens des Arbeitszylinders mit Differentialwirkung,
das heißt
mit einer schnellen Kolbenbewegung ermöglichen, indem eine Rückspeisung
des beim Arbeitshub des Differentialzylinders, das heißt beim
Ausfahren der Kolbenstange, aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders
verdrängten
Fluids in die vom Mehrwegeventil zum großen Hubraum des Arbeitszylinders
führende
Leitung vorgesehen ist, so dass die Pumpe sowohl beim Arbeitshub
des Arbeitszylinders als auch bei dessen Rückhub mit einem Einfahren der
Kolbenstange jeweils nur die gleiche Fördermenge liefern muss. Da zusätzlich beim
Rückhub
des Arbeitszylinders die aus dem großen Hubraum verdrängte Fluidmenge größer ist
als die beim Arbeitshub des Arbeitszylinders aus dem kleinen Hubraum
verdrängte
Fluidmenge sind bei dem aus der
DE 30 00 260 C2 bekannten Mehrwegeventil
sechs externe Anschlüsse ausgebildet.
Zusätzlich
zu den Standard-Anschlüssen
P, A, B, T eines Standardkolbenschieberventils mit vier Anschlusslöchern ist
in dem Gehäuse
zunächst
ein zweiter externer Anschluss A2 ausgebildet, der über eine
zusätzliche
ventilexterne Leitungsverbindung an die vom Anschluss A zum größeren Hubraum
des Arbeitszylinders führende
Zu- und Abfuhrleitung angeschlossen ist, um beim Arbeitshub des
Arbeitszylinders die aus dem kleinen Hubraum verdrängte Flüssigkeit
unter Umgehung der Pumpe rückspeisen
zu können.
Weiterhin ist ein zweiter externer Anschluss T2 vorgesehen, um den
beim Rückhub
des Arbeitszylinders aus dem großen Hubraum verdrängten Fluidstrom
aufteilen und über
das Mehrwegeventil zum Tank abführen
zu können.
Entsprechend weist das Mehrwegeventil einen speziellen Steuerkolben
mit drei Kolbenbunden auf, da zur Steuerung der jeweiligen Anschlussverbindungen mindestens
fünf Steuerkanten
erforderlich sind.
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Mit
dem bekannten Steuerventil ist der wesentliche Nachteil verbunden,
dass das Steuerventil ein von der Standardausführung entsprechender Kolbenschieberventile
abweichendes Lochbild mit sechs externen Anschlüssen aufweist, sowie ferner
einen speziell dafür
ausgebildeten Steuerkolben.
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Soweit
die externen Anschlüsse
von Mehrwegeventilen durch die DIN 24340 genormt sind, sieht diese
Norm auch ein Mehrwegeventil mit fünf Anschlüssen vor, welches in seinem
Durchflussverhalten beziehungsweise Mengendurchfluss günstig ist,
wobei der neben den üblichen
Anschlüssen
P, A, B, T bestehende fünfte
Anschluss als ein zweiter Tankanschluss eingerichtet ist. In der
betrieblichen Praxis ist diese Ventilbauart jedoch mit einer den fünften Anschluss
mit dem Tankanschluss (T) verbindenden inneren Tankbrücke versehen,
so dass beim betrieblichen Einsatz dieser genormten Ventilbauart der
fünfte
Anschluss nicht belegt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine Nutzung
eines genormten, fünf
Anschlüsse
aufweisenden Mehrwegeventils als Steuerventil ermöglicht.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche
dieser Beschreibung nachgestellt sind.
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Die
Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass das Mehrwegeventil
ein genormtes Ventil mit fünf
einzelnen, durch einen Steuerschieber gesteuerten Anschlüssen ohne
eine im Inneren des Ventilkörpers
ausgebildete Brücke
ist, wobei die fünf Anschlüsse einen
Pumpenanschluss (P), einen Tankanschluss (T), einen mittels der
als Zu- und Abfuhrleitung wirkenden Leitung mit dem großen Hubraum
verbundenen Anschluss (A) und einen mittels der Leitung mit dem
kleinen Hubraum verbundenen Anschluss (B) umfassen und der fünfte Anschluss
(V) über
eine zusätzliche
Zufuhrleitung mit dem großen Hubraum
des Arbeitszylinders verbunden ist, wobei der große Hubraum
des Arbeitszylinders zusätzlich zu
seiner zum Mehrwegeventil führenden
Zu- und Abfuhrleitung mittels einer weiteren Abfuhrleitung unter
Umgehung des Mehrwegeventils mit dem Tank verbunden ist und in die
Abfuhrleitung ein druckabhängiges
Umschaltventil eingeschaltet ist, welches von einer in die Leitungsverbindung
zwischen dem Tankanschluss (T) des Mehrwegeventils und dem Tank
eingeschalteten Messblende gesteuert ist.
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Mit
der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass über die vier Steuerkanten des
Mehrwegeventils jeweils der gleiche Durchfluss an Fluid geführt ist, so
dass alle Steuerkanten bei allen Betriebsstellungen des Arbeitszylinders
jeweils in einer symmetrischen Belastung beaufschlagt sind, ohne
dass Veränderungen
an dem genormten, fünf
Anschlüsse
aufweisenden Mehrwegeventil vorzunehmen sind. Vielmehr wird nunmehr
lediglich der zur Verfügung
stehende fünfte
Anschluss genutzt. Aufgrund der äußeren zusätzlichen
Leitungsverbindung zwischen dem fünften Anschluss und dem großen Hubraum
des Arbeitszylinders einerseits und der zwischen dem großen Hubraum
des Arbeitszylinders und dem Tank geschaffenen zusätzlichen
Verbindung andererseits ist es möglich,
große
Durchflussmengen an Fluid in der Schaltungsanordnung zur Verfügung zu
haben und über
das Mehrwegeventil zu führen,
ohne dessen symmetrische Belastung zu verändern.
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Bei
derartigen Steuerungen von Differentialzylindern tritt als zusätzliche
Forderung auf, zumindest am Ende des Arbeitshubes bei ausgefahrener Kolbenstange
die volle, von der Pumpe zur Verfügung gestellte Kraft nicht
mehr zum Bewegen des Kolbens, sondern als Haltekraft einzusetzen.
Hierzu ist bei der in der
DE
30 00 260 C2 beschriebenen Anordnung zusätzlich in
die zwischen dem Anschluss A2 des Mehrwegeventils und der zum größeren Hubraum
des Arbeitszylinders führenden
Zu- und Abfuhrleitung verlaufende Verbindungsleitung ein Wegeventil
mit zwei Schaltstellungen eingeschaltet. Wenn sich die Kolbenstange
in der ausgefahrenen Stellung befindet, schaltet das Wegeventil
in eine Stellung um, in welcher die über das Steuerventil realisierte
Rückspeisungs-Verbindung
zwischen dem kleinen Hubraum und dem großen Hubraum des Arbeitszylinders unterbrochen
und nunmehr der kleine Hubraum des Arbeitszylinders unmittelbar
an den Tank angeschlossen ist. Bei einer solchen Schaltstellung
des Wegeventils wirkt dem an der großen Fläche des Kolbens des Arbeitszylinders
im großen
Hubraum wirkenden Druck kein Druck in dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders
mehr entgegen, so dass die Haltekraft gegenüber dem Zustand beim Ausfahren
der Kolbenstange jedenfalls bei symmetrischer Ausbildung des Arbeitszylinders
auf das doppelte erhöht ist.
Mit der bekannten Ausführung
ist allerdings der Nachteil verbunden, dass das zusätzliche
Wegeventil einen vermehrten Aufwand bei der entsprechenden Ausgestaltung
des Steuerung insgesamt bedeutet, insbesondere auch deswegen, weil
dieses Wegeventil auf die gleiche Nenngröße ausgelegt sein muss wie
das der Hauptsteuerung des Arbeitszylinders dienende Steuerventil,
soweit in dem angesprochenen Funktionsfall der Anschluss des kleinen
Hubraumes des Arbeitszylinders an dem Tank der gleiche Durchlass
an Fluid über
das Wegeventil zu führen
ist, wie dies für
das Steuerventil gilt.
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Hierzu
ist es aus der
WO 98/01677 wie
auch der
WO 98/01678 jeweils
bekannt, das hydraulische Steuerventil zu modifizieren, indem ein
weiterer siebter externer Anschluss vorgesehen und der Ventilkolben
entsprechend mit sieben Steuerkanten ausgebildet ist. Gleichzeitig
ist eine weitere externe Verbindungsleitung vorgesehen. Bei dieser
Modifikation ist zwar das zusätzliche
Wegeventil entfallen, jedoch zeichnet sich das modifizierte Steuerventil
durch eine noch kompliziertere Ausgestaltung von Ventilgehäuse und
Steuerkolben aus. Nachteilig ist weiterhin, dass der Zeitpunkt des
Umschaltens zwischen der schnellen Kolbenbewegung und dem Aufbringen
der vollen Haltekraft von der konstruktiven Auslegung des Steuerkolbens
abhängig
ist.
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Insofern
sieht die Erfindung in einer besonderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prinzips
zur Nutzung der an dem genormten Mehrwegeventil vorhandenen fünf Anschlüsse vor,
dass sich die vom fünften
Anschluss (V) des Mehrwegeventils wegführende Leitung in die mit einem
eine zum großen
Hubraum des Arbeitszylinders gerichtete Durchlassrichtung aufweisenden
Rückschlagventil
versehene Zufuhrleitung zum großen
Hubraum des Arbeitszylinders und in eine zum Tank führende Abfuhrleitung
verzweigt, wobei in die Abfuhrleitung ein extern ansteuerbares Sperrventil
zum Öffnen
und Schließen
der Verbindung zwischen dem fünften
Anschluss (V) des Mehrwegeventils und dem Tank eingeschaltet ist.
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Bei
dieser Ausgestaltung des Mehrwegeventils ist nun einerseits weiterhin über den
fünften
Anschluss und die zum großen
Hubraum des Arbeitszylinders führende
Zufuhrleitung die bei der Rückspeisung
bei schneller Kolbenfahrt dienende Verbindung des externen Anschlusses
B mit dem großen
Hubraum des Arbeitszylinders gegeben, soweit durch den Kolbenschieber
der Anschluss B mit dem fünften Anschluss
V verbunden ist und das in die außenliegende Zufuhrleitung eingeschaltete
Rückschlagventil die
Verbindung vom fünften
Anschluss in Richtung zum großen
Hubraum des Arbeitszylinders freigibt. Soll von schneller Kolbenfahrt
auf die volle Haltekraft umgeschaltet werden, so ist, wie beim Stand
der Technik auch, die Verbindung vom Anschluss B zum Tank zu öffnen, was
durch die Umschaltung des in die abgezweigte und zum Tank führende Leitung
eingeschalteten Sperrventils von dessen Sperrstellung in dessen
Offenstellung geschieht, so dass nun der fünfte Anschluss unmittelbar über die
zum Tank führende
und durch die Umschaltung des Sperrventils geöffnete Leitung entlastet. Somit
ist die Umschaltung von schneller Kolbenfahrt auf volle Haltekraft
zu jedem Zeitpunkt, dass heißt
in jeder Stellung des Kolbens des Arbeitszylinders möglich, weil
es lediglich der von extern zu bewirkenden Ansteuerung des in die
Abfuhrleitung eingeschalteten Sperrventils bedarf. Somit ist die
erfindungsgemäße Ausgestaltung der
hydraulischen Schaltungsanordnung hinsichtlich des Zeitpunktes der
vorgenannten Umschaltung von der Bauweise des genormten Steuerventils
unabhängig.
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Vorzugsweise
ist dabei das ventilinterne Sperrventil ein elektrisch ansteuerbares
Sperrventil.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es
zeigen:
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1 eine
hydraulische Schaltungsanordnung mit daran angeschlossenem Arbeitszylinder
in einer schematisierten Darstellung,
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2 die
Schaltungsanordnung gemäß 1 in
einer anderen Ausführungsform
mit einer Umschaltmöglichkeit
von schneller Kolbenfahrt auf Erhöhung der Haltekraft.
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Eine
sich zunächst
aus 1 ergebende hydraulische Schaltungsanordnung bezieht
sich auf einen Arbeitszylinder 10 mit einem darin verschieblichen
und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden Kolben 1l,
der mit einer aus dem Arbeitszylinder 10 herausragenden
Kolbenstange 12 versehen ist. Der Kolben 11 unterteilt
den Arbeitszylinder 10 in einen großen Hubraum 13 und
in einen kleinen Hubraum 14. Jeder Hubraum 13, 14 ist über eine
an ihm angeschlossene Zu- und zugleich Abfuhrleitung 15 beziehungsweise 16 für das Fluid
mit den Verbraucheranschlüssen
A, B eines Mehrwegeventils 17 als Steuerventil verbunden,
wobei dem Mehrwegeventil 17 weiterhin eine Pumpe 18 und
ein Tank 19 zugeordnet sind.
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Das
Mehrwegeventil 17 weist gemäß DIN 24340 fünf Anschlüsse auf,
wobei dieses genormte Ventil keine innere Brückenverbindung zwischen zwei
Anschlüssen
aufweist. Zunächst
sind an dem Ventilgehäuse
des Mehrwegeventils 17 vier Standard-Anschlüsse P, A,
B, T ausgebildet, wobei der Anschluss P mit der Pumpe 18,
der Anschluss A über die
Zu- und Abfuhrleitung 15 mit dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 und der Anschluss B über die
Zu- und Abfuhrleitung 16 mit dem kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Dem Tankanschluss T
ist der Tank 19 zugeordnet. Soweit das Mehrwegeventil 17 über einen
fünften
Anschluss V verfügt,
ist dieser Anschluss V über
eine Zufuhrleitung 20 mit dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 verbunden.
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Die
Funktion des in dem Mehrwegeventil 17 angeordneten Steuerkolbens
ist in der Zeichnung durch die Anordnung von vier Steuerkanten des Steuerkolbens
beziehungsweise dadurch ausgebildete Drosseln 21 bis 24 verdeutlicht.
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Beim
Ausfahren des Kolbens 11 mit Kolbenstange 12 aus
dem Arbeitszylinder 10 ist die Pumpe 18 über die
Drossel 21 mit dem Anschluss A des Mehrwegeventils 17 verbunden,
so dass der von der Pumpe 18 erzeugte Fluid-Förderstrom über die Leitung 15 in
den großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 eingeleitet
wird. Gleichzeitig ist aufgrund der entsprechenden Ausbildung und
Stellung des Steuerkolbens der Tankanschluss T gesperrt, ebenso
die Verbindung von P nach B. Das bei der entsprechenden Ausschubbewegung
der Kolbenstange 12 aus dem kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid fließt über die
Zu- und Abfuhrleitung 16 zum Anschluss B des Mehrwegeventils 17,
wobei die Verbindung von B nach V durch die Kolbenstellung geöffnet ist,
so dass das aus 14 abfließende Fluid über die
Drossel 22 an den Anschluss V gelangt und von hieraus über die
Zufuhrleitung 20 ebenfalls dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 zugeleitet wird.
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Beim
Einfahren der Kolbenstange in den Arbeitszylinder 10 ist
nun der Anschluss P über
die Drossel 23 mit dem Anschluss B verbunden, wobei die
Verbindung von P nach A gesperrt ist. Gleichzeitig ist auch die
Verbindung von B nach V gesperrt. Soweit nun auch das aus dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid abfließen muss,
besteht ein Abflussweg über
die Zu- und Abfuhrleitung 15 zum Anschluss A des Mehrwegeventils 17,
der aufgrund der entsprechenden Kolbenstellung über die Drossel 24 mit
T verbunden ist, so dass das Fluid von T über die Leitung 25 zum
Tank 19 abfließen
kann. Um eine unsymmetrische Belastung der Drossel 24 durch
die entsprechend große,
aus dem großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluidmenge
zu vermeiden, ist an den großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 eine zusätzliche
Abfuhrleitung 26 angeschlossen, die unter Umgehung des
Mehrwegeventils 17 zum Tank 19 geführt ist.
Zur Steuerung des Abflusses des Fluides aus dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 ist in die zusätzliche Abfuhrleitung 26 ein
druckabhängiges
Umschaltventil 27 eingeschaltet. Zur Ansteuerung dieses
druckabhängigen
Umschaltventils 27 ist in die vom Anschluss T zum Tank 19 führende Leitung 25 eine
Messblende 28 eingeschaltet, wobei eine Messleitung 29 stromaufwärts der
Messblende 28 mit dem druckabhängigen Umschaltventil 27 verbunden
ist. Mit dieser Schaltung ist sichergestellt, dass bei Erreichen
eines vorgegebenen Drucks in dem Leitungsweg 15 – Drossel 24 – Leitung 25 die weitere
Abfuhrleitung 26 durch das druckabhängige Umschaltventil 27 geöffnet wird,
so dass das aus dem großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 insgesamt zu
verdrängende
Fluidvolumen auf die beiden genannten Strömungswege aufgeteilt wird,
ohne dass es zu einer unsymmetrischen Belastung der Drossel 24 innerhalb
des Mehrwegeventils 17 kommt.
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In 2 ist
eine Weiterbildung der vorstehend zu 1 beschriebenen
Schaltungsanordnung dargstellt, bei welcher nun eine Umschaltmöglichkeit von
dem sogenannten Eilgang des Arbeitszylinders 10 mit schneller
Ausschubbewegung der Kolbenstange 12 auf einen Zustand
mit hoher Haltekraft möglich
ist. Wie im Stand der Technik grundsätzlich vorgegeben, muss dabei
der kleine Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 zum
Tank 19 hin entlastet werden, damit im kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 kein Druck mehr ansteht. Hierzu ist
die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung dahingehend
weitergebildet, dass die vom fünften
Anschluss V des Mehrwegeventils 17 wegführende Leitung sich in die
zum großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 führende Zufuhrleitung 20 und
in eine zum Tank 19 führende
Abfuhrleitung 31 verzweigt. Damit nicht bei dem Rückhub des
Kolbens 11 das aus dem großen Hubraum 13 verdrängte Fluid über die
Leitung 20 zur weiteren Abfuhrleitung 31 und damit
zum Tank 19 abfließen
kann, ist in die Abfuhrleitung 20 ein Rückschlagventil 30 mit
einer zum großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 gerichteten
Durchlassrichtung eingeschaltet. Damit ist dieser Weg vom großen Hubraum 13 zum
Tank 19 hin gesperrt.
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Weiterhin
ist in die zusätzliche
Abfuhrleitung 31 ein extern ansteuerbares Sperrventil 32 zum Öffnen und
Schließen
der Verbindung zwischen dem fünften
Anschluss V des Mehrwegeventils 17 und dem Tank 19 eingeschaltet.
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In
der sogenannten Eilgangsschaltung, also beim schnellen Vorfahren
des Kolbens 11 in dem Arbeitszylinder 10 mit Ausschub
der Kolbenstange 12 befindet sich das Sperrventil 32 in
der Sperrstellung, so dass das aus dem kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid vom Anschluss B über V und
die davon abgehende Zufuhrleitung 20 zum großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 fließt, wobei sich in dieser Fließrichtung
das Rückschlagventil 30 öffnet. Soll
nun auf die volle Haltekraft im Arbeitszylinder 10 umgeschaltet
und insofern eine Verbindung des kleinen Hubraums 14 zum
Tank 19 hergestellt werden, so wird das Sperrventil 32 in
die Offenstellung geschaltet, so dass der Verbindungsweg von dem
kleinen Hubraum 14 über
den fünften Anschluss
V und die weitere Abfuhrleitung 31 zum Tank 19 freigegeben
ist. In dieser Stellung sperrt das Rückschlagventil 30 den
Weg vom unter Pumpendruck stehenden großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10, so dass hier eine Entlastung des großen Hubraums 13 über die
Leitung 20 zum daran über
die weitere Abfuhrleitung 31 angeschlossenen Tank 19 nicht
möglich
ist.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der
Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser
Unterlagen können
einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.