DE10319704B4

DE10319704B4 - Steuervorrichtung für die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern

Info

Publication number: DE10319704B4
Application number: DE2003119704
Authority: DE
Inventors: Miroslav Dalik
Original assignee: Inova Praha S R O; INOVA Praha sro
Current assignee: Inova Praha S R O; INOVA Praha sro
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2023-05-03
Also published as: DE10319704A1

Abstract

Steuervorrichtung für die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern, wie z. B. von Hydraulikzylindern, mit mindestens einem Eingangsanschluß (1) für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und mindestens einem Ausgangsanschluß (2) für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers, wobei eine Einrichtung zum Bereitstellen eines maximalen Fluiddrucks und/oder maximalen Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß und eine Einrichtung zum Bereitstellen eines ersten reduzierten Fluiddrucks und/oder eines ersten reduzierten Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung (18, 25) zum Bereitstellen eines zweiten reduzierten Fluiddrucks, der kleiner als der erste reduzierte Fluiddruck ist, und/oder eines zweiten reduzierten Fluiddurchflusses, der geringer als der erste reduzierte Fluiddurchfluß ist, vorgesehen ist, wobei der Eingangs- und der Ausgangsanschluß über eine erste Leitung, die ein ansteuerbares Hauptventil (3) aufweist, und über eine zweite Leitung, die ein erstes ansteuerbares Durchlaßventil (4) und ein erstes druck- und/oder durchflußbegrenzendes Element (10) aufweist, miteinander verbindbar sind und daß Eingangs- und Ausgangsanschluß (1, 2) zusätzlich über eine dritte Leitung, die ein zweites ansteuerbares Durchlaßventil (18) und ein zweites druck- und/oder durchflußbegrenzendes Element (25) aufweist, miteinander verbindbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern, wie z. B. von Hydraulikzylindern, mit mindestens einem Eingangsanschluß für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und mindestens einem Ausgangsanschluß für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers.
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von hydraulischen Antrieben und Steuerungen für verschiedene Maschinen, wie z. B. Werkzeugmaschinen aber auch Prüfmaschinen, bekannt.
Die vorliegende Erfindung wurde für die Ansteuerung von Prüfmaschinen entwickelt und wird daher im folgenden im Zusammenhang mit Prüfmaschinen erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nicht auf die Ansteuerung von Prüfmaschinen beschränkt ist, sondern auch Prüfsysteme, Prüfzylinder und ganz allgemein die Steuerung von hydraulischen Verbrauchern betrifft.
Prüfmaschinen sind komplette Systeme, die beispielsweise zur Untersuchung von mechanisch-physikalischen Eigenschaften von Werkstoffproben dienen können. Mit Hilfe einer Prüfmaschine können beispielsweise Zug, Druck, Biegung, Torsion oder kombinierte Belastungsarten auf die Werkstoffprobe aufgebracht werden. Es gibt häufig genormte Prüfverfahren, die vor der serienmäßigen Verwendung von neuentwickelten Werkstoffen und/oder Konstruktionen an entsprechenden Werkstoffproben durchgeführt werden müssen.
Um die Werkstoffprobe mit Kraft zu beaufschlagen, werden hauptsächlich Hydraulikzylinder verwendet, wobei während der Prüfbelastung beispielsweise die von dem Hydraulikzylinder auf die Werkstoffprobe aufgebrachte Kraft sowie die Kolbenbewegung gemessen werden können. Prüfmaschinen sind im allgemeinen derart konstruiert, daß entsprechend genormte Probenkörper einfach, zügig und vor allem sicher in den Kraftfluß eingespannt werden können.
In Prüfmaschinen werden häufig Hydraulikzylinder, d. h. Zylinder, bei denen die Energie- und Signalübertragung durch Druckflüssigkeiten wie z. B. Öl erfolgt, verwendet, da sie im allgemeinen eine hohe Leistungsdichte aufweisen, da sie relativ große Kräfte und relativ große Drehmomente bei relativ kleinem Bauvolumen ermöglichen, da die Regelungen und/oder Steuerungen einfach ausgeführt werden können, um Geschwindigkeiten, Drehmomente und/oder Kräfte stufenlos zu regeln, und da sie eine exakte Positionierung erlauben. Hydraulikzylinder bzw. Hydrozylinder werden auch als hydraulische Linearantriebe bezeichnet. Sie werden darüber hinaus hauptsächlich zur Erzeugung von Vorschubbewegungen für Werkzeuge und Werkstücke, zur Erzeugung von Schnittbewegungen an Hobel-, Stoß- und Räummaschinen sowie zur Bewegungserzeugung an Pressen sowie an Druck- und Spritzgußmaschinen verwendet.
Konstruktiv wird zwischen einfach wirkenden und doppelt wirkenden Hydraulikzylindern unterschieden, wobei einfach wirkende Zylinder nur eine Kolbenfläche haben. Die Kolbenstange dient bei den einfach wirkenden Zylindern direkt als Kolben. Doppelt wirkende Zylinder weisen hingegen zwei druckbeaufschlagte Kolbenseiten auf, so daß die Zylinder in beiden Richtungen hydraulisch betätigt werden können. Zur Steuerung des Ölstromes für die doppelt wirkenden Zylinder finden im allgemeinen sogenannte Durchfluß-Servoventile Anwendung. Diesen Servoventilen wird ein elektrischer Strom zugeführt, der je nach Vorzeichen eine der beiden Zylinderkammern auswählt und damit die Kraftrichtung bestimmt. Bei der Verwendung von Prüfmaschinen werden daher nacheinander verschiedene Prüfkörper in den Kraftfluß eingebracht und dann mit Hilfe des Hydraulikzylinders einer entsprechenden Belastung ausgesetzt.
Aus Gründen der Sicherheit für das Bedienungspersonal müssen die hydraulisch betriebenen Maschinen so konstruiert sein, daß Verletzungen durch den sich bewegenden Hydraulikzylinder verhindert werden. Dies kann beispielsweise durch zusätzlich angebaute Verdeckungen erreicht werden, die ein Hineingreifen in die Gefahrstelle ausschließen. Feste Verdeckungen können jedoch bei den meisten Prüfmaschinen nicht verwendet werden, da verfahrensbedingt in regelmäßigen Abständen der Prüfkörper aus dem Kraftfluß entfernt und ein neuer Prüfkörper eingesetzt werden muß. Mit anderen Worten muß in regelmäßigen Abständen in die Gefahrstelle eingegriffen werden können. Daher sind bereits bewegliche Verdeckungen, wie z. B. Schutzfenster, eingesetzt worden, die in einer Schutzstellung die Gefahrstelle verdecken. Die hydraulisch betriebene Maschine ist dabei im allgemeinen so konstruiert, daß sich eine gefahrbringende Bewegung des hydraulisch betriebenen Elements erst einleiten läßt, wenn das Schutzfenster in der Schutzstellung ist. Zusätzlich sind Vorrichtungen vorgesehen, die bei Öffnen des Schutzfensters die Bewegung des hydraulischen Elements unterbrechen.
Insbesondere bei den Prüfmaschinen ist es jedoch notwendig, daß zum Einsetzen des Prüfkörpers in den Kraftfluß der entsprechende Prüfkörper manuell fixiert werden muß, bis der entsprechende Hydraulikzylinder den Prüfkörper unter Aufbringung zumindest einer minimalen Kraft selbsttätig hält. In diesen Fällen können die bekannten Sicherheitseinrichtungen nicht eingesetzt werden. U. a. aus diesem Grund gibt es bereits Steuervorrichtungen für die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern mit mindestens einem Eingangsanschluß für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und mindestens einem Ausgangsanschluß für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers, wobei eine Einrichtung zur Bereitstellung eines maximalen Fluiddrucks und/oder maximalen Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß und eine Einrichtung zum Bereitstellen eines reduzierten Fluiddrucks und/oder eines reduzierten Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß vorgesehen ist. Es kann somit je nach Bedarf zwischen einem niedrigen Druck und einem hohen Druck umgeschaltet werden, wobei während des Einrichtens, d. h. während der Prüfkörper manuell gehalten werden muß, bis er von dem entsprechenden Hydraulikzylinder ergriffen wird, mit dem niedrigen Druck gearbeitet wird.
Eine gattungsgemäße Steuervorrichtung ist aus der DE 199 59 569 A1 bekannt.
Die bekannten Steuersysteme haben jedoch den Nachteil, daß der Niederdruck entweder so niedrig ist, daß zwar keine Gefahr für den Benutzer besteht, jedoch eine zuverlässige Steuerung des Hydraulikzylinders nur begrenzt möglich ist, oder, um eine zuverlässige Steuerung zu ermöglichen, der Niederdruck immer noch so groß ist, daß eine erhebliche Gefahr für den Benutzer bestehen kann. Darüber hinaus hängt die Bewegungsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders während des Einstellens von der an die Steuervorrichtung angeschlossenen hydraulischen Last an, so daß die Steuervorrichtung manuell auf die entsprechende hydraulische Last eingestellt werden muß, um den gewünschten Fluiddruck im Einstellbereich zu erreichen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung und eine Steuervorrichtung zum Ansteuern von hydraulischen Verbrauchern, wie z. B. von Hydraulikzylindern, zur Verfügung zu stellen, mit dem eine zuverlässige Steuerung des hydraulischen Verbrauchers möglich ist und zugleich die Gefahr für den Benutzer minimiert wird.
Dadurch können die erfindungsgemäßen drei unterschiedlichen Drücke bzw. drei unterschiedlichen Durchflußmengen durch eine einzige Fluidquelle, d. h. beispielsweise eine einzige Hydropumpe, zur Verfügung gestellt werden, da die reduzierten Fluiddrücke bzw. die reduzierten Durchflußmengen durch die beiden druck- und/oder durchflußbegrenzenden Elemente zur Verfügung gestellt werden.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann ein Steuerverfahren durchgeführt werden, das die Schritte aufweist:

– Anlegen einer ersten druck- und/oder durchflußbegrenzten Fluidzuführung an den hydraulischen Verbraucher während eines ersten Zeitintervalls,
– Anlegen einer zweiten druck- und/oder durchflußbegrenzten Fluidzuführung an den hydraulischen Verbraucher während eines zweiten Zeitintervalls, das auf das erste Zeitintervall folgt, wobei die zweite Fluidzuführung einen höheren Druck und/oder einen höheren Durchfluß als die erste Fluidzuführung zur Verfügung stellt,
– Anlegen einer dritten Fluidzuführung, die Fluid mit dem maximalen Arbeitsdruck und dem maximalen Durchfluß zur Verfügung stellt, während eines dritten Zeitintervalls, das auf das zweite Zeitintervall folgt.

Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß drei verschiedene Drücke oder drei verschiedene Durchflußmengen zur Verfügung gestellt. Während des ersten Intervalls wird nur ein sehr geringer Druck bzw. eine sehr geringe Durchflußmenge von der Steuervorrichtung zu dem Hydraulikzylinder weitergeleitet. Diese Druck- bzw. Durchflußmenge genügt, um den Hydraulikzylinder so weit zu bewegen, daß er den entsprechenden Prüfkörper erfassen kann. Eine genaue Steuerung des Hydraulikzylinders ist jedoch mit diesem Druck nicht möglich. Während dieses ersten Zeitintervalls kann jedoch der Benutzer nahezu gefahrlos den Prüfkörper in die Kraftstrecke einbringen, da die Schließgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders begrenzt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Schließgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders während des ersten Zeitintervalls kleiner oder gleich 50 mm/s, vorzugsweise kleiner oder gleich 20 mm/s und besonders bevorzugt kleiner als 10 mm/s.
Sobald der Hydraulikzylinder so weit eingestellt ist, daß der Prüfkörper der Prüfmaschine gehalten wird, kann der Benutzer seine Hand aus der Maschine nehmen und die gegebenenfalls vorhandene bewegliche Verdeckung, beispielsweise in Form eines Schutzfensters, in die Schließstellung bringen. Nun kann während des zweiten Zeitintervalls ein höherer Druck bzw. ein höherer Durchfluß an den Hydraulikzylinder angelegt werden, so daß zwar immer noch keine Maximallast auf den Prüfkörper aufgebracht wird, doch nun eine exakte Steuerung des Hydraulikzylinders möglich ist. Erst nachdem der Hydraulikzylinder entsprechend eingestellt ist, kann während des dritten Zeitintervalls der maximale Arbeitsdruck bzw. der maximale Durchfluß für den hydraulischen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß wird daher der hydraulische Verbraucher durch mindestens drei unterschiedliche Betriebsdrücke und/oder mindestens drei unterschiedliche Durchflußmengen angesteuert.
Es hat sich gezeigt, daß mit Vorteil das ansteuerbare Hauptventil ein entsperrbares, vorzugsweise hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ist. Das Hauptventil wird somit nicht elektronisch oder elektrisch angesteuert, sondern hydraulisch. Ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil hat im allgemeinen mindestens drei Anschlüsse. Zwischen den beiden ersten Anschlüssen steht in einer Richtung ein im wesentlichen freier Durchfluß, während in der anderen Richtung eine Feder das Ventil gesperrt hält. Durch Anlegen eines entsprechenden Steuerdrucks an den dritten Anschluß führt dies zu einer Bewegung eines sogenannten Vorsteuerkolbens, der das Rückschlagventil gegen die gesperrte Richtung aufstößt. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung kommt daher mit lediglich zwei aktiv ansteuerbaren Ventilen aus, so daß die im Stand der Technik bekannten elektronischen Ansteuerungen, die nur Anschlüsse für zwei elektrisch ansteuerbare Ventile aufweisen, verwendet werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite ansteuerbare Durchlaßventil derart mit dem Entsperranschluß des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils verbunden, daß, wenn das zweite ansteuerbare Durchlaßventil geöffnet ist, zumindest ein Teil eines am Eingangsanschluß anliegenden Fluiddrucks an den Entsperranschluß anliegt. Mit anderen Worten kann eine Entsperrung des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils nur erfolgen, wenn das zweite ansteuerbare Durchlaßventil geöffnet ist.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist das erste ansteuerbare Durchlaßventil und/oder das zweite ansteuerbare Durchlaßventil ein Magnetventil. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe von Magnetventilen eine einfache und hochgenaue Ansteuerung erfolgen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Steuervorrichtung einen Steuerausgangsanschluß auf. Der Steuerausgangsanschluß, der oftmals auch als Pilotleitung bzw. Pilotanschluß bezeichnet wird, dient dazu, dem hydraulischen Verbraucher, z. B. dem Servoventil zur Ansteuerung eines Hydraulikzylinders, unabhängig von dem Arbeitsdruck eine Steuerdruckquelle zur Verfügung zu stellen.
Mit Vorteil ist der Steuerausgangsanschluß mit der zweiten Leitung verbunden, wobei der Steuerausgangsanschluß vorzugsweise an einem Punkt zwischen dem ersten ansteuerbaren Durchlaßventil und dem ersten druck- und/oder durchflußbegrenzenden Element mit der zweiten Leitung verbunden ist. Mit anderen Worten kann der Druck auf dem Steuerausgangsanschluß durch das erste ansteuerbare Durchlaßventil ein- oder ausgeschaltet werden. Da der Anschluß zwischen dem ersten ansteuerbaren Durchlaßventil und dem ersten druck- und/oder durchflußbegrenzenden Element erfolgt, liegt an dem Steuerausgangsanschluß der maximale Fluiddruck an, wenn das erste ansteuerbare Durchlaßventil geöffnet ist.
In mehreren Versuchen hat sich gezeigt, daß es von Vorteil ist, wenn das erste und das zweite druck- und/oder durchflußbegrenzende Element jeweils ein durchflußbegrenzendes Element ist. Dadurch läßt sich eine genauere Steuerung des hydraulischen Verbrauchers verwirklichen.
Dabei ist zweckmäßigerweise das erste und das zweite durchflußbegrenzende Element derart ausgewählt und/oder eingestellt, daß das erste durchflußbegrenzende Element den Durchfluß stärker begrenzt als das zweite durchflußbegrenzende Element. Erfindungsgemäß wird daher in einem ersten Schritt zunächst der Eingangsanschluß und der Ausgangsanschluß der Steuervorrichtung über die zweite Leitung, d. h. über das erste durchflußbegrenzende Element miteinander verbunden. Dem hydraulischen Verbraucher wird somit eine stark durchflußbegrenzte Fluidquelle zur Verfügung gestellt, was dazu führt, daß beispielsweise ein Hydraulikzylinder aufgrund der geringen Durchflußmenge sich mit sehr geringer Geschwindigkeit bewegt. Die Geschwindigkeit ist so gering, daß ein Benutzer nahezu gefahrlos beispielsweise einen Prüfkörper in eine Prüfmaschine einsetzen kann.
Nachdem der Hydraulikzylinder den Prüfkörper erfaßt hat, kann der Nutzer der hydraulischen Vorrichtung seine Hand aus dem Gefahrenbereich entfernen und diesen beispielsweise mit Hilfe eine Schutzfensters verdecken. Im nächsten Schritt wird dann der Eingangsausschluß über die dritte Leitung, d. h. über das zweite durchflußbegrenzende Element verbunden. Dies hat zur Folge, daß dem hydraulischen Verbraucher nun ein stärkerer Durchfluß, der jedoch immer noch begrenzt ist, zur Verfügung gestellt wird. Der Einrichtvorgang des hydraulischen Verbrauchers, z. B. des Hydraulikzylinders, kann nun sicher und genau vorgenommen werden. Nach Beendigung des Einrichtvorgangs wird der Eingangsanschluß über die erste Leitung mit dem Ausgangsanschluß verbunden, so daß im wesentlichen der maximale Durchfluß bzw. der maximale Fluiddruck dem hydraulischen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden kann.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform weist die Steuervorrichtung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des ersten und zweiten ansteuerbaren Durchlaßventils auf. In vorteilhafter Weise weist die dritte Leitung ein Rückschlagventil auf, welches derart angeordnet ist, daß nur Fluid in Richtung von dem Eingangs- zu dem Ausgangsanschluß passieren kann.
Es hat sich gezeigt, daß die Ansteuerung des hydraulischen Verbrauchers noch weiter verbessert werden kann, wenn die zweite Leitung und die dritte Leitung über ein, vorzugsweise einstellbares, Druckbegrenzungsventil derart miteinander verbunden sind, daß, wenn der Druck am Ausgangsanschluß einen eingestellten Wert überschreitet, unter Umgehung des Rückschlagventils der dritten Leitung die zweite Leitung mit der dritten Leitung verbunden wird. Sollte es daher während des ersten Zeitintervalls zu einer Druckschwankung an der Ausgangsleitung bzw. an dem Ausgangsanschluß kommen, so dient die zweite Leitung als Ablaßleitung. Die Steuervorrichtung weist bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform eine Rückführungsleitung für die Rückführung des Fluids auf, wobei vorzugsweise das erste und das zweite ansteuerbare Durchlaßventil jeweils ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen ist, die jeweils derart angeordnet sind, daß in einer Position der Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß über die betreffende Leitung verbunden ist und in der anderen Position die betreffende Leitung mit der Rückführungsleitung verbunden ist.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sind besonders evident, wenn der Ausgangsanschluß mit einem Hydraulikzylinder, vorzugsweise über ein Servoventil, verbunden ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
1a und 1b eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung aus dem Stand der Technik und
2a bis 2f eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren 1a und 1b ist eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung des Standes der Technik gezeigt. Die Steuervorrichtung hat einen Eingangsanschluß 1 für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und einen Ausgangsanschluß 2 für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers, z. B. eines Hydraulikzylinders. Weiterhin hat die Steuervorrichtung eine erste Leitung, die in 1a durch die verstärkt ausgeführte Linie, welche den Eingangsanschluß 1 und den Ausgangsanschluß 2 verbindet, gekennzeichnet ist und ein ansteuerbares Hauptventil 3 aufweist, und hat eine zweite Leitung, die in 1b durch die verstärkt ausgeführte Linie, die den Eingangsanschluß 1 und den Ausgangsanschluß 2 miteinander verbindet, gekennzeichnet ist, wobei die zweite Leitung ein ansteuerbares Durchlaßventil 4, ein durchflußbegrenzendes Element 10 und ein Drosselventil 6 aufweist.
Wird das ansteuerbare Hauptventil 3 geöffnet, so liegt an dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung im wesentlichen der volle Arbeitsdruck des Fluids an, wie er am Eingangsanschluß 1 zur Verfügung gestellt wird. Des ansteuerbare Hauptventil 3 stellt somit vollen Durchfluß und vollen Arbeitsdruck zur Verfügung.
Hingegen wird über die zweite Leitung aufgrund des durchflußbegrenzenden Elementes 10 nur eine durchflußbegrenzte Fluidquelle am Ausgangsanschluß 2 zur Verfügung gestellt.
Das ansteuerbare Hauptventil 3 ist hier als hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ausgeführt. Dieses hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil hat einen ersten Anschluß 14 und einen zweiten Anschluß 15. Während der Durchlaß von dem zweiten Anschluß 15 in Richtung des ersten Anschlusses 14 möglich ist, wird die umgekehrte Richtung, d. h. die Richtung, die den Eingangsanschluß 1 der Steuervorrichtung mit dem Ausgangsanschluß 2 verbindet, gesperrt. Das ansteuerbare Hauptventil 3 hat einen Entsperranschluß 16 sowie einen Anschluß 17 für die Rückführung des Hydraulikfluids. Das ansteuerbare Hauptventil 3 kann durch Anlegen eines Steuerdrucks an die Leitung 16 derart entsperrt werden, daß zwischen dem Anschluß 14 und dem Anschluß 15 ein Durchgang entsteht, was bedeutet, daß der Eingangsanschluß 1 mit dem Ausgangsanschluß 2 über die erste Leitung verbunden ist.
Da die gezeigte Steuervorrichtung mit lediglich einer Hydraulikquelle, die mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist, betrieben wird, kann der Druck an dem Entsperranschluß 16 nicht größer werden als der Druck an dem ersten Anschluß 14 des Eingangsanschlusses, da hier der maximale Arbeitsdruck anliegt. Um das ansteuerbare Hauptventil 3 zu öffnen, ist es daher erforderlich, daß an dem zweiten Anschluß 15 ein bestimmter Minimaldruck erreicht wird.
Um diesen Minimaldruck zu erreichen, wird daher das ansteuerbare Durchlaßventil 4 geöffnet, so daß dem Ausgangsanschluß 2 eine durchflußbegrenzte Fluidquelle zur Verfügung gestellt wird. Der sich an dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung ausbildende Fluiddruck hängt zum einen von dem durchflußbegrenzenden Element 10 sowie dem in dieser Ausführungsform vorgesehenen Drosselventil 6 als auch von dem hydraulischen Verbraucher, der an dem Ausgangsanschluß 2 angeschlossen ist, ab. Hydraulische Verbraucher haben zwangsläufig eine gewisse Leckrate, die von der hydraulischen Steuervorrichtung mindestens aufgebracht werden muß, bevor der hydraulische Verbraucher entsprechend gesteuert werden kann. Bei der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform ist es zwar prinzipiell möglich, mit Hilfe des durchflußbegrenzenden Elements 10 den Druck bzw. den Durchfluß an dem Ausgangsanschluß 2 derart einzustellen, daß für den Benutzer keine Gefahr besteht. In diesem Fall ist jedoch der Druck auf dem Ausgangsanschluß 2 derart niedrig, daß das hydraulisch entsperrbare Durchlaßventil 3 aufgrund des niedrigen Drucks am zweiten Anschluß 15 nicht geöffnet werden kann. Daher wird bei allen dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen der Druck bzw. der Durchfluß durch das durchflußbegrenzende Element 10 derart eingestellt, daß sich an dem zweiten Anschluß 15 des hydraulisch entsperrbaren Durchlaßventils 3 immer ein gewisser Mindestdruck einstellt, so daß sich das Durchlaßventil 3 öffnet. Dies hat jedoch zur Folge, daß insbesondere bei wechselnden Belastungen, die beispielsweise durch den Anschluß von unterschiedlichen Hydraulikzylindern an dem Ausgangsanschluß 2 verursacht werden können, der reduzierte Druck bzw. der begrenzte Durchfluß so hoch ist, daß eine nicht unerhebliche Gefahr für den Benutzer besteht.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die in den 1a und 1b gezeigte Ausführungsform ein Manometer 8 in der Nähe des Ausgangsanschlusses 2 aufweist, mit dem der Druck am Ausgangsanschluß 2 gemessen werden kann. Zusätzlich ist eine Leitung 7 für die Rückführung des Fluids vorgesehen, die über ein weiteres ansteuerbares Durchlaßventil 5, das Überdruckventil 13, sowie die Rückschlagventile 11, 12 und das durchflußbegrenzende Element 9 mit dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung verbindbar ist.
In den 2a bis 2f ist schematisch eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Steuervorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Bei dieser sind nun erstmals drei Verbindungsleitungen zwischen dem Eingangsanschluß 1 für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und dem Ausgangsanschluß 2 für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers vorgesehen. In der 2a ist durch die verstärkt ausgeführte Linie die erste Leitung angezeigt, die den Eingangsanschluß 1 über das ansteuerbare Hauptventil 3, das hier ebenfalls als hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist, mit dem Ausgangsanschluß 2 verbindet.
Wie in 2b zu erkennen ist, kann der Eingangsanschluß 1 auch über das erste ansteuerbare Durchlaßventil 4 sowie das durchflußbegrenzende Element 10 sowie die Rückschlagventile 19, 22 mit den Ausgangsanschluß 2 verbunden werden. Dies ist in 2b durch die verstärkt ausgeführte Linie verdeutlicht worden.
Schließlich kann, wie dies durch die verstärkt ausgeführten Linien in 2c zum Ausdruck kommt, der Eingangsanschluß 1 auch über ein zweites ansteuerbares Durchlaßventil 18 sowie das durchflußbegrenzende Element 25 mit dem Ausgangsanschluß 2 verbunden werden.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird nun anhand der 2d bis 2f beschrieben.
In der 2d ist ein erster Zustand gezeigt, bei der sowohl das erste ansteuerbare Durchlaßventil 4 als auch das zweite ansteuerbare Durchlaßventil 18 geschlossen sind. Dies hat zur Folge, daß das hydraulisch entsperrbare Hauptventil 3 in Richtung von dem ersten Anschluß 14 zu dem zweiten Anschluß 15 sperrt und der volle Fluiddruck jeweils an den Eingangsanschlüssen der Ventile 4, 18 und 3 anliegt, wie durch die verstärkt ausgeführte Linie in 2d verdeutlicht wird. In diesem Zustand liegt an dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung kein Fluiddruck an. Soll nun beispielsweise der mit dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung verbundene hydraulische Verbraucher, beispielsweise in Form eines Hydraulikzylinders, eingestellt werden, so ist zunächst die Zuführung eines Hydraulikfluids mit stark begrenztem Durchfluß und/oder stark begrenztem Druck notwendig. Dies wird durch Öffnen des ersten ansteuerbaren Durchlaßventils 4 verwirklicht. Durch Öffnen des ersten ansteuerbaren Durchlaßventils 4 bildet sich nun ein Fluiddruck auch an der Ausgangsseite des Ventils 4 aus, so daß sich das Fluid über die Parallelschaltung 19, die aus einem Drosselventil und einem Rückschlagventil, das jedoch in der hier interessierenden Zuführungsrichtung durchlässig ist, besteht, über das durchflußbegrenzende Element 10 sowie das in Durchlaßrichtung geschaltete Rückschlagventil 22 in Richtung des Ausgangsanschlusses 2 ausbreitet.
Alle mit Druck beaufschlagten Leitungen sind in 2e durch verstärkte Linien ausgeführt. In Strömungsrichtung bis zu dem durchflußbegrenzenden Element 10 liegt im wesentlichen der maximale Arbeitsdruck an den Leitungen an.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung hat in der gezeigten Ausführungsform zusätzlich den Vorteil, daß ein Steueranschluß 20, der manchmal auch Pilotleitung bzw. Pilotanschluß genannt wird, zur Verfügung gestellt wird, der bei Bedarf zur besseren Ansteuerung auch direkt mit dem Hydraulikzylinder verbunden werden kann. Es versteht sich, daß in diesem Fall der Hydraulikzylinder einen entsprechenden Anschluß für die Pilotleitung aufweisen muß.
In Flußrichtung nach dem durchflußbegrenzenden Element 10 liegt ein deutlich niedrigerer Druck an, der durch das einstellbare durchflußbegrenzende Element 10 derart eingestellt ist, daß er unabhängig von dem Typ bzw. der Größe des an den Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung angeschlossenen hydraulischen Verbrauchers sicherstellt, daß für den Benutzer während des Einstellbetriebs keine Gefahr besteht, d. h. der Hydraulikzylinder sich entsprechend langsam bewegt.
Diese Ausführungsform zeigt ebenfalls ein Manometer 8, mit dessen Hilfe der Druck am Ausgangsanschluß 2 gemessen werden kann.
Um sicherzustellen, daß in diesem Betriebszustand der Druck an dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung einen vorher eingestellten Wert nicht überschreitet, ist ein einstellbares Überdruckventil 23 mit der zweiten Leitung verbunden. Steigt der Druck in Flußrichtung hinter dem durchflußbegrenzenden Element 10 über einen voreingestellten Wert an, so öffnet sich das Ventil 23 und das entsprechend überschüssige Hydraulikfluid kann über die in Flußrichtung nach dem Überdruckventil 23 folgende Leitung über das zweite ansteuerbare Durchlaßventil, das hier als Dreiwegeventil mit zwei Positionen ausgestaltet ist, und über das Rückschlagventil 27 über die Rückführungsleitung 7 abfließen, bis der Druck am Ausgangsanschluß 2 wieder unter den voreingestellten Wert fällt.
In dem in 2e gezeigten Betriebsmodus, d. h. bei geöffnetem ersten ansteuerbaren Durchlaßventil 4 und geschlossenem zweiten ansteuerbaren Durchlaßventil 18, wird somit sichergestellt, daß der Fluiddruck am Ausgangsanschluß 2 sehr gering und immer unterhalb des durch das einstellbare Überdruckventil 23 eingestellten Druckes ist. Dieser Druck ist so niedrig, daß die Hubgeschwindigkeit des hydraulischen Zylinders immer unterhalb eines bestimmten Wertes bleibt. Ein Öffnen des Hauptventils 3, das in dieser Ausführungsform ebenfalls als hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist, ist bei diesem Druck jedoch selbst dann, wenn an dem Entsperranschluß 16 der volle Hydraulikfluiddruck anliegt, nicht möglich.
Der in der 2e dargestellte Zustand ist dafür vorgesehen, daß manuell ein entsprechendes Werkstück, z. B. ein Prüfkörper in die Kraftflußstrecke eingefügt wird. Nachdem der Prüfkörper in den Hydraulikzylinder eingespannt ist, kann der Benutzer seine Hand aus dem Gefahrenbereich entfernen und gegebenenfalls eine entsprechende Abdeckung, z. B. ein Schutzfenster, über die Gefahrenstelle klappen oder schieben. Im nächsten Schritt wird dann das zweite ansteuerbare Durchlaßventil 18 geöffnet.
Der sich dann ausbildende Zustand ist in 2f verdeutlicht. Auch hier sind wieder alle Leitungen, die mit Druck beaufschlagt sind, durch verstärkte Linien ausgeführt. Durch Öffnen des Ventils 18 wird nun zum einen an dem Entsperranschluß 16 des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils 3 ein Fluiddruck angelegt und zum anderen fließt Hydraulikflüssigkeit von dem Durchlaßventil 18 über die dritte Leitung, d. h. über das Rückschlagventil 24, das in Flußrichtung durchlässig ist, über das durchflußbegrenzende Element 25 zu dem Ausgangsanschluß 2 der Steuervorrichtung.
Wie sich aus der Figur ergibt, sind in diesem Zustand der Eingangsanschluß 1 und der Ausgangsanschluß 2 sowohl über die zweite als auch über die dritte Leitung miteinander verbunden.
Der Ausgangsanschluß 2 wird somit über zwei unterschiedliche Wege mit Hydraulikfluid versorgt, so daß der gesamte Durchfluß ansteigt und an dem Ausgangsanschluß 2 gegenüber dem in 2e gezeigten Zustand sich ein höherer Druck ausbildet.
Mit Schalten des Durchlaßventils 18 steigt somit der Druck an dem Ausgangsanschluß 2 allmählich an, bis der Druck an dem zweiten Anschluß 15 des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils 3 genügend hoch ist, um zusammen mit dem an dem Entsperranschluß 16 anliegenden Hydraulikdruck das Rückschlagventil 3 zu entsperren, wodurch dann aufgrund des geöffneten Hauptventils 3 im wesentlichen der maximale Arbeitsdruck sowie der maximale Durchfluß an dem Ausgangsanschluß 2 zur Verfügung gestellt wird.
Die in den 2a bis 2f gezeigte Ausführungsform weist ebenso einen eingangsseitigen Anschluß 7 für die Rückführung des Hydraulikfluids und einen ausgangsseitigen Anschluß 28 für die Rückführung des Hydraulikfluids auf. Die zusätzlichen Rückschlagventile 21, 22, 24, 26, 27 dienen u. a. der vorteilhaften Rückführung des Fluids.
Durch die vorliegende Erfindung ist eine sichere und zuverlässige Steuerung des hydraulischen Verbrauchers möglich, ohne daß in einem ersten Einstellbereich für den manuell im Gefahrenbereich operierenden Benutzer eine Gefahr besteht.
Insbesondere kann dem hydraulischen Verbraucher durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung durch eine einzige Fluidquelle, die an dem Eingangsanschluß 1 angeschlossen wird, in verschiedenen Zeitperioden an dem Ausgangsanschluß 2 ein Hydraulikfluid mit unterschiedlichen Drücken bzw. unterschiedlichem maximalen Durchfluß zur Verfügung gestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Eingangsanschluß
2: Ausgangsanschluß
3: Hauptventil
4: erstes Durchlaßventil
5: Durchlaßventil
6: durchflußbegrenzendes Element
7: Rückführungsleitung – eingangsseitiger Anschluß
8: Manometer
9: Drosselventil
10: durchflußbegrenzendes Element
11: Rückschlagventil
12: Rückschlagventil
13: Überdruckventil
14: erster Anschluß des Hauptventils
15: zweiter Anschluß des Hauptventils
16: Entsperranschluß des Hauptventils
17: Rückführungsanschluß des Hauptventils
18: zweites Durchlaßventil
19: Parallelschaltung aus Rückschlagventil und Drosselventil
20: Steueranschluß
21: Rückschlagventil
22: Rückschlagventil
23: Überdruckventil
24: Rückschlagventil
25: durchflußbegrenzendes Element
26: Rückschlagventil
27: Rückschlagventil
28: ausgangsseitiger Anschluß der Rückführungsleitung

Claims

Steuervorrichtung für die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern, wie z. B. von Hydraulikzylindern, mit mindestens einem Eingangsanschluß (1) für den Anschluß einer Fluiddruckquelle und mindestens einem Ausgangsanschluß (2) für den Anschluß eines hydraulischen Verbrauchers, wobei eine Einrichtung zum Bereitstellen eines maximalen Fluiddrucks und/oder maximalen Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß und eine Einrichtung zum Bereitstellen eines ersten reduzierten Fluiddrucks und/oder eines ersten reduzierten Fluiddurchflusses am Ausgangsanschluß vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung (18, 25) zum Bereitstellen eines zweiten reduzierten Fluiddrucks, der kleiner als der erste reduzierte Fluiddruck ist, und/oder eines zweiten reduzierten Fluiddurchflusses, der geringer als der erste reduzierte Fluiddurchfluß ist, vorgesehen ist, wobei der Eingangs- und der Ausgangsanschluß über eine erste Leitung, die ein ansteuerbares Hauptventil (3) aufweist, und über eine zweite Leitung, die ein erstes ansteuerbares Durchlaßventil (4) und ein erstes druck- und/oder durchflußbegrenzendes Element (10) aufweist, miteinander verbindbar sind und daß Eingangs- und Ausgangsanschluß (1, 2) zusätzlich über eine dritte Leitung, die ein zweites ansteuerbares Durchlaßventil (18) und ein zweites druck- und/oder durchflußbegrenzendes Element (25) aufweist, miteinander verbindbar sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ansteuerbare Hauptventil (3) ein entsperrbares, vorzugsweise hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ansteuerbare Durchlaßventil (18) derart mit dem Entsperranschluß (16) des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils (3) verbunden ist, daß, wenn das zweite ansteuerbare Durchlaßventil (18) geöffnet ist, zumindest ein Teil eines am Eingangsanschluß (1) anliegenden Fluiddruck an dem Entsperranschluß (16) anliegt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ansteuerbare Durchlaßventil (4) und/oder das zweite Durchlaßventil (18) ein Magnetventil ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerausgangsanschluß (20) vorgesehen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerausgangsanschluß (20) mit der zweiten Leitung verbunden ist, wobei der Steuerausgangsanschluß (20) vorzugsweise an einem Punkt zwischen dem ersten ansteuerbaren Durchlaßventil (4) und dem ersten druck- und/oder durchflußbegrenzenden Element (10) mit der zweiten Leitung verbunden ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste und das zweite druck- und/oder durchflußbegrenzende Element (10, 25) jeweils ein durchflußbegrenzendes Element ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite durchflußbegrenzende Element (10, 25) derart ausgewählt und/oder eingestellt sind, daß das erste durchflußbegrenzende Element (10) den Durchfluß stärker begrenzt als das zweite durchflußbegrenzende Element (25).
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische oder elektronische Steuereinrichtung zum Ansteuern des ersten und zweiten ansteuerbaren Durchlaßventil (4, 18) vorgesehen ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Leitung ein Rückschlagventil (24) aufweist, welches derart angeordnet ist, daß nur Fluid in Richtung von dem Eingangs- zu dem Ausgangsanschluß (1, 2) passieren kann.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung und die dritte Leitung über ein, vorzugsweise einstellbares, Druckbegrenzungsventil (23) derart miteinander verbunden sind, daß, wenn der Druck am Ausgangsanschluß (2) einen eingestellten Wert überschreitet, unter Umgehung des Rückschlagventils (24) in der dritten Leitung die zweite Leitung mit der dritten Leitung verbunden wird.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite ansteuerbare Durchlaßventil (4, 18) jeweils ein 3-Wege-Ventil mit 2 Positionen ist, das derart angeordnet ist, daß in einer Position der Eingangsanschluß (1) mit dem Ausgangsanschluß (2) über die betreffende Leitung verbunden ist und in der anderen Position die betreffende Leitung mit einer Rückführungsleitung (7) für die Rückführung des Fluids verbunden ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß (2) mit einem Servoventil verbunden ist.
Prüfmaschine mit einer Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.