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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Hydraulikmotor,
insbesondere einen einfach oder doppeltwirkenden Hydraulikzylinder, die die Druckleitung
und die Rückleitung einer ständig Druckmittel fördernden Pumpe wahlweise mit einer
der zum Hydraulikmotor führenden Arbeitsleitungen verbindet oder untereinander kurzschließt,
und die durch Vorsteuerventile betätigbare Hochdruck-Steuerventile enthält, welche
die Arbeitsleitungen für den Zufluß und den Abfluß von Druckmittel freigeben oder
sperren, um den Hydraulikmotor unter Last in die eine oder andere Bewegungsrichtung
zu bewegen oder in einer beliebigen Stellung zu arretieren.
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Bei einer bereits bekannten Steuervorrichtung dieses Typs ist mindestens
ein hydraulisch entlasteter Drehschieber für hohe Drücke vorgesehen, der eine von
einer Pumpe kommende Druckleitung und eine Rückleitung abwechselnd mit je einer
zu einem Arbeitszylinder führenden Leitung verbindet oder beide kurzschließt, wobei
in die Leitungen zum Arbeitszylinder druckbetätigte Absperrventile eingeschaltet
sind, deren Steuerräume durch denselben zylindrischen Drehschieber mit der Druckleitung
oder der Langleitung der Pumpe verbindbar sind.
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Diese Steuervorrichtung benutzt als Hochdruckventile zwei einfache
druckbetätigte Absperrventile, die so beschaffen sind, daß der Arbeitsdruck in den
zum Hydraulikmotor führenden Arbeitsleitungen stets in Richtung auf ein Abheben
der Schließkörper der beiden Ventile wirkt. Dies führt leicht dazu, daß die Ventile
nicht dicht schließen, und somit beispielsweise eine Arretierung des Arbeitszylinders
unter Last, bei der beide Ventile geschlossen sein müssen, nicht sichergestellt
ist.
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Darüber hinaus verwendet diese Vorrichtung zur Umsteuerung der Arbeitsleitungen,
d. h. zum wahlweisen Anschalten der Druckleitung der Pumpe an der einen oder der
anderen der Arbeitsleitungen des Hydraulikmotors, einen Drehschieber, der den vollen
Pumpendruck übertragen muß. Solch ein Drehschieber ist bei hohen Arbeitsdrücken
von mehreren hundert Atmosphären nicht mehr verwendbar, da er dabei keine sichere
Abdichtung zwischen der Druckseite und der Rücklaufseite gewährleistet.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Steuervorrichtung
der eingangs erwähnten Art dahingehend weiter auszubilden, daß sie auch bei sehr
hohen Drücken in der Größenordnung von beispielsweise 700 at sicher arbeitet und
die Nachteile der bekannten Steuervorrichtungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arbeitsleitungen
des Hydraulikmotors unmittelbar in die Ventilkammer der zugeordneten, mit Niederdruck
betätigbaren Hochdruck-Steuerventile geführt sind, während die Anschlüsse der Druckleitung
und der Rückleitung der Pumpe an die Ventilkammer dieser Hochdruck-Steuerventile
mit jeweils einem von zwei in der Ventilkammer einander gegenüberliegend angeordneten
Schließkörpern sperrbar sind, wobei in jeder Ventilkammer die beiden Schließkörper
durch eine zwischen ihnen angeordnete Feder in Richtung auf ihren Sitz beaufschlagt
und durch einen zwischen ihnen angeordneten Abstandsbolzen, dessen Länge geringer
ist als der Abstand der Schließkörper bei Auflage auf ihren Sitzen, in ihrer Relativbewegung
zueinander begrenzt sind, und wobei weiterhin in jeder Ventilkammer der der Rückleitung
zugeordnete Schließkörper durch eine Stehstange, die mit einem mittels der Vorsteuerventile
durch einen Pilotdruck beaufschlagbaren Stehkolben verhältnismäßig großen Durchmessers
verbunden ist, von seinem Sitz abhebbar ist.
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Durch den Vorschlag der Erfindung gelingt es, eine Steuervorrichtung
zu schaffen, die einerseits durch ein Pilotsystem mit sehr geringen Pilotdrücken
- beispielsweise in der Größenordnung von 19 at, die z. B. mittels Solenoidventilen
von einer entfernt liegenden Kontrollstelle aus elektrisch gesteuert werden können
- in sehr einfacher Weise die Steuerung von sehr hohen Arbeitsdrücken ermöglicht
und die andererseits äußerst zuverlässig arbeitet. In diesem Zusammenhang ist es
besonders vorteilhaft, daß bei geschlossenen Hochdruck-Steuerventilen alle Schließkörper
durch den hohen Arbeitsdruck im Hochdruckteil der Vorrichtung in Richtung auf ihren
zugeordneten Sitz belastet sind und sich damit eine positive Unterstützung des Ventilverschlusses
einstellt. In Anbetracht der zugrunde liegenden hohen Drücke und Belastungen muß
nämlich besonders dann, wenn der Hydraulikmotor unter Last in einer beliebigen Zwischenstellung
festgehalten werden soll, ein einwandfrei dichter Sitz der Schließkörper gewährleistet
sein, weil dann das von der Pumpe geförderte Druckmittel nur drucklos umläuft, während
sich der Arbeitsdruck, mit dem der Hydraulikmotor beaufschlagt ist, selbst halten
muß. Im übrigen führt diese erfindungsgemäße Steuervorrichtung aber auch beim Einfahrhub
oder Ausfahrhub des Hydraulikmotors zu einer positiven Unterstützung der Abdichtung
der kritischen Schließstellen in den Hochdruck-Steuerventilen durch den hohen Arbeitsdruck.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
stellt dar F i g. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in schematischer
Gesamtdarstellung, F i g. 1 a ein Detail der Steuervorrichtung gemäß F i g.1 in
modifizierter Form, F i g. 2 einen Vertikalschnitt eines durchkonstruierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, F i g. 3 einen Schnitt in der Ebene 3-3 der Fig.2, F i g. 4 einen
Schnitt des Ausführungsbeispiels der Erfindung, ähnlich dem Schnitt der F i g. 2,
wobei jedoch zusätzliche Details näher dargestellt sind, F i g. 5 einen Querschnitt
in der Ebene 5-5 der Fig.4, F i g. 6 einen Schnitt in der Ebene 6-6 der F i g. 4,
F i g. 7 einen Schnitt in der Ebene 7-7 der F i g. 2, bei dem ein Solenoidventil
mit dessen Sitz dargestellt ist, F i g. 8 eine Ansicht der Anordnung der Ventilsitze
der Solenoidventile auf der Rückseite des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
F i g. 9 einen Detailschnitt eines Solenoidventilsitzes.
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Zum Zwecke der Vereinfachung und besseren Erläuterung werden in der
nachfolgenden Beschreibung verschiedene Druckhöhen angegeben, die jedoch allein
als Beispiel zu verstehen sind. So wird beim beschriebenen Beispiel für die Betätigung
eines Hydraulikmotors
ein Flüssigkeitsdruck in der Größenordnung
von 700 at angegeben, von dem Pilotdrücke von etwa 19 at abgeleitet und für die
Betätigung der Hochdruck-Steuerventile verwendet werden.
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In F i g. 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
gezeigt, an Hand derer die grundlegende Funktionsweise erläutert werden soll, um
den Aufbau der in den weiteren Figuren dargestellten Details eines durchkonstruierten
Ausführungsbeispiels verständlich zu machen. F i g. 1 zeigt eine ständig Druckmittel
fördernde Pumpe P, die auf ihrer Ansaugseite mit einem Vorratsbehälter 5 - der der
besseren Übersicht wegen als eine Mehrzahl von Vorratsbehältern 5 dargestellt ist
- und auf ihrer Druckseite mit einer Zuführungsleitung 6 verbunden ist. Diese mündet
einerseits in die über ein Sicherheitsventil 17 mit dem Vorratsbehälter 5
verbundene Ventilkammer 7 eines Hochdruck-Steuerventils H3 und andererseits über
ein Rückschlagventil 14 in eine Druckleitung 34, die ihrerseits über je eine mit
einem Schließkörper 46 bzw. 48 verschließbare Öffnung mit den Ventilkammern 43 und
33 zweier Hochdruck-Steuerventile H 1 und H2 verbunden ist.
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Außer dem Schließkörper 46 bzw. 48 ist diesem gegenüberliegend in
jeder der Ventilkammern 43 und 33 ein weiterer Schließkörper 44 bzw. 32 angeordnet,
durch den der Durchtritt von Druckmittel in die Zylinderkammer 56 bzw. 58 des Hochdruck-Steuerventils
H 1 bzw. H 2 sperrbar ist. Dabei sind die beiden gegenüberliegenden
Schließkörper 46 und 44 bzw. 48 und 32 durch eine zwischen ihnen angeordnete Feder
86 bzw. 39 in Richtung auf ihren Sitz beaufschlagt und durch einen zwischen ihnen
angeordneten Abstandsbolzen 90 bzw. 88, dessen Länge geringer ist als der Abstand
der Schließkörper bei Auflage auf ihren Sitzen, in ihrer Relativbewegung zueinander
begrenzt, so daß die einander gegenüberliegenden Schließkörper jeweils miteinander
in Wirkverbindung stehen. Andererseits ist in jeder der Ventilkammern 43 und 33
der der Zylinderkammer 56 bzw. 58 zugeordnete Schließkörper 44 bzw. 32 durch eine
Steilstange 42 bzw. 38, die mit einem in der Zylinderkammer 56 bzw.
58 vorgesehenen Steilkolben 40 bzw. 36 verbunden ist, von seinem Sitz abhebbar,
wobei durch die Wirkverbindung in dem gegenüberliegenden Schließkörper 46 bzw. 48
dieser dabei auf seinen Sitz gedrückt wird.
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Außer mit der Zuführungsleitung 6 bzw. der Druckleitung 34 ist jede
der Ventilkammern 43 und 33 und auch die Ventilkammer 7 direkt über ein Sicherheitsventil
62 bzw. 64 bzw. 17 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden, wobei die Ventilkammern
43 und 33 zusätzlich jeweils einen direkten Anschluß an eine der Arbeitsleitungen
54 und 50 eines Hydraulikmotors M besitzen, der als mit einem Arbeitskolben 2 versehener
doppeltwirkender Hydraulikzylinder 3 ausgebildet ist, mit dessen beiden Zylinderkammern
die Arbeitsleitungen 54 und 50 über Anschlüsse 52 und 51 verbunden sind.
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Die Ventilkammer 7 des Hochdruck-Steuerventils H3, das zum Aufbau
des Pilotdrucks und zur Kurzschließung der Zuführungs- und Rückführungsleitung der
Pumpe P dient, besitzt ebenfalls eine Feder 84, durch die ein Schließkörper 16 gegen
seinen Sitz drückbar ist, in welcher Lage der Durchtritt von Druckmittel von der
Ventilkammer 7 zu der zugehörigen Zylinderkammer 22 gesperrt ist. Dieser Schließkörper
ist jedoch ebenso wie bei den Hochdruck - Steuerventilen H 1 und
H 2 durch eine mit einem Stehkolben 18 in der Zylinderkammer 22 verbundene
Steilstange 20 von seinem Sitz abhebbar, so daß dann Druckmittel aus der Zuführungsleitung
6 in die Ventilkammer 22 und von dort in das Pilotleitungssystem 24, 26, 30 und
über ein Sicherheitsventil 68 in den Vorratsbehälter 5 eintreten kann.
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In dem Pilotleitungssystem ist die Pilotleitung 24 einerseits mittels
eines Vorsteuerventils V 3 gegenüber einer Rückleitung 31 zum Vorratsbehälter 5
und andererseits mittels eines Vorsteuerventils V 2 gegenüber der Pilotleitung 26
sperrbar. Diese ist wiederum direkt mit dem oberhalb des Stehkolbens 36 liegenden
Teil der Zylinderkammer 58, deren unterhalb des Steilkolbens 36 liegender Teil über
eine Rückleitung 60 an den Vorratsbehälter 5 angeschlossen ist, und über ein Rückschlagventil28
mit der Pilotleitung 30 verbunden. Diese ist mittels eines Vorsteuerventils
V 1 gegenüber einer Rückleitung 55
zum Vorratsbehälter 5 sperrbar und
direkt an die Zylinderkammer 56 des Hochdruck-Steuerventils H 1 angeschlossen, wobei
über ein Sicherheitsventil 66 ein Sicherheitsauslaß zum Vorratsbehälter 5 gegeben
ist.
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Bei dem gezeigten Beispiel ist jeder der Steilkolben 40, 36 und 18
der Hochdruck-Steuerventile H1, H2 und H3 durch eine Feder 41 bzw. 37 bzw. 19 belastet,
wobei die beiden Stehkolben 40 und 18 in der Bewegungsrichtung belastet
sind, in der die Steilstangen 42 und 20 die Schließkörper 44 und 16 von ihren Sitzen
abheben, während der Steilkolben 36 in der Bewegungsrichtung belastet ist, in der
die Steilstange 38 außer Eingriff mit dem Schließkörper 32 kommt. Bei dem gezeigten
Beispiel sind als Vorsteuerventile V l, V 2 und V 3 Solenoidventile 10, 12 und 8
verwendet, welche von einer entfernt liegenden Kontrollstelle aus elektrisch gesteuert
werden können.
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Nachfolgend soll die Arbeitsweise dieses erfindungsgemäßen Beispiels
einer Steuervorrichtung näher erläutert werden. Die Arbeitsweise in der Arretierungsstellung
des Hydraulikmotors In der Arretierungsstellung des Hydraulikmotors findet in keiner
Richtung eine Bewegung des Arbeitskolbens 2 in dem Zylinder 3 statt. Das Druckmittel
bewegt sich von der Pumpe P, ohne Arbeit am Arbeitskolben 2 zu leisten, durch die
Steuervorrichtung und wird zu dem Vorratsbehälter 5 zurückgefördert.
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In der Arretierungsstellung sind die Vorsteuerventile V 3 und
V 2 geöffnet, während das Vorsteuerventil V 1 geschlossen ist. Der Druckmittelstrom
von der Pumpe P in der Zuführungsleitung 6 wird an dem Rückschlagventi114 unterbrochen,
das zur öffnung einen Druck von 28 at erfordert. Der Druckmittelstrom wird infolgedessen
dem Hochdruck-Steuerventil H3 und damit auch dem Sicherheitsventil 17 zugeleitet.
Da das Vorsteuerventil V 3 zur Rückleitung 31 zum Vorratsbehälter 5 hin offen ist,
ist die Pilotleitung 24 und damit die Zylinderkammer 22 unterhalb des Steilkolbens
18 druckentlastet. Die Kraft der Feder 19 oberhalb des Steilkolbens 18 bewegt diesen
infolgedessen abwärts, so daß der Schließkörper 16 durch die Steilstange 20 von
seinem Sitz abgehoben ist. Das Druckmittel strömt somit durch die Ventilkammer 7
in die Zylinderkammer 22
und in die Pilotleitung 24. Da das Vorsteuerventil
V 2 ebenfalls geöffnet ist, sind die Pilotleitungen 24 und 26 miteinander verbunden.
Die Verbindung zur Pilotleitung 30 wird jedoch am Rückschlagventil 28 infolge des
Druckes in der Pilotleitung 30 unterbrochen, der ein Öffnen des Hochdruck-Steuerventils
H1 verhindert, wie weiter unten im Zusammenhang mit dem Einfahrhub des Arbeitskolbens
2 erläutert wird. Da die Vorsteuerventile V 3 und V 2 geöffnet sind, strömt das
Druckmittel über die Rückleitung 31 in den Vorratsbehälter 5 zurück.
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Während dieser Phase ist der Druck in der Pilotleitung 26 nicht hoch
genug, um das normalerweise geschlossene Hochdruck-Steuerventil H2 zu öffnen. Da
beide Hochdruck-Steuerventile H1 und H2 somit in dieser Arretierungsstellung geschlossen
sind, sind die Arbeitsleitungen 54 und 50 des Hydraulikmotors M von jeder Rückleitung
abgetrennt, so daß der Arbeitskolben 2 fest arretiert ist. Dabei wirkt sich äußerst
vorteilhaft aus, daß der Druck in den Arbeitsleitungen 54 und 50 die Schließung
der Hochdruck-Steuerventile unterstützt.
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Die Arbeitsweise während des Ausfahrhubes des Hydraulikmotors In dieser
Betriebsphase sind die Vorsteuerventile V 2 und V 3 geschlossen, während das Vorsteuerventil
V 1 geöffnet ist.
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Das Druckmittel wird wiederum von der Pumpe P über die Zuführungsleitung
6 dem vorerst noch geschlossenen Rückschlagventil14 und dem Hochdruck-Steuerventil
H3 zugeleitet. Da die Vorsteuerventile V 2 und V 3 geschlossen sind, kann aus der
Pilotleitung 24 kein Druckmittel abfließen. Der Schließkörper 16 ist durch die Kraft
der Feder 19 von seinem Sitz abgehoben, so daß Druckmittel von der Zuführungsleitung
6 in die Pilotleitung eintreten kann. Da der Druckmittelstrom in allen Richtungen
begrenzt ist, wird in der Pilotleitung 24 ein Druck bis zu 19 at aufgebaut. Wegen
der großen beaufschlagten Fläche des Stellkolbens 18 überwindet dieser Druck die
Kraft der Feder 19. Dadurch wird der Stellkolben 18 aufwärts bewegt, so daß sich
der Sperrkörper 16 gegen seinen Sitz legt. Daraufhin baut sich der Druck in der
Zuführungsleitung 6 weiter auf, und das Rückschlagventil 14 wird bei Erreichung
eines Druckes von 28 at geöffnet, so daß das Druckmittel in die Druckleitung 34
eintritt. Da hinter dem Stehkolben 36 kein Druck aufgebaut ist, bewegt die Feder
37 unter dem Stellkolben 36 diesen zusammen mit der Stellstange 38 aufwärts, wodurch
der Schließkörper 32 zunächst durch die Feder 39 geschlossen wird. Da das Vorsteuerventil
V 1 geöffnet ist, kann die Kraft der Feder 41 hinter dem Stellkolben 40 diesen und
die Stellstange 42 abwärts bewegen, wodurch der Schließkörper 44 von seinem Sitz
abgehoben und der Schließkörper 46 gegen seinen Sitz gedrückt wird. Da der Durchtritt
des Druckmittels am Schließkörper 46 gesperrt ist, kann in der Druckleitung 34 Druck
aufgebaut werden, der den Schließkörper 48 von seinem Sitz abhebt. Dadurch wird
eine höhere Schließkraft auf den Schließkörper 32 ausgeübt. Das Druckmittel tritt
in die Arbeitsleitung 50 und wird über den Anschluß 51 dem Zylinder 3 zugeführt,
wodurch der Arbeitskolben 2 bewegt wird. über den zweiten Zylinderanschluß 52 tritt
dabei Druckmittel in die Arbeitsleitung 54. Da der Schließkörper 46 auf seinem Sitz
aufsitzt, tritt das Druckmittel von hier über den abgehobenen Schließkörper 44 in
die Zylinderkammer 56 und in die Pilotleitung 30. Am Rückschlagventil 28 wird der
Druckmittelstrom gesperrt und somit durch das offene Vorsteuerventil V 1
über die Rückleitung 55
in den Vorratsbehälter 5 zurückgeleitet.
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Wird der Arbeitskolben in ausgefahrener Stellung arretiert, so sei
zum Verständnis der erfindungsgemäß außerordentlich guten Arretierung angenommen,
daß der Arbeitskolben bei einer Belastung von etwa 900 kg bewegt wird. Diese Belastung
von 900 kg bewirkt in dem Hydraulikzylinder am Anschluß 51 und in der Arbeitsleitung
50 einen hohen Druck. Der Austritt des Druckmittels über die Arbeitsleitung 50 wird
durch die Schließkörper 32 und 48 gesperrt, die durch diesen Druck sicher geschlossen
gehalten werden. Da in der Arretierungsstellung die Vorsteuerventile V 3 und V 2
zum Vorratsbehälter 5 hin geöffnet sind, bleibt der Stellkolben 36 angehoben, da
kein Pilotdruck vorhanden ist, der den Stellkolben 36 betätigen kann.
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Die Arbeitsweise bei Einfahrhub des Hydraulikmotors In dieser Phase
sind die Vorsteuerventile V 3 und V 1 geschlossen, während das Vorsteuerventil V
2 geöffnet ist.
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Der Druckmittelstrom trifft von der Pumpe P wieder über die Zuführungsleitung
6 auf das Rückschlagventil 14 und wird unterbrochen. Bei nicht ausreichendem Druck
in der Zuführungsleitung 6 bleibt der Stellkolben 18 unten und der Schließkörper
16 abgehoben. Das Druckmittel tritt infolgedessen in die Zylinderkammer 22 und in
die Pilotleitung 24, in der der Durchtritt zur Rückleitung 31 durch das geschlossene
Vorsteuerventil V 3 versperrt ist. Das Druckmittel wird durch das offene Vorsteuerventil
V 2 in die Pilotleitung 26 geleitet. Der Druck ist noch niedrig, so daß der Stellkolben
36 angehoben bleibt und der Schließkörper 32 auf seinem Sitz aufsitzt. Der Druckmitteldruck
ist jedoch bereits ausreichend, um das Rückschlagventil28 zu öffnen, so daß auch
in die Pilotleitung 30 Druckmittel eintritt. Das Vorsteuerventil V 1 ist geschlossen,
so daß das Druckmittel in die Zylinderkammer 56 unter dem Stellkolben 40 geleitet
wird.
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Die Kraft der Feder 41 belastet den Stellkolben 40 und die Stellstange
42 normalerweise in Abwärtsrichtung, wobei dann der Schließkörper 44 von seinem
Sitz abgehoben und der Schließkörper 46 gegen seinen Sitz gedrückt ist. Der Druckmittelstrom
aus der Pilotleitung 30 wird somit über die Arbeitsleitung 54 dem Hydraulikzylinder
3 zugeleitet. Im Hydraulikzylinder wird dem Druckmittelstrom ein Widerstand entgegengesetzt,
so daß ein Druck aufgebaut wird. Wenn der Druck etwa 19 at (Pilotdruck) erreicht
hat, wird der Stellkolben 40 angehoben, so daß der Schließkörper 44 auf seinen Sitz
gedrückt wird. Nun herrscht in der durch das Vorsteuerventil V 1 geschlossenen Pilotleitung
30 der Pilotdruck. In der Pilotleitung 26 baut sich daraufhin ebenfalls der Pilotdruck
von etwa 19 at auf, der den Stehkolben 36 abwärts bewegt und dadurch den Schließkörper
32 von seinem Sitz abhebt und den Schließkörper 48 gegen seinen Sitz drückt. Der
Pilotdruck entsteht wegen des offenen Vorsteuerventils V 2 auch in der Pilotleitung
24, so daß in der Zylinderkammer 22 unterhalb des Stellkolbens 18 ebenfalls der
Pilotdruck
herrscht und somit der Stehkolben 18 aufwärts bewegt
und der Schließkörper 16 gegen seinen Sitz gedrückt wird. Die Hochdruck-Steuerventile
werden dabei in der beschriebenen Reihenfolge betätigt, da die die Stellkolben 40,
36 und 18 belastenden Federn 41, 37 und 19 vor Arbeitsbeginn so einstellbar
sind, daß durch den Pilotdruck erst Stellkolben 40, dann Stellkolben 36 und dann
Stellkolben 18 betätigt wird.
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Der Druckmittelstrom von der Pumpe wird nach der beschriebenen Bewegung
des Stehkolbens 18 durch den Schließkörper 16 gesper_t, so daß -.ich der Druck in
der Zuführungsleitung 6 weiter auf etwa 28 at aufbauen kann, bis das Rückschlagventil
14 geöffnet wird und das Druckmittel in die Druckleitung 34 eintritt. In dieser
Druckleitung wird der Druckmittelstrom durch den Schließkörper 48 unterbrochen,
der durch den Pilotdruck hinter dem Stehkolben 36 gegen seinen Sitz gedrückt ist.
Das Druckmittel gelangt somit zum Schließkörper 46 und hebt diesen von seinem Sitz
ab, wodurch der Schließkörper 44 noch fester gegen seinen Sitz gedrückt wird.
Das am Schließkörper 44 gesperrte Druckmittel gelangt in die Arbeitsleitung 54 und
zum Anschluß 52, so daß der Arbeitskolben 2 in dem Hydraulikzylinder
3 zurückbewegt wird. Dabei wird das Druckmittel aus dem Hydraulikzylinder 3 im Bereich
des Anschlusses 51 in die Arbeitsleitung 50 gedrückt und gelangt wegen
des auf seinem Sitz aufsitzenden Schließkörpers 48 in die Zylinderkammer 58 und
über die Rückleitung 60 zurück in den Vorratsbehälter 5.
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Zum Verständnis der Funktion der Steuervorrichtung in der Arretierungsstellung
sei auch hier angenommen, daß der Hydraulikmotor beim Einfahrhub mit 900 kg belastet
ist. Wird nun die Steuervorrichtung in die Arretierungsstellung eingestellt, in
der die Vorsteuerventile V 2 und V 3 geöffnet und das Vorsteuerventil
V 1 geschlossen sind, so wird der Pilotdruck in der Zylinderkammer 56 durch das
geschlossene Vorsteuerventil V 1 und das Rückschlagventil 28 aufrechterhalten.
Der Stellkolben 40 bleibt infolgedessen in der oberen Stellung. Der durch
die Belastung von 900 kg aufgebaute Druck in dem Hydraulikzylinder im Bereich des
Anschlusses 52
und in der Arbeitsleitung 54 belastet die Schließkörper
44 und 46 in Schließrichtung und sperrt dadurch den Durchfluß. Hierdurch
wird der Hydraulikmotor sicher arretiert, zumal auch die Schließkörper
32 und 48 auf ihren Sitzen aufsitzen und auch aus dem Bereich des
Hydraulikzylinders 3 im Bereich des Anschlusses 51 somit kein Druckmittel entweichen
kann. Die Arbeitsweise bei einfach wirkendem Hydraulikmotor Die erfindungsgemäße
Steuervorrichtung ist vielseitig verwendbar und kann leicht so umgewandelt werden,
daß mit ihr statt eines doppeltwirkenden nur ein einfach wirkender Hydraulikzylinder,
wie er z. B. in F i g. 1 a gezeigt ist, betätigt wird. Diese Umwandlung wird dadurch
erreicht, daß an der Kontrollstation für die Vorsteuerventile durch Betätigung eines
Schalters das Vorsteuerventil V 2 ständig geöffnet gehalten wird und daß der Anschluß
51 beispielsweise mit einer Verschlußkappe gesperrt wird. Die in F i g. 1
gezeigte Anordnung ist dann ohne weiteres für die Betätigung des in F i g. 1 a gezeigten
einfach wirkenden Hydraulikzylinders 3 a geeignet. Dieser Hydraulikzylinder hat
in diesem Fall nur noch einen Anschluß 52 für das Druckmittel.
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Die Arbeitsweise bei einfach wirkendem Hydraulikmotor in der Arretierungsstellung
Die Arbeitsweise bei einfach wirkendem Hydraulikmotor in der Arretierungsstellung
gleicht der entsprechenden Arbeitsweise bei doppeltwirkendem Hydraulikmotor. Die
wesentliche Funktion in dieser Stellung besteht darin, das von der Pumpe kommende
Druckmittel ohne Arbeitsleistung am Hydraulikzylinder zum Vorratsbehälter zurückzuleiten
und dabei zugleich den Druck in der Arbeitskammer des Hydraulikzylinders aufrechtzuerhalten.
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Die Arbeitsweise bei Ausfahrhub des einfach wirkenden Hydraulikmotors
Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung für einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder
bei Ausfahrhub entspricht der für einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder bei Einfahrhub.
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Die Arbeitsweise bei Einfahrhub des einfach wirkenden Hydraulikmotors
Hierbei sind sämtliche Vorsteuerventile V l, V 2
und V 3 geöffnet.
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Der von der Pumpe kommende Druckmittelstrom wird in der Zuführungsleitung
6 am Rückschlagventil 14 gesperrt und in die Ventilkammer 7 des Hochdruck-Steuerventils
H 3 geleitet, das durch die Federkraft, die den Stellkolben 18 belastet, geöffnet
ist. Das Druckmittel bewegt sich über den von seinem Sitz abgehobenen Schließkörper
16 in die Pilotleitung 24
und von dort über das geöffnete Vorsteuerventil
V 3 und die Rückleitung 31 zurück in den Vorratsbehälter 5. Da das
Vorsteuerventil V 1 ebenfalls geöffnet ist, wird der Stellkolben
40 nach unten bewegt und hebt dabei den Schließkörper 44 von seinem
Sitz ab und drückt den Schließkörper 46 gegen seinen Sitz. Es ergibt sich
somit eine offene Verbindung vom Anschluß 52 des Hydraulikzylinders über
die Arbeitsleitung 54, die Ventilkammer 43, den abgehobenen Schließkörper
44, die Zylinderkammer 56, die Pilotleitung 30 und über das geöffnete
Vorsteuerventil V 1
und die Rückleitung 55 zum Vorratsbehälter 5. Dadurch
kann der Arbeitskolben 2 entweder durch die eigene Feder oder durch die Last
zurückbewegt werden.
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Bei der Verwendung sowohl eines doppeltwirkenden als auch eines einfach
wirkenden Hydraulikmotors dienen die Sicherheitsventile 62 und
64 dazu, über die Arbeitsleitung 54 bzw. 50 den jeweils zugeordneten
Teil des Hydraulikzylinders wenn notwendig zu entlasten. Diese Sicherheitsventile
sind dabei so eingestellt, daß sie sich bei einem Druck von etwa 840 at öffnen.
Das Sicherheitsventil 17 ist für die Entlastung der Druckseite der Pumpe P und der
Zuführungsleitung 6 gedacht und leitet bei einem Druck von etwa 700 at das Druckmittel
in den Vorratsbehälter 5 zurück. Die weiteren Sicherheitsventile 66 und
68 entlasten bei einem Druck von etwa 21 at die Pilotleitungen
30 und 24 sowie die dazugehörigen Zylinderkammern 22 und
56.
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In den F i g. 2 bis 9 ist ein bevorzugtes durchkonstruiertes
Ausführungsbeispiel
einer Steuervorrichtung dargestellt, die dem schematischen Aufbau der F i g. 1 entspricht.
Dabei ist ein Gehäuseblock 70 vorgesehen, in den die verschiedenen Leitungen für
die Hydraulikflüssigkeit und die jeweiligen Zylinder für die Stellkolben eingearbeitet
sind. Außerdem sind in dem Gehäuseblock die Vorsteuerventile V l, V2, V 3
in Form von Solenoidventilen 10, 12 und 8 angebracht. Auf dem Gehäuseblock ist eine
Deckelplatte 72 durch mehrere Zylinderschrauben 74 derart befestigt, daß die Stellkolben
40, 36 und 18 und die damit verbundenen Teile in der jeweils zugeordneten Zylinderkammer
56 bzw. 58 bzw. 22 gehalten werden. Die Solenoidventile sitzen dabei in einem Gehäuse
152, das die zugehörigen elektrischen Anschlüsse 78 enthält, die mit einer entfernten
Schaltstation verbindbar sind.
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Bis auf die Solenoidventile 8, 10 und 12 (F i g. 7) sind die
Rückschlagventile, die Hochdruck-Steuerventile und die Sicherheitsventile jeweils
mit Sperrkörpern in Form von Kugeln ausgerüstet, die durch eine Feder oder andere
elastische Mittel gegen ihren Sitz gedrückt werden (z. B. F i g. 2, 3, 7). Dabei
wird der Ventilsitz für die Schließkörper 16, 32 und 44 jeweils durch das untere
Ende eines hülsenförmigen Einsatzes 80 gebildet, der jeweils mit einem Gewinde in
den Gehäuseblock 70 am Boden der zugehörigen Zylinderkammer 22 bzw. 58 bzw. 56 eingeschraubt
ist. (Der Einfachheit halber ist nur ein Einsatz beschrieben, die übrigen sind in
gleicher Weise ausgebildet.) Die mit den zugehörigen Stellkolben verbundenen Stellstangen
20, 38 und 42 zur Betätigung der Schließkörper 44, 32 und 16 sind
jeweils in einer Bohrung 82 in. dem zugehörigen Einsatz 80, wie in F i g. 2 dargestellt,
geführt. Unterhalb der Ventilsitze auf den Einsätzen 80 befinden sich die
Ventilkammern 43, 33, 7, in denen die Schließkörper 44, 32 und 16 angeordnet sind,
wobei bei den Ventilkammern 43 und 33 deren unterer Teil als Sitz 92 bzw. 94 für
die Schließkörper 46 und 48 ausgebildet ist.
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Wenn sich bei dieser Ausgestaltung die Schließkörper 44, 32
und 16 ihrem Sitz nähern, ergibt sich für den Druckmittelstrom eine Drosselung,
durch die der Druck des durchtretenden Druckmittels vermindert wird, so daß sich
auf der stromaufwärts liegenden Seite der Einsätze 80 ein hoher Druck und
in den Zylinderkammern 56, 58 und 22 auf der stromabwärts liegenden Seite der Einsätze
ein niedriger Druck ergibt. Hierdurch wird unter anderem durch den hohen Druck in
den Ventilkammern die Wirkung der Federn 39, 84 und 86, durch die die Schließkörper
auf ihre Sitze gedrückt werden, unterstützt.
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Es sei an dieser Stelle bereits erwähnt, daß statt der durch Federn
41, 37 und 19 belasteten Stehkolben 40, 36 und 18 zur Betätigung der Schließkörper
44, 32 und 16 auch andere Einrichtungen, wie beispielsweise Membrananordnungen,
verwendet werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird
oder sich an der Wirkungsweise der Steuervorrichtung grundsätzlich etwas ändert.
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Zur Einstellung der Kraft der Feder 41 ist die Dekkelplatte
72 mit einer eingeschraubten Stellschraube 96 versehen, die auf eine Platte
98' einwirkt, gegen die sich die Feder 41 abstützt. Mit Hilfe von Kontermuttern
98 und 99 wird die Stellschraube festgelegt, i wenn die erforderliche Einstellung
durchgeführt ist. Eine ähnliche Stellschraube 100 ist für die Einstellung
der Kraft der Feder 19 vorgesehen. Die Pilotleitungen 24,26 und 30 für den Pilotdruck
sind als Verbindungsbohrungen in dem Gehäuseblock zwischen den Zylinderkammern 56,
58 und 22 ausgebildet. In den in diesen angeordneten Stellkolben sind Ausdrehungen
vorgesehen, so daß das Druckmittel durch das Pilotsystem strömen kann. Die Enden
der die Pilotleitungen bildenden Bohrungen sind durch Pfropfen 101 (F i g.
4, in F i g. 2 aus Gründen der übersicht nicht dargestellt) geschlossen. Wie am
besten aus F i g. 2 ersichtlich, sind auf der zylindrischen Oberfläche der Stellkolben
18, 36 und 40 Ausdrehungen 102, 104 und 106 vorgesehen. Das von der
Zylinderkammer 22 abzuführende Druckmittel wird durch den mit 24B bezeichneten Teil
der Pilotleitung 24 geführt. Das in der Pilotleitung 24 unter Druck strömende Druckmittel
gelangt in einen Ringraum 108 zwischen dem unteren Ende des Stellkolbens 18 und
der anliegenden Zylinderwandung, dann durch den größeren Ringraum, der zwischen
der Zylinderwandung und der Ausdrehung 102 gebildet wird. Danach gelangt das Druckmittel
zum Solenoidventil 12 (F i g. 1, 2 und 4). Wenn das Solenoidventil12 geöffnet ist,
strömt das Druckmittel durch die Pilotleitung 26 (F i g. 1 und 4) in den Ringraum
zwischen der Ausdrehung 104 auf dem Kolben 36 und der benachbarten Zylinderwandung.
Wie in F i g. 2 dargestellt, ist in der Wandung des Stehkolbens 36 eine Bohrung
26B angebracht, die die Ausdrehung 104 mit einem Innenraum 110 im
oberen Teil des Stellkolbens 36 verbindet, um den Aufbau des Pilotdruckes im oberen
Teil des Stellkolbens 36 zu ermöglichen.
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In F i g. 2 und 4 ist gezeigt, daß zwischen den Zylinderkammern 56
und 58 eine Bohrung vorgesehen ist, die die Ausdrehungen 104 und 106 in den Stellkolben
36 und 40 miteinander verbindet. Diese Bohrung besitzt einen erweiterten
Teil 30A zur Aufnahme des Rückschlagventils 28. Dieses besteht zweckmäßigerweise
aus zwei Kugeln 112 und 114, die durch eine zwischen den Kugeln angeordnete gespannte
Feder 116 auseinandergedrückt werden. Die Kugel 112 kommt dadurch gegen ihren Ventilsitz
zur Anlage, der durch die Verengung der Bohrung am übergang zum Teil 26A (F i g.
4) der Pilotleitung 26 gebildet wird.
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Am Boden der Zylinderkammer 56 ist der Teil 30B der Pilotleitung 30
ebenfalls als Bohrung im Gehäuseblock vorgesehen, die eine Verbindung zum Solenoidventil
10 herstellt. Hierdurch kann bei geöffnetem Solenoidventi110 das Druckmittel
vom Teil 30A der Pilotleitung 30 über die Ausdrehung 106, den Ringraum
118 zwischen Stellkolben 40 und angrenzender Zylinderwand, den Teil
30B der Pilotleitung 30 und die ebenfalls im Gehäuseblock ausgebildete Rückleitung
55 abfließen.
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Um die erforderliche Dichtung zwischen den Stellkolben 18, 36 und
40 und den zugehörigen Zylinderwandungen zu erreichen, werden Dichtungsringe 120,
122 und 124 verwendet. Diese Ringe sind dabei so angeordnet, daß der bereits beschriebene
Druckmitteldurchtritt zwischen den Stellkolben und den zugehörigen Zylinderwandungen
gefördert wird. Zu diesem Zweck sind die Dichtungsringe 120 und 122 in am oberen
Ende der Ausdrehungen 102 und 106 in den zugehörigen Stellkolben angebrachten Ringnuten
angeordnet. Demgegenüber sitzt der Dichtungsring 124 in einer Ringnut des
Stellkolbens 36, die unterhalb der Ausdrehung 104 angebracht ist, so daß
ein
Druckmitteldurchtritt von dieser Ausdrehung zum unteren Teil
der Zylinderkammer 58 verhindert wird.
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In Längsrichtung des Gehäuseblocks 70 ist eine Bohrung 126
(F i g. 3, 5 und 6) angebracht, durch die die verschiedenen Rückleitungen
55, 60 und 31
mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden sind. In ähnlicher
Weise ist durch eine in Längsrichtung des Gehäuses verlaufende Bohrung 128 eine
gemeinsame Leitung von den Sicherheitsventilen 17, 64 und 66 zum Vorratsbehälter
hergestellt. Beide Bohrungen 126 und 128 sind an ihren seitlichen
am Gehäuseblock liegenden Austrittsöffnungen mit einem Innengewinde versehen, durch
das die zum Vorratsbehälter 5 führenden Leitungen (F i g. 1) angeschlossen werden.
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F i g. 3 zeigt eine geeignete Ausführungsform eines der Sicherheitsventile
17, 64 und 62 mit einem kugelförmigen Schließkörper, der durch eine nachgiebige
Feder 130 gegen seinen Sitz gepreßt wird. Die Federkraft ist dabei durch
eine Stellschraube 132 veränderbar. Eine ähnliche Ausgestaltung kann für
die bei geringerem Druck arbeitenden Sicherheitsventile 66 und 68 (F i g. 7) vorgesehen
sein. Diese beiden Sicherheitsventile sind durch eine Bohrung 134 miteinander
verbunden, die an ihrem Ende mit einer Innenbohrung zum Anschluß einer Leitung zum
Vorratsbehälter versehen ist.
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In den F i g. 4 bis 8 sind die Sitze der Solenoidventile
8, 10 und 12 zweckmäßig auch mit diesem Bezugszeichen versehen worden.
Diese Ventilsitze sind auf der Rückseite des Gehäuseblocks 70 in der in F i g. 8
gezeigten Weise angeordnet. F i g. 9 zeigt dabei im Detail eine Ausführungsform
eines derartigen Ventilsitzes mit einer Vertiefung 135 im Gehäuseblock, in die ein
Teil 24 A bzw. 24 B bzw. 30 B der zugehörigen Pilotleitung 24 bzw. 30 einmündet.
Ein erhöhter Mittelteil bildet den eigentlichen Ventilsitz 136, der die Pilotleitung
26 oder eine der Rückleitungen 31 und 55 umgibt. Über dem Ventilsitz befindet
sich ein Ventilelement 138 (F i g. 7), das bei Erregung oder Abschaltung
einer Spule 140 durch einen mit ihm verbundenen Anker 142 vom Ventilsitz
abgehoben oder auf ihn gedrückt wird. Dabei wird das Andrücken des Ventilelements
138 gegen seinen Sitz durch eine Feder 144 bewirkt. Die Sperrwirkung des
Ventilelements wird dadurch unterstützt, daß unterhalb des Ventilelements ein niedriger
Druck und oberhalb der Pilotdruck herrscht, der das Ventilelement gegen seinen Sitz
drückt. Eine Abdichtung der Vertiefung 135 gegen Leckverluste wird dadurch erreicht,
daß an der mit den Buchsen für die Solenoide versehenenTrägerplatte an den Buchsen
jeweils ein Dichtungsring 150 vorgesehen ist, durch den zusammen mit dem Gehäuse
152 die Vertiefung 135 abgeschlossen wird.
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Wie aus den F i g. 3 und 5 ersichtlich, sind die Anschlüsse 51 und
52 als ein Gewindeteil am Ende der Arbeitsleitungen 50 und 54 ausgebildet, so daß
biegsame Rohre od. dgl. zwischen den Anschlüssen 51 und 52 und dem Hydraulikmotor,
beispielsweise dem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 3, angebracht werden können.
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Das Rückschlagventil 14 dient zum Druckaufbau. Die Erfindung sieht
jedoch auch die Möglichkeit vor, das Rückschlagventil 14 wegzulassen. In diesem
Fall müssen dann die Federn 39 und 86 zur Erhöhung der Schließwirkung der Schließkörper
46 und 48 verstärkt werden. Im übrigen können die in dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 1 beschriebenen Arbeitsleitungen 50 und 54 auch umgekehrt mit
den Anschlüssen 51 und 52
verbunden sein. In ähnlicher Weise kann beim
Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 a der Hydraulikzylinder 3 a auch durch über den
Anschluß 51 zugeführtes Druckmittel betätigt werden.