DE1600822C - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung zur Entzerrung hydraulischer Impulse, insbesondere für hydraulische logische Schaltungen. • Wegen ihrer zahlreichen Vorteile finden hydraulische Einrichtungen in wachsendem Maße auch für Steuerzwecke und in der Datenverarbeitung Anwendung. Hierbei werden die Signale, die zur Darstellung eines Betriebszustandes oder einer Zustandsänderung dienen, entweder in Form von unterschiedlichen Druckpotentialen oder als kurze Druckimpulse geliefert. Letztere spielen insbesondere bei hydraulisch betätigten Datenverarbeitungssystemen mit logischen Schaltungen eine sehr große Rolle.

Die Kennlinien der mit den bekannten Steuerelementen erzeugten hydraulischen Impulse sind für erhöhte Anforderungen, insbesondere in bezug auf eine kurze Schaltzeit, unbefriedigend, da beim Auslösen des Druckimpulses der Maximaldruck meist erst nach einer gewissen Verzögerungszeit erreicht wird und andererseits der Druckabfall am Ende des Impulses gleichfalls eine gewisse Zeit beansprucht. Hierdurch wird die Phase, in welcher der tatsächliche Maximaldruck des Impulses wirksam ist, verringert, oder es muß die für den gesamten Impuls erforderliche Taktzeit entsprechend lang gewählt werden, was sich auf die Leistung der gesamten Anlage ungünstig auswirkt.

Zur Umwandlung einer länger andauernden Druckmitteleinwirkung in einem kurzzeitigen Impuls, vorzugsweise zum Zwecke der Taktsicherung bei pneumatischen Folgesteuerungen, ist es zwar durch die deutsche Patentschrift 1 155 647 bereits bekannt, zwischen die Druckmittelquelle und die impulsgesteuerte Vorrichtung ein Ventil mit einem Stufenkolben zu schalten, dessen kleinste Stufe in einen den Verbraucheranschluß für den kurzzeitigen Impuls mit dem Steueranschluß für die länger andauernde Druckmitteleinwirkung verbindenden Raum mündet und in Schließstellung zu einem Ventilsitz des Steueranschlusses bewegbar ist, während die größte Stufe des Stufenkolbens in einem vom ersten Raum getrennten, mit einem Entleerungsanschluß verbundenen zweiten Raum bewegbar ist; der Stufenkolben ist hierbei mit Drosselstellen aufweisenden Längsbohrungen versehen und wirkt mit einem Kanal zusammen, der bei der Schließstellung der Stufe des Stufenkolbens den Verbraucheranschluß mit dem Entleerungsanschluß verbindet. Diese bekannte Vorrichtung bewirkt jedoch nur eine Verkürzung der Zeit für die Einwirkung des Druckmittels, ohne daß eine Formung der verkürzten Ausgangsimpulse stattfindet, die den zuvor beschriebenen Anforderungen genügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hydraulische Impulse so umzuformen, daß eine wesentliche Verbesserung der Flankensteilheit erzielt wird. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß gemäß der Erfindung in der Impulsübertragungsleitung ein Regelventil angeordnet ist, dessen bei Druckanstieg über einen definierten Mindestwert gegen die Kraft einer Feder öffnender Kolbenschieber als Steuerschieber ausgebildet ist, und daß ein von dem Kolbenschieber des Regelventils gesteuertes, über ein hydraulisches Verzögerungselement einschaltbares Schaltventil vorgesehen ist, mittels dessen ein auf den Kolbenschieber des Regelventils mit dessen Feder gleichsinnig wirkender Rückstellkolben druckbeaufschlagbar ist, wobei der Verzögerungswert des Verzögerungselementes so gewählt ist, daß die Druckbeaufschlagung des Rückstellkolbens zugleich mit dem Erreichen des Maximaldrucks in der Übertragungsleitung erfolgt, und wobei die durch die Feder und die Druckbeaufschlagung des Rückstellkolbens gebildete Rückstellkraft um ein geringes kleiner ist als die auf den Kolbenschieber im Öffnungssinne Wirksame hydraulische Kraft.

Bei der hydraulischen Steuereinrichtung gemäß der

ίο Erfindung wird somit, sobald sich der Ausgangsdruck um einen geringen Betrag erhöht, das Regelventil geöffnet, und es schließt sich wieder, sobald nach Erreichen des Maximaldruckes ein geringfügiger Druckabfall festgestellt wird.

ig Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das hydraulische Verzögerurigselement als zum Schaltventil parallelgeschalteter Verzögerungskolben ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine solche Ausbildung des Kolben-

ao Schiebers des Regelventils, daß die Rückstellung des Verzögerungskolbens und des Schaltventils mit Erreichen der Schließstellung des Regelventils erfolgt. Die Steuereinrichtung nach der Erfindung kann den jeweiligen Erfordernissen auf einfache Weise angepaßt werden. So ist der Mindestdruck, bei dem das Ventil öffnet, durch entsprechende Bemessung der Rückstellfeder für den Kolbenschieber des Regelventils festlegbar. Weiterhin kann derjenige Grenzdruck, bei dem beim Beginn des Druckabfalls nach dem Maximaldruck das Regelventil schließt, auf einfache Weise durch entsprechende Wahl des hydraulischen Drucks in dem vom Schaltventil gesteuerten Drucksystem bzw. der wirksamen Fläche des Rückstellkolbens festgelegt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Im oberen Teil der Zeichnung ist ein hydraulisches Regelventil 8 dargestellt, bestehend aus einem Ventilgehäuse 10, in dem ein Kolbenschieber 12 um einen begrenzten Hub längsverschiebbar ist. Das Regelventil 8 ist an ein (nicht dargestelltes) hydraulisches System angeschlossen, und zwar mittels eines Einlasses 14 am einen Ende und eines Auslasses 16 am anderen Ende des Kolbenschiebers 12. Der Weg der hydraulischen Strömung führt vom Einlaß 14 durch eine Zentralbohrung 15 im Kolbenschieber 12 und weiter durch eine Ausgangsmündung 17 im Kolbenschieber 12 zum Auslaß 16. Im Ventilgehäuse 10 befindet sich eine an eine (nicht gezeigte) Pumpe angeschlossene Druckleitung 18. Zur Rückführung des hydraulischen Mediums in den Sammelbehälter dienen zwei Rückleitungen 20 und 22, die ebenfalls radial im Ventilgehäuse 10 angeordnet sind.

Ist am Einlaß 14 kein Druck wirksam, so wird der Kolbenschieber 12 mittels einer Druckfeder 24, die über einen Rückstellkolben 26 auf den Kolbenschieber^ wirksam ist, in seiner linken Endlage gehalten, so daß die Verbindung zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 unterbrochen ist. Die durch die Druckfeder 24 auf den Kolbenschieber 12 ausgeübte Kraft ist äußerst gering bemessen, so daß bereits bei einem kleinen Druckanstieg im Einlaß 14 der Kolbenschieber 12 nach rechts verstellt wird.

Solange der Kolbenschieber 12 sich in seiner linken Endlage befindet, wird das durch die Druckleitung 18 zugeführte Druckmedium über eine Ringnut 28 am Umfang des Kolbenschiebers 12 in einen Kanal 23 geleitet; die Funktion des an den Kanal 23 ange-

schlossenen Systems wird später erläutert. Der Auslaß 16 ist an ein zu steuerndes hydraulisches Element, z. B. ein Ventil oder einen Kolbenantrieb angeschlossen. Wird durch den Einlaß 14 Strömung zügeführt, so baut sich ein Druck von einem Minimalwert auf ein Maximum auf. Mit Beginn des Wirksamwerdens der durch den Einlaß 14 zugeführten Strömung entsteht ein Differentialdruck zwischen der Zentralbohrung 15 und der Ausgangsmündung 17 des Kolbenschiebers 12, da der Querschnitt der Zentralbohrung 15 größer ist als derjenige der Ausgangsmündung 17. Dieser Differentialdruck ist beim Erreichen des Minimaldruckwertes im Einlaß 14 ausreichend, um die Gegenkraft der Druckfeder 24 zu überwinden, so daß nunmehr der Kolbenschieber 12 in seine in der Zeichnung gezeigte rechte Lage verstellt wird. In dieser Stellung verbleibt der Kolbenschieber 12 bis zum Erreichen des Maximaldruckes.

Das bisher beschriebene Regelventil 8 würde, wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen sind, die Durchflußverbindung zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 so lange aufrechterhalten, bis zu irgendeiner Zeit der Minimaldruck wieder erreicht ist; denn erst dann reicht die Kraft der Druckfeder 24 zur Rückstellung des Kolbenschiebers 12 in seine linke Endstellung aus, in der die Durchflußverbindung unterbrochen ist. Es soll jedoch für das Regelventil 8 eine Schaltcharakteristik erreicht werden, gemäß der die Rückstellung des Kolbenschiebers 12 in seine wirksame (linke) Lage bereits dann eingeleitet wird, wenn der Durchfluß nachzulassen beginnt, also bei Beginn des Druckabfalles unmittelbar nach Überschreiten des Maximaldruckes.

Bei Beginn dieses Druckabfalls im Innern des Kolbenschiebers 12 ist noch immer der maximale Differenzdruck wirksam, der den Kolbenschieber 12 in seiner rechten Lage hält. Es ist also, um bereits jetzt die Rückstellung des Kolbenschiebers 12 in seine linke Lage zu bewirken, zusätzlich zur Kraft der Druckfeder 24 eine weitere Kraft notwendig, die aber nur dann wirksam werden darf, wenn der Maximaldruck abzufallen beginnt. Diese zusätzliche Kraft wird auf den Rückstellkolben 26 übertragen. Hierzu dienen ein Verzögerungskolben 30 und eine Drossel 39 im Zusammenwirken mit einem Schaltventil 32, das seinerseits auf den Rückstellkolben 26 wirksam ist.

Sobald in der vorher beschriebenen Weise der Kolbenschieber 12 in seine rechte Stellung gelangt, wird der durch die Druckleitung 18 zugeführte Druck über eine Ringnut 34 am Umfang des Kolbenschiebers 12, einen Kanal 36 im Ventilgehäuse 10 und eine Leitung 38 sowie durch die Drossel 39 sowohl zum Verzögerungskolben 30 als auch zur linken Seite des Schaltventils 32 geleitet. Der Druck in der Leitung 38 kann gleichzeitig als Anzeige für die Umschaltung des Kolbenschiebers 12 dienen. Die Funktion der Drossel 39 und des Verzögerungskolbens 30 ist, bei Erreichen des Maximaldruckes im Kolbenschieber 12 eine gewisse Phasenverzögerung zu bewirken, d. h., den Aufbau des Maximaldruckes im Kolbenschieber 12 zu ermöglichen, ohne daß bereits zu diesem Zeitpunkt auf den Rückstellkolben 26 eine zusätzliche Rückstellkraft wirksam wird. Die Drossel 39 bewirkt eine gewisse Druckminderung am Ende der Leitung 38, so daß der Verzögerungskolben 30 durch einen gegenüber der Leitung 38 verringerten Druck beaufschlagt wird. Infolge des äußerst geringen Wider-Standes, den der Verzögerungskolben 30 dem durch den Kanal 36 und über die Drossel 39 zugeführten Druck entgegensetzt, gelangt der Verzögerungskolben 30 zunächst in seine in der Zeichnung dargestellte rechte Endlage, ohne daß währenddessen das Schaltventil 32 wirksam wird. Der Weg, den der Verzögerungskolben bis zum Erreichen seiner rechten Endlage zurücklegt, ist in Übereinstimmung mit derjenigen Zeitverzögerung gewählt, die bis zum Aufbau des Maximaldruckes im Kolbenschieber 12 benötigt wird. Erst jetzt gelangt der durch den Kanal 36 geleitete Druck zur linken Seite des Schaltventils 32. Das Schaltventil 32 ist in seinem Aufbau und seiner Wirkungsweise als solches bekannt. Es enthält einen Kolbenschieber 40 mit Ringnuten 42 und 44 an seinem Umfang. An beiden Stirnseiten des KolbenSchiebers 12 sind Axialzylinder 46 und 48 ausgebohrt, in denen sich Kolben 50 bzw. 52 befinden. Zentralbohrungen 54 und 56 verbinden die Axialzylinder 46 bzw. 48 mit den Ringnuten 42 bzw. 44. In das Schaltventil 32 münden eine an eine Pumpe angeschlossene Druckleitung 58 sowie zwei mit dem Sammelbehälter verbundene Rückleitungen 60 und 62. Weiterhin ist ein Auslaß 64 vorgesehen. Der Kolbenschieber 40 des Schaltventils 32 befindet sich zunächst in seiner linken Endlage, so daß zwischen der Druckleitung 58 und dem Auslaß 64 keine Verbindung besteht. Sobald jedoch der Verzögerungskolben 30 in der vorher beschriebenen Weise seine rechte Endstellung erreicht hat und Druck an die linke Seite des Schaltventils 32 angelegt wird, schaltet dessen Kolbenschieber 40 in seine rechte, in der Zeichnung dargestellte Endlage um, und die Ringnut 42 stellt eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckleitung 58 und dem Auslaß 64 sowie der Zentralbohrung 54 her. Dadurch wird der Kolben 50 nach links verstellt, und der im Axialzylinder 46 aufgebaute Druck bewirkt, daß der Kolbenschieber 40 in der dargestellten Lage festgehalten wird. Gleichzeitig wird durch den über die Ringnut 42, den Auslaß 64 und die Leitung 66 geleiteten Druck der RückStellkolben 26 beaufschlagt. Der Querschnitt des Rückstellkolbens 26 ist so gewählt, daß er im gleichgerichteten Zusammenwirken mit der Druckfeder 24 eine Gesamtkraft abgibt, die etwas geringer ist als diejenige Kraft, die in entgegengesetzter Wirkungsrichtung durch den Differentialdruck der Zentralbohrung 15 und der Ausgangsmündung 17 bei Maximaldruck im Einlaß 14 entsteht. Daher bleibt der Kolbenschieber 12 des Regelventils 8 so lange in seiner rechten Endlage, wie dieser Maximaldruck aufrechterhalten wird. Sobald jedoch der Druck abzufallen beginnt, verringert sich auch der Differentialdruck der Zentralbohrung 15 und der Ausgangsmündung 17, und die Summe der Kräfte, die durch die Druckfeder 24 und den Rückstellkolben 26 aufgebracht werden, ist nun größer als der Differentialdruck, so daß der Kolbenschieber 12 in seine linke Endlage zurückgestellt wird. Für die ungehinderte Hubbewegung des Rückstellkolbens 26 ist im Ventilgehäuse 10 eine Entlüftung 27 vorgesehen.

Mit Beginn der Rückstellung des Kolbenschiebers 12 in seine linke Lage wird auch die hydraulische Verbindung zwischen der Druckleitung 18 und dem Kanal 36 über die Ringnut 34 unterbrochen, womit auch die Druckbeaufschlagung des Verzögerungskolbens 30 und des Schaltventils 32 über die Leitung 38 beendet ist. Der Kolbenschieber 40 bleibt jedoch

in seiner rechten Endlage, da der durch die Druckleitung 58 zugeführte Druck weiterhin über die Zentralbohrung 54 auf den Kolben 50 wirksam bleibt. Sobald jedoch der Kolbenschieber 12 seine linke Endlage erreicht hat, verbindet die Ringnut 28 den Kanal 23 mit der Druckleitung 18, und über eine Leitung 68 und eine Drossel 41 werden sowohl der Verzögerungskolben 30 als auch der Kolbenschieber 40 des Schaltventils 32 von der rechten Seite mit Druck beaufschlagt. Der Verzögerungskolben 30 wandert daher in seine (linke) Ausgangslage zurück. Erst wenn er diese erreicht hat, steigt der Druck in der Leitung 68 auf den vollen Pumpendruck an und bewirkt nunmehr auch die Rückstellung des Kolbenschiebers 40 in seine (linke) Ausgangslage. Die hierbei auf die rechte Seite des Kolbenschiebers 40 wirksame Kraft ist größer als die über die Druckleitung 58 auf den Kolben 50 ausgeübte hydraulische Kraft. Der Kolbenschieber 40 wird daher in seine linke Lage verstellt, und dabei wird die Verbindung zwischen der Druckleitung 58 und dem Kolben 50 über die Ringnut 42 unterbrochen, ebenso wie auch die Druckverbindung zum Rückstellkolben 26 über den Auslaß 64 und die Leitung 66. Statt dessen öffnet der Kolbenschieber 40 die hydraulische Verbindung von der Druckleitung 58 über die Ringnut 44 zur Zentralbohrung 56, wodurch der Kolben 52 von links druckbeaufschlagt wird; auf diese Weise wird das Verbleiben des Kolbenschiebers 40 in seiner linken Endlage gesichert.

Wird im Einlaß 14 des Regelventils 8 keine Druckströmung zugeführt, so befinden sich also sowohl der Kolbenschieber 12 des Regelventils 8 als auch der Verzögerungskolben 30 als auch der Kolbenschieber 40 des Schaltventils 32 in ihrer linken Endstellung, während der vorher von der rechten Seite auf den Rückstellkolben 26 wirksame hydraulische Druck abgeschaltet ist, so daß nun ein neuer Schaltvorgang in der beschriebenen Weise eingeleitet und ausgeführt werden kann.

Für die Schaltcharakteristik des Regelventils 8 sind also zwei Druckwerte im Einlaß 14 maßgebend: Das Öffnen des Regelventils 8 erfolgt bei Erreichen eines festliegenden Mindestdrucks, und das Schließen des Regelventils 8, also die Unterbrechung zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16, wird bei einem bestimmten, knapp unterhalb des Maximaldrucks liegenden Grenzdruck ausgelöst. Beide Druckwerte können auf einfache Weise den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden: Durch entsprechende Wahl der Druckfeder 24 und der von ihr abgegebenen Kraft wird der Mindestdruck für das Einschalten des Regelventils 8 bestimmt, während der Grenzdruck für die Rückschaltung des Regelventils 8, also für das Schließen der Verbindung zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16, durch entsprechende Wahl der auf den Rückstellkolben 26 wirksamen hydraulischen Kraft festlegbar ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuereinrichtung zur Entzerrung hydraulischer Impulse, insbesondere für hydraulische logische Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Impulsübertragungsleitung ein Regelventil (8) angeordnet ist, dessen bei Druckanstieg über einen definierten Mindestwert gegen die Kraft einer Feder (24) öffnender Kolbenschieber (12) als Steuerschieber ausgebildet ist, und daß ein von dem Kolbenschieber (12) des Regelventils (8) gesteuertes, über ein hydraulisches Verzögerungselement (30) einschaltbares Schaltventil (32) vorgesehen ist, mittels dessen ein auf den Kolbenschieber (12) des Regelventils (8) mit dessen Feder (24) gleichsinnig wirkender Rückstellkolben (26) druckbeaufschlagbar ist, wobei der Verzögerungswert des Verzögerungselementes (30) so gewählt ist, daß die Druckbeaufschlagung des Rückstellkolbens (26) zugleich mit dem Erreichen des Maximaldrucks in der Übertragungsleitung erfolgt, und wobei die durch die Feder (24) und die Druckbeaufschlagung des Rückstellkolbens (26) gebildete Rückstellkraft um ein geringes kleiner ist als die auf den Kolbenschieber (12) im Öffnungssinne wirksame hydraulische Kraft.

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Verzögerungselement (30) als zum Schaltventil (32) parallelgeschalteter Verzögerungskolben ausgebildet ist.

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des Kolbenschiebers (12), daß die Rückstellung des Verzögerungskolbens und des Schaltventils (32) mit Erreichen der Schließstellung des Regelventils (8) erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen