DE2343662A1 - Hydraulische steuereinrichtung - Google Patents

Hydraulische steuereinrichtung

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DE2343662A1 DE19732343662 DE2343662A DE2343662A1 DE 2343662 A1 DE2343662 A1 DE 2343662A1 DE 19732343662 DE19732343662 DE 19732343662 DE 2343662 A DE2343662 A DE 2343662A DE 2343662 A1 DE2343662 A1 DE 2343662A1
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Description

13.8.1973
Anlage zur
Patent- und
G e"brauchsmust erhilf sanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGART Hydraulische Steuereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem von letzterem gesteuerten Hauptsteuerventil, das einen von Federn in einer Neutralstellung zentrierten Steuerschieber aiif weist, der proportional zu Eingangssignalen am Vorsteuerventil aus der Neutralstellung nach beiden Seiten in Arbeitsstellungen auslcnkbar ist um wahlweise Druckmittel aus einem Zulauf zu einem ersten Anschluß und von einem zweiten Anschluß zurück in einen Rücklauf zu steuern.
Eine bekannte hydraulische Steuereinrichtung der erwähnten Art ist als sogenanntes elektrohydraulisches Servoventil ausgebildet; mit ihm läßt sich proportional zu elektrischen Eingangssignalen der Druckmittelstrom zu einem doppeltwirkenden Verbraucher der Richtung und Größe nach steuern. Mit dem bekannten Servoventil lassen sich aber nur solche Verbraucher,
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steuern, die symmetrisch ausgebildet sind, während z.B. asymmetrische, doppeltwirkende Zylinder nicht ohne weiteres ansteuerbar sind. Bei diesem Servoventil ist also keine Eilgangstellung möglich, in der in einen Anschluß des Servoventils zurückströmendes Druckmittel dem anderen Anschluß zugeleitet wird, der zugleich mit dem Druckmittel-Zulauf Verbindung hat. Dieser Umstand macht das Servoventil nur begrenzt einsatzfähig, zumal wenn es auf geringe Leistungsverluste und optimale Auslegung einer Anlage mit einem solchen Servoventil ankommt.
Es ist ferner ein Wegeventil bekannt, dessen Steuerschieber neben den Stellungen für Heben, Neutral und Senken auch eine Eilgangstellung aufweist, um bei der Steuerung eines asymmetrischen Zylinders ein schnelles Senken zu ermöglichen. Bei diesem V/egeventil ist der Steuerschieber nicht vorgesteuert sondern wird von Hand betätigt. Zwar sind gewisse übergangszonen am Steuerschieber zum Zwecke einer Feinsteuerung vorgesehen, als ein fernverstellbares Proportionalventil ist das Wegeventil aber nicht verwendbar, da es lediglich vier definierte Stellungen aufweist. Außerdem baut das V/egeventil mit seinen zehn Kammern relativ aufwendig, wobei in Stellung LiI-gang der Druckmittelstrom von einem zum anderen Anschluß über zusätzliche Kanäle außerhalb der Steuerschieberbohrung geleitet werden muß.
Ferner ist auch eine Steuerventilanordnung bekannt, bei der ein handbetätigtes Vorsteuerventil hydraulisch ein Hauptsteuerventil steuert. Das Hauptsteuerventil hat einen Steuerschieber, der fünf Stellungen einnehmen kann, darunter eine Eilgangstellung. Auch hier kann der Steuerschieber nur ganz bestimmte Stellungen einnehmen, so daß eine proportionale Steuerung mit dem Steuerschieber allein nicht möglich ist. Für die Eilgangstellung weist das Gehäuse des Hauptsteuerventils zusätzliche Kanäle auf, was zu einer aufwendigen Bauweise führt. Um nun außer der Richtung auch die Geschwindigkeit eines Dif-
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ferentialkolbens zu steuern, ist im Hauptsteuerventil ein -zusätzliches, relativ kompliziertes Mehrfachventil angeordnet, das ebenfalls vom Vorsteuerventil gesteuert wird und neben anderen Funktionen auch die eines Bypass-Ventils erfüllt. Das hierzu notwendige Vorsteuerventil baut dementsprechend aufwendig, was insgesamt mit zu einer teueren 3teuerventilaiiordnung führt, die entsprechend ihres Aufwandes euch mehr störanfällig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuereinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem von letzterem gesteuerten Hauptsteuerventil zu schaffen, dessen Steuerschieber proportional zu Eingangssignalen verstellbar ist -und sich zur stufenlosen Steuerung von Vorschub und Eilganggeschwindi:·;--keit von asymmetrischen Verbrauchern mit Differentialkolben eignet; ferner soll die Steuereinrichtung möglichst einfach bauen.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Steuerschieber anschließend an einen Bereich von Arbeitsstellungen eine Eilgangstellung aufweist, in welcher der erste Anschluß mit dem zweiten Anschluß und mit dem Zulauf Verbindung hat.
Auf diese V/eise ist es möglich, eine Steuereinrichtung zu schaffen, bei. der die Funktion eines Servoventils, nämlich die proportionale Steuerung und die Funktion einer Eilgangschaltur.g in äußerst voi^t eilhaft er Weise miteinander kombiniert sind. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann deshalb auch zur Steuerung von doppeltwirkenden Verbrauchern mit Differentialkolben herangezogen werden, wodurch infolge der möglichen Eilgangschaltung eine optimale Auslegung von Systemen hinsichtlich Leistungsbilanz und Größe der aufzuwendenden Elemente möglich wird.
Eine äußerst vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn bei einer dereruigen Steuereinrichtung mit einer den Steuerschieber aufnehmenden Schieberbohrung in einem Gehäuse der
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erste und zweite Anschluß und der Zulauf in Eilgangstellung über die Schieberbohrung miteinander Verbindung haben. Dadurch baut die Steuereinrichtung äußerst einfach und raumsparend, was ihre Einsatzfähigkeit stark erhöht.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben, deren einzige Figur einen Schnitt durch eine hydraulische Steuereinrichtung, teilweise in vereinfachter Darstellung, zeigt.
Die Fig. zeigt eine Steuereinrichtung 10, die als Vorsteuerventil einen elektrofluidisehen Wandler 11 und ein von letztcrem gesteuertes Hauptsteuerventil 12 zeigt.
Das Hauptsteuerventil 12 hat'ein Gehäuse 13 mit einer Schieberbohrung 14. In der Schieberbohrung 14 sind durch ringförmige Erweiterungen fünf nebeneinanderliegende Kammern 15> 16, 1?, 18, 19 ausgebildet, von denen die zwei äußeren als Rücklaufkammem 15, 19? die mittlere als Zulauf kammer 17 und die anderen Kammern als erste (16) und zweite Verbraucherkammer 18 vorgesehen sind. Die·Verbraucherkammern 16, 18 stehen mit einem ersten bzw. zweiten Anschluß 21 bzw. 22, die Zulauf kammer 17 mit einem Zulauf 25 und die Rücklauf kammern 15» 19 mit einem Rücklauf 24 in Verbindung. Ferner weist die Schieberbohrung neben der ersten Rücklaufkämmer 15 eine erste Steuerkammer auf, die ein Kanalsystem 26 mit einem ersten Steueranschluß verbindet; eine entsprechende zweite Steuerkammer 28 neben der zweiten Rückl auf kammer 19 hat über ein Kanalsystem 29 mit einem zweiten Steueranschluß 30 Verbindung. Das Gehäuse 13. weist in der ersten Verbraucherkammer 16 eine erste (31) und zweite Steuerkante 32, in der Zulaufkammer 17 eine dritte Steuerkante 33, in der zweiten Verbraucherkammer 18 eine vierte (34) und fünf-
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te Steuerkante 35 und in der zweiten Rücklaufkammer 19 eine sechste Steuerkante 36 auf. Am Gehäuse 13 sind stirnseitig ein erster und zweiter Deckel 37 "bzw. 38 angeflanscht, die zusammen mit dem Gehäuse 13 einen ersten "bzw. zweiten Entlastungsraum 39» 41 einschließen. Ein Kanalsystem 42 verbindet beide Entlastungsräume 39, 4-1 miteinander und mit dem Rücklauf 24.
In der Schieberbohrung 19 ist ein Steuerschieber 43 gleitend geführt und von zwei in den Entlastungsräumen 39» 41 angeordneten Federn 44 in einer Neutralstellung zentriert. Vier Ringnuten 45 bis 48 teilen den Steuerschieber 43 in einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Kolbenabschnitt ' 49, 51, 52, 53 bzw. 54. Der erste und fünfte Kolbenabschnitt 49» 5^- weist jeweils eine Sacklochbohrung 55 bzw. 56 auf, in der eine als Kolben dienende Kugel 57 bzw. 58 dicht und gleitend geführt ist. Die Kugeln 57, 58 liegen an gehäusefesten Bolzen 59, 61 an; die Sacklochbohrungen 55, 56 haben über Bohrungen bzw. 63 mit den Steuerkammern 25 bzw. 28 Verbindung, so daß am Steuerschieber 43 ein erster und ein zweiter Kugelstellmotor 64, 65 ausgebildet sind. Ferner weist der Steuerschieber 43 an seinem zweiten Kolbenabschnitt 51 eine erste (66) und zweite Steuerkante 67 auf; an seinem dritten Kolbenabschnitt 52 hat der Steuerschieber 43 auf der dem vierten Kolbenabschnitt 53 zugewandten Seite eine dritte Steuerkante 68 und auf der anderen Seite eine vierte Steuerkante 69« Der vierte Kolbenabschnitt 53 bildet eine fünfte Steuerkante 7^ und der fünfte Kolbenabschnitt 54 eine sechste Steuerkante 72. Die erste bis sechste Steuerkante 66, 67, 68, 69» 71? 72 am Steuerschieber sind jeweils der ersten bis sechsten Steuerkante 31 bis 36 am Gehäuse 13 zugeordnet und bilden so Steuerkantenpaare. Alle Steuerkanten am Steuerschieber 43 weisen als Übergangsζonen für die Druckmittelströme dienende Fasen 73 auf, die ein stetiges öffnen und Schließen der Durchflußquerschnitte erlauben. Durch die unsymmetrische Ausbildung und Anordnung der fünf Kammern 15 bis 19 und des Steuerschiebers
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sind die ersten "bis sechsten Steuerkantenpaare so angeordnet, daß der Steuerschieber 43 proportional zu seiner Auslenkung aus seiner Mittelstellung nach beiden Seiten die Verbindung vom Zulauf 23 zu einem der Anschlüsse 21, 22 aufsteuern und den anderen Anschluß 22, 2'1 mit dem Rücklauf 24 verbinden kann. Darüber hinaus erlauben die Steuerkantenpaare bei Auslenkung des Steuerschiebers 43 nach links (in Richtung zum ersten Deckel 37 hin) über den Bereich der sogenannten Arbeitsstellungen hinaus eine Eilgangstellung, in der die beiden Verbraucherkammern 161 18 sowie die Zulaufkammer 17 miteinander über die Schieberbohrung ^4 verbunden sind. Auch diese Eilgangstellung erstreckt sich über einen gewissen Bereich des Steuerschieberhubes.
In dem zweiten und vierten Kolbenabschnitt 51 bzw. 53 sind jeweils eine Querbohrung 74 und eine Schrägbohrung 75 angeordnet. Diese Bohrungen 74, 75 verbinden in Keutralstellung des Steuerschiebers 43 die Verbraucherkammern 16, 18 mit der jeweils benachbarten Rücklaufkammer 15 bzw. 19.
Am zweiten Deckel 38 ist ein elektrischer Geber 76 angeordnet, dessen bewegliches Teil mit dem Steuerschieber gekoppelt ist, und somit von der Stellung des Steuerschiebers 43 abhängige Signale liefert. Der Geber 76 und ein elektrischer Eingang 77 zur Sollwerteingabe haben mit einer Summierstelle 78 Verbindung. Ein Eingang eines Differenzverstärkers 79 bat mit der Summierstelle 77 und ein Ausgang mit einer Spule 81 des elektrofluidischen Wandlers 11 Verbindung. Der Wandler hat einen mit einer Steuerdruckmittelquelle verbundenen hydraulischen Eingang 82, einen Rücklauf 83, zwei Steuerausgänge 84, 87, die mit den Steueranschlüssen 27 bzw. 30 des Hauptsteuerventils 12 verbunden sind sowie ein auslenkbares Strahlrohr.
In den Zulauf 23 des Hauptsteuerventils 13 fördert eine Pumpe 87 Druckmittel aus einem Behälter 88. Ein doppeltwirkender Verbraucher 89 hat einen Differentialkolben 91 und ist zylin-
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derseitig an den ersten Anschluß 21 und kolbenstangenseitig an den zweiten Anschluß 22 angeschlossen.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 ist wie folgt: Bei fehlendem Signal am Sollwerteingang 77 erzeugt der elektrofluidische Wandler 11 gleiche Drücke in den Ausgängen 84, 85 und damit in den Sacklochbohrungen 551 56. Der druckausgeglichene Steuerschieber 43 wird von den Federn 44 in der gezeigten Neutralstellung zentriert, in der er die Zulaufkammer 17 durch den zweiten und dritten Kolbenabschnitt 51 » 52 hydraulisch blockiert. In dieser Neutralstellung sind die Verbraucherkammern 16 und 18 jeweils über die Querbohrungen 74 und Schrägbohrungen 75 zu den Rücklaufkammern 15 bzw. 19 entlastet. Von der Zulaufkammer 17 - wo ein hoher Druck ansteht - in die Verbraucherkammern 16, 18 leckendes Druckmittel kann somit dort keinen Druck aufbauen und zu ungewollter Betätigung des Differentialkolbens 91 führen.
Wird am elektrischen Eingang' 77 nun ein nach Größe und Richtung bestimmtes Signal eingegeben, so wird dementsprechend proportional der Steuerschieber 43 nach links in eine erste Arbeitsstellung in Richtung auf den ersten Deckel 37 hin, ausgelenkt. Dabei wird, schon bei sehr geringer Auslenkung die Querbohrung 74 zugesteuert und die Entlastung der ersten Verbraucherkammer 16 unterbrochen. Anfänglich meldet der Geber 76 noch ein Signal entsprechend der Neutralstellung des Steuerschiebers 43 an die Suramiersteile 78, so daß der Differenzverstärker 79 den Wandler 11 voll aussteuert. Dabei schwenkt das Strahlrohr 86 entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch der Druck im zweiten Steuerausgang 85 erhöht und im ersten Steuerausgang 84 gesenkt wird. Die volle Druckdifferenz des Wandlers 11 wird am Steuerschieber 43 über die Stellmotoren 64, 65 wirksam und führt zu einer schnellen Bewegung des Steuerschiebers 43 in die gewünschte Lage. Mit zunehmender Auslenkung des Steuerschiebers 43 ändern sich die Signale des Gebers 76. Die elektrische Rückführung über Geber 76 und
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Differenzverstärker 79 bewirkt somit, daß dann, wenn der Steuerschieber 43 die dem eingegebenen Signal entsprechende Stellung erreicht, das Strahlrohr 86 des Vandlers 11 wieder seine Mittelstellung einnimmt und gleiche Drücke in den Steuerausgängen 84, 85 und damit in den Stellmotoren 64, 65 steuert, wodurch der Steuerschieber 4J in seiner angesteuerten Lage gehalten wird. Dabei sei der Einfluß der den Steuerschieber 43 rückstellenden Federn 44 vernachlässigt. In der angesteuerten Arbeitsstellung geben die zweiten Steuerkanten 32, 67 die Verbindung von der Zulaufkammer 17 zur ersten Verbraucherkammer 16 frei; die fünften Steuerkanten 35» 71 verbinden gleichzeitig die zweite Verbraucherkammer mit der zweiten Rücklaufkammer 19. Durch Vergrößern des Signals am Eingang 7? wird der Steuerschieber 4J) noch weiter nach links in eine andere erste Arbeitsstellung ausgelenkt; somit läßt sich proportional zur Größe des Signals am Eingang 77 der Steuerschieber 43 in entsprechende erste Arbeitsstellungen bringen, die sich über einen bestimmten Bereich des Steuerschieberhubes erstrecken.
Wird nun das Signal am Eingang 77 noch weiter vergrößert, so kann der Steuerschieber 43 in eine Eilgangstellung gebracht werden. In der Eilgangstellung steuern die zweiten Steuerkanten 3^1 67 die Verbindung zwischen Zulaufkammer 17 und erster Verbraucherkaminer 16 am weitesten auf; zugleich sperren die sechsten Steuerkanten 36, 72 die zweite Verbraucherkammer von der zweiten Rücklaufkammer 19 ab, während die dritten Steuerkanten 33» 68 die zweite Verbraucherkammer 18 mit der Zulaufkammer 17 verbinden. Somit befinden sich der dritte Kolbenabschnitt 52 in der breiteren, Zulaufkammer 17 und der vierte Kolbenabschnitt 53 in der breiteren, zweiten Zulaufkammer 18. In den zweiten Anschluß 22 zurückströmendes Druckmittel strömt somit auf kürzestem Weg unmittelbar über die ■Schieberbohrung 14 zum ersten Anschluß 21 und ergänzt den Druckmittelstrom von der Pumpe 87 zum ersten Anschluß 21. Auch diese Eilgangstellung erstreckt sich über einen gewissen Bereich des Steuerschieberhubes und grenzt an den Bereich der ersten Arbeitsstellungen. S 0 9 8 1 1 / 0 1 1 7
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Durch ein entsprechendes Signal am Eingang 77 läßt sich der Steuerschieber 45 aus seiner gezeichneten Neutralstellung in entsprechend umgekehrter Weise nach rechts in sogenannte zweite Arbeitsstellungen bringen, die sich ebenfalls über einen bestimmten Bereich des Steuerschiebers erstrecken.
Mit vorliegender Steuereinrichtung ist somit neben einer Proportionalsteuerung auch eine Eilgangsteuerung möglich, wodurch der Einsatz dieser Steuereinrichtung in Systemen eine optimale Auslegung der einzelnen Geräte ermöglicht. Selbstverständlich sind eine Reihe von Änderungen an vorliegender Steuereinrichtung möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die Ausbildung der Steuereinrichtung mit Hauptsteuerventil, elektrofluidischem Wandler und elektrischer Rückführung mit Differentialverstärker stellt eine äußerst vorteilhafte Kombination dar, zumal sich damit auch die Eilgangstellung des Steuerschiebers besonders günstig verwirklichen läßt. Bei elektrischer Rückführung übernehmen die den Steuerschieber zentrierenden Federn nur eine Notfunktion.
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Claims (9)

  1. Ansprüche
    [ 1.jHydraulische Steuereinrichtung mit einem Vorsteuerventil und .einem von letzterem gesteuerten Hauptsteuerventil, das einen von Federn in einer Neutralstellung zentrierten Steuerschieber aufweist, der proportional zu Eingangssignalen am Vorsteuerventil aus der Neutralstellung nach beiden Seiten in Arbeitsstellungen auslenkbar ist um wahlweise Druckmittel aus einem Zulauf zu einem ersten Anschluß und von ed nein zweiten Anschluß zurück in einen Rücklauf zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) anschließend an einen Bereich von Arbeitsstellungen eine JOilgangstellung aufweist, in welcher der erste Anschluß (21) mit dem zweiten Anschluß (2'd) und mit dem Zulauf (23) Verbindung hat.
  2. 2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 mi'c einer den Steuerschieber aufnehmenden Schieberbohrung in einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Anschluß (21 bzw. 22) und der Zulauf (23) in Eilgangstellung über die Schieberbohrung (14) miteinander Verbindung haben.
  3. 3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil als elektrofluidi- scher Wandler (11) ausgebildet ist.
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  4. 4. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) mit einem elektrischen Istwertgeber (76) gekoppelt ist, dessen Signale einem Differenzverstärker (79) eingebbar sind, dessen Ausgang mit der Spule (81) des elektrofluidisehen Wandlers (11) verbunden ist.
  5. 5. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schieberbohrung (14) fünf nebeneinanderliegende Kammern (15? 16» '^?i 18> ^9 angeordnet sind, von denen die zwei äußeren als erste und zweite Rücklaufkammer (15 bzw. 19), die mittlere als Zulaufkammer (17) und die zwischen letzteren liege.olen als erste und zweite Verbraucherkammer (16 bzw. 18) vorgesehen sind, von denen die Zulaufkammer (17) und die zweite Yerbraucherkommer (18) breiter als die.erste Verbraucherkaiamer (16) ausgebildet sind.
  6. 6. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) in der ersten Verbraucherkamiaer (16) eine erste und eine zweite Steuerkante (31, 32), in der Zulaufkammer (17) eine dritte Steuerkante (33) in der zweiten Verbraucherkammer (18) eine vierte und fünfte Steuerkante (34, 35) sowie in der zweiten Rücklaufkammer (19) eine sechste Steuerkante (36) aufweist.
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  7. 7. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (4-3) durch vier Ringnuten (45, 46, 4?, 48) in fünf Korbenabschnitte (49, 51» 52,'53» 54) geteilt ist, von denen der zweite Kolbenabschnitt (51) eine erste und zweite Steuerkante (66 bzw. 67), der dritte Kolbenabschnitt (52) eine dritte land vierte Steuerkante (68 bzw. 69), der vierte Kolbenabschnitt (53) eine fünfte Steuerkante (71) und der sechste Kolbenabschnitt (54) eine sechste Steuerkante (72) aufweist, daß die erste bis sechste Steuerkante (66 bis 72) am Steuerschieber (43) jeweils der eisten bis sechsten Steuerkante (31 bis 36) im Gehäuse (13) zugeordnet sind, wodurch in Neutralstellung des Steuerschiebers der zweite Kolbenabschnitt (51) im Bereich der ersten Yerbraucherkanimer (16) , der dritte Kolbenabschnitt (52) zwischen Zulauf- (17) und zweiter Verbraucherkaminer (18) und der vierte Kolbenabschnitt (53) zwischen zweiter Verbraucherkammer (18) und zweiter Rücklaufkaminer (19) angeordnet sind.
  8. 8. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) an den sechs Steuerkanten (66 bis 72) übergangsKonen (73) mit veränderlichem Querschnitt aufweist.
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  9. 9. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) im zweiten und vierten Kolbenabschnitt (5I1 53) jeweils Bohrungen (74, 75) aufweist, welche die Verbraucherkammern (16, 18) in Neutralstellung des Steuerschiebers (43) mit den Bück- f lauf kammern (15» 19) verbinden. ,,l·,
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