DE2343662C2 - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

ίο Aus der US-PS 29 64 059 ist eine hydraulische Steuereinrichtung der erwähnten Art bekannt, die als sogenanntes elektrohydraufisches Servoventil ausgebildet ist; mit ihm läßt sich proportional zu elektrischen Eingangssignalen der Druckmittelstrom zu einem doppelt- wirkenden Verbraucher der Richtung und Größe nach steuern. Mit dem bekannten Servoventil lassen sich aber nur solche Verbraucher steuern, die symmetrisch ausgebildet sind, während z. B. asymmetrische, doppeltwirkende Zylinder nicht ohne weiteres ansteuerbar sind.

Bei diesem Servoventil ist also keine Eilgangschaltung möglich, bei der zu einem Anschluß des Servoventils zurückströmendes Druckmittel dem anderen Anschluß zugeleitet wird, der zugleich mit dem Druckmittel-Zulauf Verbindung hat Dieser Umstand macht das Servo- ventil nur begrenzt einsatzfähig, zumal wenn es auf geringe Leistungsverluste und optimale Auslegung einer Anlage mit einem solchen Servoventil ankommt

Es ist aus der US-PS 32 67 966 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 Wegeventil ist der Steuerschieber nicht vorgesteuert sondern wird von Hand betätigt Zwar sind

gewisse Obergangszonen 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 bau* das V>geventil mit seinen zehn Kammern relativ aufwendig, wobei in Stellung Eilgang der Druckmittelstrom von einem zum anderen Anschluß über zusätzliche Kanäle außerhalb der Steuerschieberbohrung geleitet werden muß.

Ferner ist aus der DE-OS 15 76 105 eine Steuerventil-

anordnung 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

so 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 au ßer der Richtung auch die Geschwindigkeit eines Diffe rentialkolbens zu steuern, ist im Hauptsteuerventil ein zusätzliches, relativ kompliziertes Mehrfachventil angeordnet, das ebenfalls vom Vorsteuerventil gesteuert wird und neben anderen Funktionen auch die eines By pass-Ventils erfüllt. Das hierzu notwendige Vorsteuer ventil baut dementsprechend aufwendig, was insgesamt mit zu einer teueren Steuerventilanordnung führt, die entsprechend ihres Aufwandes auch mehr störanfällig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst einfache und kompakte hydraulische Steuereinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem von letzterem gesteuerten Hauptsteuerventil zu schaffen, dessen Steuerschie-

ber proportional zu Eingangssignalen verstellbar ist und sich zur stufenlosen und genauen Steuerung von Vorschub und Eilganggeschwindigkeit von Verbrauchern eignet.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Steuereinrichtung zu schaffen, bei der die Funktion eines Servoventils, nämlich die proportionale Steuerung und die Funktion einer Eilgangschaltung in äußerst vorteilhafter Weise miteinander kombiniert sind. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann deshalb 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.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchea

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindiingsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben, deren eintige F:gur einen Schnitt durch eine hydraulische Steuereinrichtung, teilweise in vereinfachter Darstellung, zeigt

Die Figur zeigt eine Steuereinrichtung 10, die als Vorsteuerventil einen elektrofluidischen Wandler 11 und ein von letzterem 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 15,16,17,18,19 ausgebildet, von denen die zwei äußeren als Rücklaufkammern IS, 19, die mittlere als Zulaufkammern 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 Zulaufkammer 17 mit einem Zulauf 23 und die Rücklaufkammern 15, 19 mit einem Rücklauf 24 in Verbindung. Ferne - weist die Schieberbohrung 14 neben der ersten Rücklaufkammer 15 eine erste Steuerkammer 25 auf. die ein Kanalsystem 26 mit einem ersten Steueranschluß 27 verbindet: eine entsprechende zweite Steuerkammer 28 neben der zweiten Rücklaufkammer 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 iürifie Steuerkante 35 und in der zweiten Rücklaufkammer 19 eine sechste Steuerkante 36 auf. An· Gehäuse 13 sind stirnseitig ein erster und zweiter Deckel 37 bzw. 38 angeflanscht, die zusammen mit dem Gehäuse 13 einen ersten bzw. zweiten Entlaslungsraum 39,41 einschließen. Ein Kanalsystem 42 verbindet beide Entlastungsräume 39, 41 miteinander und mit dem Rücklauf 24.

In der Schieberbohrung 19 ist ein Steuerschieber 43 gleitend geführt und von zwei in den £ntlastungsräumen 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, 54 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 5.7, 58 liegen an gehäusefesten Bolzen 59, 61 an; die Sacklochbohrungen 55, 56 haben über Bohrungen 62 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 d_T 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 71 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 Obergangszonen für die Druckmittelströme dienende Fasen 73 auf, die ein stetiges öffnen und Schließen der Durchflußquerschnitte erlauben. Durch die unsymme-

trische Ausbildung und Anordnung der fünf Kammern 15 bis 19 und des Steuerschiebers 4 *,ind die ersten bis sechsten Steuerkantenpaare so angeo:dnet, 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 aufstellen und den anderen Anschluß 22, 21 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 16, 18 sowie die Zulaufkammer 17 miteinander über die Schieberbohrung 14 verbunden sind. Auch diese Eilgangstellung erstreckt sich über einen gewissen Bereich des S'.euerschieberschubes.

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 Neutralstellung des Steuerschiebers 43 d«e Verbraucherkammern 16, 18 mit der jeweils benachbarten Rüdclaufkammer 15 bzw. 19.

Am zweiten Deckel 38 ist ein elektrischer Geber 76 angeordnet dessen beweglicher Teil mit dem Steuerschieber gekoppelt ist und somit von der Stellung des Steuerschiebers 43 abhängige Sinnale hefen. Der Geber 76 und ein elektrischer Eingang 77 zur Sollwerteingabe haben mit einer Summierstelle 78 Verbindung. Ein Eingang eines Differenzverstärkers 79 hat mit der Sumpiierstelle 77 und ein Ausgang mit einer Spule 81 das elektrofluidischen Wandlers 11 Verbindung. Der Wandler 11 hat einen mk einer Steuerdruckmittelquelle verbundenen hydraulischen Eingang 82, einen Rücklauf 93, zwei Steuerausgänge 84,85. die mit den Steueranschlüss^n mil bzw. 30 des Hauptsteuerventils 12 verbunden sind sowie ein auslenkbares Strahlrohr 86.

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 *st zylinderseitig an den ersten Anschiuß 21 und kolbenstangenscitig an den zweiten Anschluß 22 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung Ot ist wie folgt: Bei fehlendem Signal am Sollwerteingang 77 erzeugt der elektrofluidische Wandler 11 gleiche Drücke in den Ausgängen Sf. 85 und damit in den Sacklochbohrungen 55, 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 Schrägbohriingen 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 zügesteuert und die Entlastung der ersten Verbraucherkammer 16 unterbrochen. Anfänglich meldet der Geber 76 noch ein Signal entsprechend der Neutralstellung des Steuerschiebers 43 an die Summierstelle 78. so daß der Differenzverstärker 79 den Wandler It voll aussteuert. Dabei S'.viwenkt 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 Differenzverstärker 79 bewirkt somit, daß dann, wenn der Steuerschieber 43 die dem eingegebenen Signal entsprechende Stellung erreicht, das Strahlrohr 86 des Wandlers 11 wieder seine Mittelstellung einnimmt und gleiche Drücke in den Steuerausgängen 84,85 und damit in den Stellmotoren 64, 65 steuert, wodurch der Steuerschieber 43 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, 7! verbinden gleichzeitig die zweite Verbraucherkammer 18 mit der zweiten Rücklaufkammer 19. Durch Vergrößern des Signals am Eingang 77 wird der Steuerschieber 43 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 Arbeitsteilungen 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 32, 67 die Verbindung zwischen Zulaufkammer 17 und erster Verbraucherkammer 16 am weitesten auf; zugleich sperren die sechsten Steuerkanten 36, 72 die zweite Verbraucherkammer 18 von der zweiten Rücklaufkammer 19 ab, während die dritten Steuerkanten 33,68 die zweite Verbraucherkammer 18 mit der Zulaufkammer 17 verbin- den. 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 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.

Durch ein entsprechendes Signal am Eingang 77 läßt sich der Steuerschieber 43 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. Die Ausbildung der Steuereinrichtung mit Hauptsteuerventil, elektrofluidischem Wandler und elektrischer Rückführung mit Differentialverstärker stellt eine äußerst vorteilhafte Kombination dar. zumal sich damit die vierte Stellung des Steuerschiebers für eine Eilgang- oder Differentialschaltung besonders günstig verwirklichen läßt. Bei elektrischer Rückführung übernehmen die den Steuerschieber zentrierenden Federn nur eine Notfunktion.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuereinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem von letzterem gesteuerten Hauptsteuerventil zur Steuerung eines doppeltwirkenden Verbrauchers, das einen von Federn in einer Neutralstellung zentrierten, von einer Schieberbohrung in einem Gehäuse aufgenommenen Steuerschieber aufweist, der proportional zu Eingangssignalen am Vorsteuerventil aus der Neutralstellung nach beiden Seiten in Arbehssteliungen auslenkbar ist, um wahlweise Druckmittel aus einem Zulauf zu einem ersten Anschluß und von einem zweiten Anschluß zurück in einen Rücklauf zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) anschließend an einen Bereich von Arbeitsstellungen eine Eilgangstellung aufweist, in welcher zur Steuerung eines doppeltwirkenden Verbrauchers (89) mit Differentialkolben (91) beide Anschlüsse (21, 22) mit dem Zulauf (23) Verbindung haben, und daß zur Regelung des Steuerschiebers (43) zwischen diesem und dem Vorsteuerventil eine Rückkopplung (76, 78, 79) vorgesehen ist

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (43) mit einem elektromechanischen Wegaufnehmer (16) gekoppelt ist, der mit dem Steuerventil (11) den Lageregelkreis (76,78,79) bildet

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindung der beiden Anschlüsse (21 bzw. 22) mit dem Zulauf (23) in Eügar-gsteL'ung über die Schieberbohrung (14) herstellbar ist

4. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit fünf in der Schieberbohrung nebeneinander liegenden Arbeitskammern, von denen die zwei äußeren als erste und zweite Rücklaufkammer, die mittlere als Zulaufkammer und die zwischen letzteren liegenden als erste und zweite Verbraucherkammer vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet daß die Zulaufkammer (17) und die zweite Verbraucherkammer (18) breiter als die erste Verbraucherkammer (16) ausgebildet sind.

5. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, mit vier im Gehäuse und am Steuerschieber ausgebildeten Steuerkanten-Paaren, mit denen jede der beiden Verbraucherkammern abwechselnd mit der Zulaufkammer oder einer Rücklaufkammer verbindbar sind, und mit drei, am Steuerschieber hintereinander angeordneten, durch zwei Ringnuten voneinander getrennten Kolbenabschnitten, an denen Steuerkanten des Steuerschiebers ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerschieber (43) anschließend an den dritten Kolbenabschnitt (52) durch zwei zusätzliche Ringnuten (47, 48) ein vierter (53) und fünfter Kolbenabschnitt (54) ausgebildet sind, an denen eine fünfte (71) bzw. sechste Steuerkante (72) angeordnet sind, denen im Gehäuse (13) eine fünfte (35) bzw. sechste Steuerkammer (36) zugeordnet sind, daß zusätzlich zum zweiten Kolbenabschnitt (51), der in Neutralstellung des Steuerschiebers (43) die erste Verbraucherkammer (16) durchdringt, der dritte Kolbenabschnitt (52) zwei Steuerkanten (69, 68) trägt und daß der dritte (52) und vierte Kolbenabschnitt (53) jeweils schmäler sind als die axiale Län ge der Zulaufkammer (17) bzw. der zweiten Verbraucherkammer (18).