DE2509712A1

DE2509712A1 - Einrichtung fuer die steuerung eines fluidums

Info

Publication number: DE2509712A1
Application number: DE19752509712
Authority: DE
Inventors: Hans Heimgartner; Hans Dr Jaggi
Original assignee: HAENY AND CIE AG
Current assignee: HAENY AND CIE AG
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-06
Publication date: 1975-09-18
Also published as: US4050356A; NL7502734A; CH568495A5; GB1500939A

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. WERNER FREISCHEM

ILSE FREiSCHEM

5000 KÖLN 1 HEUMARKT 14 TELEFON: (02 21) 23 58 68

Häny & Cie AG, Bergstrasse 1o3, 87o6 Meilen/Schweiz

Einrichtung für die Steuerung eines Fluidums

Gegenstand des Patentes ist eine Einrichtung für die Steuerung eines Fluidums, mit einem fluidumbetätigten Schaltorgan, welches mittels zweier gegensinnig wirkender Betätigungsglieder zwischen zwei Schaltstellungen umstellbar ist. Erfindungsgemäss ist eine solche Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsleitung jedes Betätigungsgliedes durch ein normalerweise geschlossenes Absperrventil gesteuert ist, wobei jedes Betätigungsglied an seine Betätigungsleitung zwischen dem Absperrventil und einer Drosselstelle angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist bei einer solchen Einrichtung ein mittels des Schaltorgans umsteuerbarer Hubantrieb vorhanden, wobei erfindungsgemäss als Schaltorgan eine Ventilanordnung vorgesehen ist, welche in ihren Schaltstellungen jeweils das Zufliessen bzw. das Abflies sen des Druckfluidums zu bzw. von der einen bzw. anderen Seite eines doppelt wirkenden Hubkolbens steuert, und die Absperrventile im Bereiche der Hubendlagen direkt oder indirekt mittels des Hubkolbens im Oeffnungssinne betätigbar sind. Dabei ist der Ausdruck "doppelt wirkender Hubkolben" im weitesten Sinne (beider Worte) zu verstehen, derart, dass davon z.B. längs verschiebbare oder rotierende Kolben erfasst werden sollen, auch in einer Anordnung, bei welcher zwei einfach, inbezug aufeinander jedoch gegensinnig wirkende Kolben funktionell einen doppelt wirkenden Hubkolben bilden.

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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend im Zusammenhang mit der Umsteuerung eines mittels eines Druckfluidums betätigten Hubantriebes anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, mit der Annahme, dass es sich dabei um einen hydraulischen Hubantrieb handelt. Dementsprechend zeigt die

Figur 1 ein Schaltsohezna mit den in der Hydraulik üblichen Symbolen

Figur 2 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Hubzylinder,

Figur 3 eine Einzelheit der Figur 2 in grösserem Massstab (im Geaensatz zu Figur 2) bei der Umsteuerung aes Hubkolbens und

Figur 4 ein gegenüber der Figur 1 etwas abgewandeltes Schaltschema.

Gemäss der Figur 1 sind die beiden Zylinderräume 1 und 2 eines doppelt wirkenden Zylinders 3 mittels Leitung 4 bzw. 5 über ein 2/2 Wegeventil 6 und dessen Zuleitung 7 an eine motorisch angetriebene Druckölpumpe 8 angeschlossen. Die Zuleitung 7 ist in üblicher Weise über ein Druckregulierventii 9 mit der Rücklaufleitung 10 des Wegeventils 6 verbunden. Die Leitungen 11 bzw. 12 führen, wie dies die Pfeile Pj_ und P2 andeuten, das Betätigungsfluidum von der Zuleitung 7 an die beiden gegensinnig wirkenden Servokolben des Wegeventils 6 heran, mittels welcher letzteres jeweils von einer in die andere Schaltstellung umgestellt werden kann. Dabei werden -wie dies die Symbole andeuten, die Zylinderräume 1 und 2 abwechselnd gegensinnig mit der Zuleitung 7 bzw. der Rücklaufleitung 10 verbunden. Gemäss der Figur 1 ist der Zylinderraum 1 (gerade noch) mit der Zuleitung 7 verbunden.

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Die Betätigungsleitungen 11 bzw. 12 erhalten das Betätigungsfluidum von der Pumpe 8 jeweils über eine Drosselstelle 13 bzw. 14. An die Verbindung zwischen der Drosselstelle 13 bzw. 14 mit den Betätigungsgliedern des Wegeventils, d.h. an die Betätigungsleitungen 11 bzw. 12 ist mittels einer Leitung 15 bzw. 16 jeweils ein Absperrventil, funktionell betrachtet ein Auslassventil 17 bzw. 18 angeschlossen, welche die Betatxgungsleitungen 11 bzw. 12 steuern, indem sie dieselben -wenn geöffnet- über Leitungen 19- bzw. 20 mit der Rücklaufleitung 10 verbinden. Die Auslassventile

17 bzw. 18 sind unter der Wirkung jeweils einer Ventilfeder 21 bzw.22 selbstschliessende Ventile, welche -wie es sich anhand äsr Figuren 2 und 3 noch zeigen wird- jeweils mittels eines Stcssels 23 bzw. 24 geöffnet werden können. Die Stössel 23 und 24 ragen seitlich in den Zylinder ein, wobei sie -entsprechend der Anordnung der Auslassventile 17 und 18- im Bereiche der Hubendlagen des doppelt wirkenden Kolbens 25 mit stirnseitig angeordneten Steuerflächen 26 und 27 desselben zusammenwirken. Die Anordnung ist -wie es sich anhand der Figuren 2 und 3 ausführlicher zeigen wird- so getroffen, dass die Steuerflächen 26 bzw. 27 den entsprechenden Stössel 24 bzw. 23 zurückdrängen, um das Auslassventil

18 bzw. 17 zu öffnen. Dies trifft gemäss der Figur 1 auf das Auslassventil 18 zu, welches die Betätigungsleitung 12 mit der Leitung 20 und damit mit der Rücklaufleitung 10 verbindet. Das Auslassventil 17 ist hingegen in dieser Arbeitsphase geschlossen.

Beim Oeffnen des Auslassventils 18 entsteht· infolge der entsprechenden Bemessung der Drosselstelle 14 in der Betätigungsleitung 12 ein Druckabfall, während -da das Auslassventil 17 geschlossen ist- in der Betätigungsleitung 11 der Arbeitsdruck er-

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halten bleibt. Das Wegeventil 6 ist unter diesen Umständen nur noch einseitig/ nämlich im Sinne des Pfeiles P^ beaufschlagt, mit der Konsequenz, dass es in seine zweite Schaltlage umgestellt wird. Aus der Zuleitung 7 gelangt dann das Druckfluidum (hier in seiner Eigenschaft als Arbeitsfluidum) durch die Leitung 5 in den Zylinderraum 2 und leitet den (gemäss der Zeichnung nach links gerichteten) "Auswärtshub" des Kolbens 25 ein. Die Drosselstelle 14 sorgt in diesem Zusammenhang dafür, dass der erforderliche Arbeitsdruck zur Verfügung steht, bis das Auslassventil 18 gleich nach Hubbeginn, nämlich wenn die Steuerfläche 26 den Stössel 24 freigibt, geschlossen wird. Durch entsprechende Auslegung der Anlage bietet sich hier andererseits die Möglichkeit, mit Hilfe der Drosselstelle ein weiches Anlaufen des Kolbens zu bewerkstelligen. Sobald dann das Ventil 18 geschlossen wird, baut sich der Druck in der Leitung 12 auf und das Wegeventil ist erneut hydraulisch ausbalanciert. Dieser Zustand dauert an, bis die Steuerfläche 27 gegen den Stössel 23 aufläuft und das Ventil 17 öffnet. Der bereits beschriebene Umsteuerungsvorgang spielt sich hier mit umgekehrten Vorzeichen ab. Dabei kann durch geeignete Massnahmen, wie z.B. durch Drosseln der Oelzufuhr vor der Umkehrung oder den Einbau von Akkulumatoren jede gewünschte Dämpfung erzielt werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich dabei der Umstand aus, dass die Auslassventile seitlich in den Zylinder einragenden Stössel aufweisen (anstelle z.B. in der Bewegungsrichtung des Kolbens gerichtete Stössel·), so dass durch entsprechende Ausbildung der Steuerflächen 26 und 27 bzw. der Stössel 23 und 24 -abgesehen von der Dämpfung- die Endlage mit grosszügigen Toleranzen eingehalten werden kann.

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Die beschriebene Funktionsweise und insbesondere die damit verbundenen Vorteile geben sich aus den Figuren 2 und 3 besonders deutlich zu erkennen. In diesen Figuren sind -unter Berücksichtigung des Umstandes, dass sie inbezug auf- die Figur 1 seitenverkehrt gezeichnet sind- die gleichen Teile jeweils mit dem in der Figur 1 schon verwendeten Bezugszeichen bezeichnet. Man sieht hier deutlich, dass die Steuerflächen 26 bzw. 27 des Kolbens 25 konisch ausgebildet sind, wobei der Stössel der Auslassventile (siehe z.B. den Stössel 24 des Ventils 18 in der Figur 3) allmählich zurück-gedrängt und das Ventil mithin allmählich geöffnet wird. Dabei ist zu erkennen, dass es gar nicht auf eine bestimmte Endlage des Kolbens ankommt, dass diese vielmehr in einem durch die konische Steuerfläche (mit)bestimmten Toleranzfeld liegt. Die Auslassventile besitzen -wie dies insbesondere aus der Figur 3 deutlich zu erkennen ist- einen mit dem Stössel 24 bzw. 23 starr verbundenen Ventilkörper 28, welcher unter der Wirkung der zugeordneten Ventilfeder (in der Figur 3 mit 22 bezeichnet) auf einem Ventilsitz 29 aufliegt. Letzterer ist in einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse 30 ausgebildet, welches seinerseits in eine radiale Bohrung 31 der Kopfstücke 32 (Figur 3) bzw. 33 (Figur 2) eingesetzt ist und dort mittels eines am Kopfstück angeschraubten Deckels 34 festgehalten ist. Durch radiale Bohrungen des Ventil-

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gehäuses bzw. Anschlusskanäle des betreffenden Kopfstückes sind die Auslassventile, wie in der Figur 3 mit den entsprechenden Bezugszahlen angedeutet, an die Leitungen 15 und 16 einerseits und an die Leitungen 19 und 20 andererseits angeschlossen. Dabei stehen die Ventilkörper unter einer Schliesskraft, die sich aus der Federkraft und aus dem Systemdruck zusammensetzt. Die Ventilfedern sind jeweils an einer Federauflage 35 abgestützt, welche im äusseren Ende des Ventilgehäuses wegnehmbar befestigt ist. Am anderen Ende des Ventilgehäuses befindet sich eine axiale Bohrung 36, in welcher der betreffende Stössel geführt ist. Bei dieser Anordnung bilden die Auslassventile patronenartige Einsätze, welche in den Kopfstücken des Hubzylinders leicht auswechselbar unre"gebracht sind, dies ohne irgendwelche Beeinträchtigung der Funktion. Dabei ergibt sich eine einfache und kompakte Bauweise mit geringen Fertigungskosten und mit praktisch keinen Wartungskosten, zumal sämtliche bewegliche Teile sich in einem geschlossenen Raum befinden. Dementsprechend ergibt sich eine Eignung eines solchen Hubantriebes insbesondere für den rauhen Einsatz, wie z.B. an Baumaschinen usw.

Die beschriebene Anordnung bzw. entsprechende Anordnungen sind selbstverständlich auch in pneumatischen oder gemischten Anlagen verwendbar. Die Identität des Betätigungsfluidums (des Schaltorgans) und des Arbeitsfluidums (des Hubantriebes) ist zwar in bestimmten Fällen von Vorteil, jedoch keine zwingende Notwendigkeit. In allen Fällen werden die allfälligen Leckverluste innerhalb der Steuerung ohne weitere Vorkehrungen direkt abgeführt.

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Auch, aber nicht nur dadurch ergeben sich bei einer solchen Anordnung einfache Leitungsnetze bzw. einfache Steuerelemente, dies z.B. im Vergleich zu Lösungen, bei welchen für die Lösung der gleichen Aufgabe Mehrfachwegventile und daneben noch besondere DämpfungsVorkehrungen erforderlich sind.

Das vorher Gesagte gilt sinngemäss im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 4, in welcher untereinander gleiche oder einander entsprechende Teile mit dem gleichen bzw. mit einem abgewandelten Bezugszeichen versehen sind. Um Wiederholungen zu vermeiden, soll diese Ausführung nur so weitgehend beschrieber werden, als sie sich von der Ausführung gemäss Figur 1 unterscheidet.

Bei dieser Ausführung ist die Zuleitung 7 des Wegeventils 6 an die Druckölpumpe 8 über ein Druckminderventil 90 angeschlossen, welches das Druckregulierventil 9 gemäss Figru 1 ersetzt. Die Betätigungsleitungen 11 bzw. 12 verlaufen bei dieser Ausführung direkt zum Eingang des Absperrventils 170 bzw. 180 und dann unter der Bezeichnung 110 bzw. 120 vom Ausgang der Absperrventile 170 bzw. 180 zum entsprechenden Betätigungsglied (vgl. Pfeile P]_ bzw. P2)· Entsprechend ihrer Funktion in dieser Schaltung sollen die Absperrventile 170 und 180 nachfolgend als Einlassventile benannte werden. Die Drosselstellen 130 bzw. 140 sind hier in. Strömungsrichtung betrachtet hinter den Einlassventilen 170 bzw. 180 vorgesehen, wobei sie ausgangsseitig mit der Rücklaufleitung 10 verbunden sind.

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Wird nun in der entsprechenden Endlage des Kolbens 25 eines der Einlassventile 170 bzw. 180 geöffnet (gemäss Figur 4 trifft dies für letzteres zu), so erhält die Betätigungsleitung 110 bzw. 120 Drucköl/ wobei die Drosselstelle 130 bzw. 140 einen für das Umstellen des Wegeventils 6 hinreichenden Druckanstieg bewirkt. Sobald es dazu kommt, wird der Kolben 25 umgesteuert und das betreffende Einlassventil 170 oder 180 geschlossen, was zur Entlastung der über das betreffende Ventil aktivierten Betätigungsleitung 110 oder 120 über die Drosselstelle 130 bzw. 140 führt. Letztere sind so bemessen, dass auch während der Umsteuerung kein oder kein nennenswerter Druckabfall im System auftreten kann.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung für die Steuerung eines Fluidums, mit einem fluidumbetätigten Schaltorgan, welches mittels zweier gegensinnig wirkender Betätigungsglieder zwischen zwei Schaltstellungen umstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsleitung jedes Betätigungsgliedes durch ein normalerweise geschlossenes Absperrventil gesteuert ist, wobei jedes Betätigungsglied an seine Betätigungsleitung zwischen dem Absperrventil und einer Drosselstelle angeschlossen ist.
2.) Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem mittels des Schaltorgans umsteuerbaren Hubantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltorgan eine Ventilanordnung vorgesehen ist, welche in ihren Schaltstellungen jeweils das Zufliessen bzw. das AbfHessen des Druckfluidums zu bzw. von der einen bzw. anderen Seite eines doppelt wirkenden Hubkolbens steuert, wobei die Absperrventile im Bereiche der Hubendlagen direkt oder indirekt mittels des Hubkolbens im Oeffnungssinne betätigbar sind.
3.) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventile jeweils im Bereiche der Hubendlagen des Hubkolbens angeordnet sind und einen in den Hubzylinder seitlich einragenden Stössel aufweisen, welcher jeweils mit einer sich gegen die Kolbenmittel hin erweiternden Steuerfläche des HubkoIbens zus ammenwirkt.

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4.) Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventile jeweils in den Kopfstücken des Hubzylinders angeordnet sind.
5.) Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventile jeweils ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse besitzen, in dessen Bohrung einerends ein Ventilsitz für einen Ventilkörper gebildet und andernends eine Federauflage für eine sich andernends auf dem Ventilkörper abstützende Feder befestigt ist, wobei das Gehäuse in einer radialen Bohrung des betreffenden Kopfstückes eingesetzt
ist und der Stössel sich durch eine axiale Führung des
Venti!gehäuses erstreckt.
6.) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventile unter der Wirkung einer von einer Feder und/oder des Betätigungsfluidums ausgeübten Kraft in ihrer Schliessstellung gehalten sind.
7.) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen den Absperrventilen vorgeschaltet sind.
8.) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen den Absperrventilen nachges ehaltet sind.

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