DE2849653C2 - Aus hydraulisch betätigbaren Zwei-Wege-Sitzventilen gebildete Wegesteuerung mit zugeordneten Drosselventilen zur Feinsteuerung für hydraulische Antriebe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine aus hydraulisch betätigbaren Zwei-Wege-Sitzventilen gebildete Wegesteuerung mit zugeordneten Drosselventilen zur Feinsteuerung für hydraulische Antriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In bekannter Weise erfolgt die Feinsteuerung bei derartigen Wegesteuerungen dadurch, daß die Schließkörper der Zwei-Wege-Sitzventile einen Drosselzapfen aufweisen, der in Abhängigkeit von der Offenstellung des Schließkörpers die Durchflußmenge bestimmt. Werden diese Wegesteuerungen für Wasser als Arbeitsflüssigkeit eingesetzt, ergeben sich infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit während der Feinsteuerung Auswaschungen im Bereich der Sitzflächen der Sitzventile, so daß nach relativ kurzer Betriebsdauer deren dichter Abschluß nicht mehr gewährleistet ist (US-PT25 69 881).

Greift am Verbraucher, wie Hydraulikzylinder oder Hydraulikmotor, eine äußere Last an, ist deren festgelegte Lage bei einer undichten also mit Leckflüssigkeit behafteten Steuerung ohne zusätzliche Steuerelemente, wie entsperrbare Rückschlagventile, nicht zu halten.

Durch den Aufsatz »Die Wasserhydraulik kommt« in der Zeitschrift »fluid, April 1978, Seiten 17 bis 26« ist es bekannt, die Wege- und Drosselfunktion von getrennten Geräten durchzuführen. Die hierbei verwendeten Drosselventile werden von Hand eingestellt, so daß eine Geschwindigkeitsbeeinflussung der Arbeitszylinder äußerst umständlich itt Außerdem kann ein solche Ausbildung des Drosselventils keinen Beitrag für die Sicherheit der Hydraulikanlage leisten, wenn beispielsweise der elektrische Strom zur Ansteuerung der Wegeventile ausfällt In diesem Falle müssen ausschließlich die Wegeventile die Sicherheitsfunktion übernehmen, indem sie ein plötzliches Absinken der von einem Arbeitszylinder zu hebenden Last bei Ausfall von Steuersignalen verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wegesteuerung mit Feinsteuerung zu schaffen, die auch bei getrennter Anordnung von die Wege- und Drosselfunktion bewirkenden Ventile eine gute Feinsteuerung der Bewegung des Arbeitszylinders gewährleistet und die Drosselventile bei Ausfall von Steuersignalen gleichzeitig Sicherheitsfunktion übernehmen.

Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Abbildung der Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau der Wegesteucrung mit Feinsteuerung.

In der Abbildung bezeichnen 1, 2, 3 und 4 Zwei-Wege-Sitzventile mit Schaltzeiteinrichtungen la, 2a, 3a und 4a. Bei den vier Zwei-Wege-Sitzventilen ist der Zulaufraum jeweils mit 5 und der Ablaufraum mit 6 bezeichnet. Bei den Zwei-Wege-Sitzventilen 1 und 2 liegt der Zulauf raum unterhalb der Sitzfläche \b bzw. 2b während bei den Zwei-Wege-Sitzventilen 3 und 4 der Zulaufraum 5 seitlich des Schließkörpers 3c bzw. 4c liegt. Der Ablauf liegt bei den Zwei-Wege-Sitzventilen 1 und 2 seitlich an den Schließkörpern Ic, 2cund bei den Zwei-Wege-Sitzventilen 3 und 4 unterhalb der Sitzfläche 36 bzw. 4b. Der in Schließrichtung wirkende Kolbenraum 7 der Zwei-Wege-Sitzventile ist über Bohrungen 8 in den Schließkörpern jeweils mit dem betreffenden Zulaufraum verbunden. Damit herrscht im in Schließrichtung wirkenden Kolbenraum 7 derselbe Druck wie im Zulaufraum bei geschlossenem Schließkörper. Der in Öffnungsrichtung wirkende Kolbenraum 9 der Zwei-Wege-Sitzventile steht über die Schaltzeiteinrichtungen la, 2a, 3a, 4a mit den Vorsteuerventilen 10 bzw. 11 in Verbindung, und zwar über die Steuerleitungen 13, 14, 15 und 16. Hierbei werden von dem Vorsteuerventil 10 die Zwei-Wege-Sitzventile 2 und 3 und von dem Vorsteuerventil 11 die Zwei-Wege-Sitzventile 1 und 4 angesteuert. Die Zwei-Wege-Sitzventile

1 und 2 stehen über die Leitungen 17 und 18 mit dem Tankanschluß T in Verbindung und die Zwei-Wege-Sitzventile 3 und 4 über die Steuerleitungen 19 und 20 mit dem Druckmittelanschluß P. In der Steuerleitung 19 ist ein Rückschlagventil 21 vorgeseheil, das ein Entspannen der Arbeitsflüssigkeit in Richtung der Druckmittelquelle PX unterbindet, fails beispielsweise der Antrieb der die Druckmittelquelle bildenden Pumpe ausfallen sollte. Zwischen dem Rückschlagventil 21 und dem Druckmittelanschluß P wird über die Leitung 25 Steuerflüssigi'.sit abgenommen und der Fütereinrichtung 26 zugeführt Von dort wird die Steuerflüssigkeit über die Leitungen 27 und 28 den Vorsteuerventilen 11 und 10 für die Zwei-Wege-Sitzventile 1, 2, 3 und 4 zugeleitet, und zwar zu deren Druckanschlüsse ΡΊ. Die Tankanschlüsse Γ dieser Vorsteuerventile stehen über Steuerleitungen 29 und 30 mit der zum Tankanschluß 31 führenden Steuerleitung 32 in Verbindung. Die Steuerventile 10, 11 werden selbst vorgesteuert, und zwar durch die symbolisch dargestellten maguetisch zu betätigenden Vorsteuerventile 33,34. Die Steuerflüssigkeit für diese Vorsteuerventile wird über die Steuerleitungen 35, 36 bzw. 37, 38 von den Steuerleitungen der Vorsteuerventile 10, 11 entnommen. In der gezeigten Schaltstellung der Vorsteuerventile 10, 11 ist der Druckanschluß P 2 gesperrt, während der über die Steuerleitungen 13, 14 bzw. 15, 16 mit den Kolbenräumen 9 der Zwei-Wege-Sitzventile in Verbindung stehende Anschluß A mit dem Tankanschluß T in Verbindung steht und damit die betreffenden Kolbenräume vom Tankdruck beaufschlagt werden. Da über die Bohrungen 8 in den Schließkörpern im in Schließrichtung wirkenden Kolbenraum 7 der Zwei-Wege-Sitzventile der Eingangsdruck herrscht, der bei den Zwei-Wege-Sitzventilen 3, 4 den Pumpendruck entspricht, und bei den Zwei-Wege-Sitzventi'en 1, 2 dem äußeren Lastdruck, werden die Schließkörper Ic, 2c, 3c und 4c in der gezeigten Schließposition gehalten. Wird beispielsweise das Vorsteuerventil 10 aus der gezeigten Ausgangsschaltstellung a in seine Schaltstellung b verschoben, wird die Verbindung des Anschlusses A mit dem Tankanschluß T unterbrochen und eine Verbindung des Druckanschlusses P2 mit Anschluß A hergestellt und damit die Kolbenräume 9 der Zwei-Wege-Sitzventiie 2 und 3 mit dem Steuerdruck beaufschlagt, der dem Druck der Druckmittelquelle P1 entspricht. Damit sind die Betätigungskolben K druckausgeglichen, so daß der an der Ringfläche F5 des Führungskolbens Kf des Zwei-Wege-Sitzventils 3 wirkende Druck der Arbeitsflüssigkeit den Schließkörper in seine Offenstellung verschiebt und bei dem Zwei-Wege-Sitzventil verschiebt der an der Stirnfläche 2b wirkende Lastdruck den Schließkörper in Offenstellung. Dasselbe gilt für die Zwei-Wege-Sitzventile 1 und 4, wenn das Vorsteuerventil 11 aus der gezeigten Ausgangsschaltstellung a in die Schaltstellung b verschoben wird.

Der Zulaufraum 5 des Zwei-Wege-Sitzventils 1 steht über die Arbeitsleitung 40 mit dem Ablaufraum 6 des Zwei-Wege-Sitzventils 3 in Verbindung und der Zulaufraum 5 des Zwei-Wege-Sitzventils 2 über die Arbeitsleitung 41 mit dem Ablaufraum 6 des Zwei-Wege-Sitzventil 4. Von der Arbeitsleitung 40 zweigt ein Leitungsabschnitt 40a zum Abla.ufraum 42 des Drosselventils 45 ab und von der Arbeitsleitung 41 ein Leitungsabschnitt 41a zum Ablauf raum 43 des Drosselventils 46. Ferner zweigt von der Arbeitsleitung 40 eine Leitung 406 mit zwischengeschaltetem Rückschlagventil 47 ab, die über die Leitungsabschnitte 48,49 mit den einen Arbeitsleitungsanschluß A in Verbindung steht Die Arbeitsleitung 41 steht über die Leitungsabschnitte 41a und 41 b mit Rückschlagventil 50 sowie über die Leitungsabschnitte 51 und 52 mit dem Arbeitsleitungsanschluß B in Verbindung. Der Arbeitsleitungsanschluß A steht über die Arbeitsleitung 53 mit dem kolbenseiti· gen Zylinderraum 54 und der Arbeitsleitungsanschluß B über die Arbeitsleitung 55 mit dem kolbcnstangenseitigen Zylinderraum 56 des Arbeitszylinders 57 in Verbindung. An der Kolbenstange 58 des Arbeitszylinders 57 greift über das Zahnstangengetriebe 59,60 eine äußere Kraft 61 an und versucht die Kolbenstange in Richtung des Zylinderraumes 56 zu bewegen.
Die beiden Drosselventile 45, 46 weisen jeweils Drosselkörper 62 auf, die mit einer entsprechenden Ausnehmung 63 in einem nicht näher dargestellten Drosselgehäuse zusammenwirken, in dem Sinne, daß der von Drosselkörper 62 und Ausnehmung 63 freigegebene Drosselquerschnitt mit zunehmender in Öffnungsrichtung gerichteter Anstellung zunimmt Die Steuerflächen zur Ansteuerung des Drosselkörpers 62 eines jeden Drosselventils werden von der Stirnfläche 65 sowie von der hydraulisch nicht ausgeglichenen Ringfläche 66 des mit dem Drosselkörpers 62 ein Teil bildenden als Stufenkolben ausgebildeten Stellkolbens 67 gebildet Die betreffenden Steuerräume 68 und 69 stehen über Steuerleitungen 70 und 71 mit den Anschlüssen A und B eines Servoventil 76, 77 in Verbindung, das jeweils über eine elektrische Rückführung der Stellung mit dem betreffenden Drosselventil 45, 46 elektrisch gekoppelt ist. Die elektrische Rückführung der jeweiligen Stellung des Drosselkörpers 62 erfolgt durch einen mit dem Stellkolben 67 verbundenen elektrischen Weggeber 72. Damit läßt sich der die Bewegung des Arbeitszylinders festlegende Drosselquerschnitt der Drosselventile genau einstellen und eine gute Feinsteuerung der Bewegung des Arbeitszylinders erzielen. Die beiden Steuerräume 68 und 69 der Drosselventile können über ein Kurzschlußventil 75 miteinander kurzgeschlossen werden. In diesem Falle wird der Drosselkörper in seine gezeigte Ausgangsstellung mit dem kleinsten Drosselquerschnitt 62a verschoben, infolge der etwas größeren Steuerfläehe 65 gegenüber der Steuerfläche 66 des Stellkolbens 67. Die Anschlüsse P und T der Servoventile 76, 77 stehen über Leitungen 78, 79 mit einer zentralen Steuerölversorgung in Verbindung. Die Ansteuerung der Drosselventile 45, 46 ist somit unabhängig von der Druckmittelquelle Pi zur Betätigung des Arbeitszylinders 57. Die Zulaufräume 80 der Drosselventile sind über Kanäle 81 im Stellkolben mit dem Kolbenraum 82 verbunden, so daß in diesem Raum der gleiche Druck wie im Zulaufraum 80 herrscht. Da die druckbeaufschlagte Ringfläche 83 des Stellkolbens größer ist als die im Zulaufraum 80 zu beaufschlagende Fläche am Stellkolben mit Drosselkörper 62, wird letzterer bei Ausfall der zentralen Steuerölversorgung von dem bei Stillstand des Arbeitszylinders 57 in dessen Zylinderräumen 54 oder 56 herrschenden Druck in seine gezeigte Ausgangsstellung verschoben, in der der Drosselquerschnitt am kleinsten ist. Dadurch ist sichergestellt, daß das Wiederanfahren des Arbeitszylinders mit dem kleinsten Drosselquerschnitt des betreffenden Drosselventil:, erfolgt.

Werden durch Betätigen des Vorsteuerventils 10 die Zwei-Wege-Sitzventile 2 und 3 in Öffnungsstellung geschaltet, strömt das Arbeitsmittel von der Druckmit-

telquelle Pi über die Leitung 19 mit Rückschlagventil 21 in den Zulaufraum 5 des Zwei-Wege-Sitzventils 4 und weiter über die Leitung 20 zum geöffneten Zwei-Wege-Sitzventil 3 und von dort über die Arbeitsleitung 40 und Leitungsabschnitt 40b mit Rückschlagventil 47 zum Leitungsabschnitt 48 und von dort weiter über den Leitungsabschnitt 49 zum Arbeitsleitungsanschluß A und von diesem über die Arbeitsleitung 53 zum kolbenseitigen Zylinderraum 54 des Arbeitszylinders 57. Durch die Beaufschlagung des Zylinderraumes 54 vom Arbeitsmittel wird der Kolben 85 des Arbeitszylinders in Richtung des Zylinderraumes 56 verschoben und das in diesem Zylinderraum befindliche Arbeitsmittel über die Arbeittleitung 55 zum Arbeitsleitungsanschluß B verdrängt und von dort weiter über die Leitungsabschnitte 5i, 52 zum Zulaufraum 80 des Drosselventils 46 und nach Durchströmen des Drosselquerschnittes 62a zwischen Drosselkörper 62 und Ausnehmung 63 gelangt das Arbeitsmittel in den Ablaufraum 43 des Drosselventils 46, von wo es über den Leitungsabschnitt 41a in die Arbeitsleitung 41 strömt und dort weiter über das geöffnete Zwei-Wege-Sitzventil 2 zum Tankverschluß T, von wo es schließlich in den Tank Tabströmt.

Ähnlich verhält es sich, wenn durch Betätigung des Vorsteuerventils 11 die Zwei-Wege-Sitzventile 1 und 4 aus ihrer Schließstellung in ihre Schaltstellung, d. h. in ihre Offenstellung geschaltet werden. In diesem Falle strömt das Arbeitsmittel über das geöffnete Zwei-Wege-Sitzventil 4 zum Leitungsabschnitt 41a und über den Leitungsabschnitt 416 mit Rückschlagventil 50 zum Leitungsabschnitt 51 und von dort weiter über den Leitungsabschnitt 52 zum Arbeitsleitungsanschluß B, von wo es schließlich über die Arbeitsleitung 55 in den Zylinderraum 56 strömt und den Kolben 85 in Richtung des Zylinderraumes 54 verschiebt. Das hierbei aus dem Zylinderraum 54 verdrängte Arbeitsmittel strömt über die Arbeitsleitung 53 zurück zum Arbeitsleitungsanschluß A und von dort weiter über die Leitungsabschnitte 49 und 48 zum Zulaufraum 80 des Drosselventils 45, von wo es nach Durchtritt durch die Drosselstelle 62a in den Ablaufraum 42 strömt und von dort über den Leitungsabschnitt 40a in dem Einlaßraum 5 des geöffneten Zwei-Wege-Sitzventils 1 und weiter über dessen Ablauf raum 6 in die Leitung 17, den Ablauf raum 6 des Zwei-Wege-Sitzventils 2 und von dort über die

ίο Leitung 18 zum Tankanschluß T, von wo es schließlich in den Tank Tströmt.

Zur Drucksicherung der Anlage ist ein Druckbegrenzungsventil 86 zwischen den Leitungsabschnitten 49 und 52 über Rückschlagventile 87 und 88 mit entsprechenden Leitungsabschnitten 89, 90, 91 angeordnet. Der Auslaß des Druckbegrenzungsventils 86 ist über die Leitung 92 und die Leitung 18 mit dem Tankanschluß T verbunden. Gleichzeitig sind an der Leitung 92 über Rückschlagventile 95,96 und Leitungsabschnitten 93,94 die zu den Arbeitsleitungsanschlüssen A, B führenden Leitungsabschnitten 49,52 verbunden, um ein Nachsaugen von Arbeitsflüssigkeit aus dem Tank für den Arbeitszylinder 1 zu gewährleisten.
Die Schließkörper Ic, 2c der die Verbindung der Zylinderräume zum Tank steuernden Zwei-Wege-Sitzventile 1 und 2 werden mittels Federn 97 in Schließrichtung belastet, deren Vorspannung größer ist als die Reibung der eingebauten Dichtungen. Damit ist sichergestellt, daß die Schließkörper bei Beaufschlagung durch den Tankdruck auch wirklich in ihre Schließstellung gelangen.

Aufgrund der Ausbildung der Zwei-Wege-Sitzventile der beiden Drosselventile schließen bei Stromausfall die Schließkörper der Zwei-Wege-Sitzventile und die Drosselkörper der Drosselventile nehmen ihre Lage mit dem geringsten Drosselquerschnitt ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aus hydraulisch betätigbaren Zwei-Wege-Sitzventilen gebildete Wegesteuerung mit zugeordneten Drosselventilen zur Feinsteuerung für hydraulische Antriebe, insbesondere Antriebe mit einer an diesen angreifenden äußeren Last, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventile (45,46) von — von elektrischen Signalen betätigbaren — Servoventilen (76, 77) hydraulisch ansteuerbar sind und deren Drosselkörper (62) mit einem elektrischen Weggeber (72) zur Rückführung der jeweiligen Stellung des Drossekörpers zum elektrisch betätigbaren Stellglied des Servoventil verbunden sind und einen beidseitig über das Servoventil von Steuerflüssigkeit beaufschlagbaren Stellkolben (67) mit Wirkflächen (65, 66) aufweisen, der Stellkolben eine weitere in Schließrichtung wirkende Ringfläche (83) aufweist, die dem Zulaufraum (80) gegenüberliegt und einen Kolbenraum (82) begrenzt, diese Ringfläehe (83) größer ist als die in Öffnungsrichtung wirkende den Zulaufraum (80) begrenzende Ringfläche (83a^und der Kolbenraum (82) über einen Kanal (81) mit dem Zulaufraum (80) verbunden ist und die über das Servoventil von der Steuerflüssigkeit beaufschlagten Wirkflächen (65, 66) von den Ringflächen (83,83a^ hydraulisch getrennt sind.

2. Wegesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflüssigkeit zum Anstellen der Drosselventile einem von der Arbeitsflüssigkeit unabhängigen Steuerflüssigkeitskreis (78, 79) entnommen ist.

3. Wegesteuerung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schließrichtung wirkende von Steuerflüssigkeit zu beaufschlagende Kolbenraum (7) der Zwei-Wege-Sitzventile mit deren Zulaufraum (5) in Verbindung steht.

4. Wegesteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsschaltstellung der Zwei-Wege-Sitzventile sowohl die den Arbeitsraum des hydraulischen Antriebes mit der Druckmittelquelle als auch die den anderen Arbeitsraum des hydraulischen Antriebes mit dem Tank verbindenden Zwei-Wege-Sitzventile geschlossen sind.

5. Wegesteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwei-Wege-Sitzventile und die Drosselventile hülsenförmige Gehäuse aufweisen, die in entsprechende Aussparungen eines gemeinsamen Steuerblockes (St) einsetzbar sind, wobei die Vorsteuer- und Steuerventile mit dem Steuerblock eine gemeinsame Baueinheit bilden.