DE2949657A1

DE2949657A1 - Ventilanordnung fuer einen hydraulischen servomotor

Info

Publication number: DE2949657A1
Application number: DE19792949657
Authority: DE
Inventors: Erik Augustenborg Kyster; Soeren Nygaard Soerensen; Svend Erik Nordborg Thomsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1979-12-11
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2949657C2; DK522680A; DK149557B; DK149557C

Description

Ventilanordnung für einen hydraulischen Servomotor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für einen hydraulischen Servomotor, dem Flüssigkeit von einer Druckflüssigkeitsquelle, wie Pumpe, gesteuert zuführbar ist und von dem Flüssigkeit über ein Sperr- und Bremsventil zum Behälter abführbar ist, wobei das Sperr- und Bremsventil mit einem Schieber versehen ist, der aus einer sperrenden Ruhestellung in eine öffnende Arbeitsstellung verschiebbar ist, durch eine Rückstellfeder belastet ist und zwei entgegengesetzte Druckflächen aufweist, von denen die eine über eine eine Drossel aufweisende Steuerdruckleitung mit der Ausgangsseite des Steuerventils und die andere über eine eine Drossel aufweisende Steuerdruckleitung mit der Ausgangsseite des Bremsventils verbunden ist.
Bei einer bekannten Ventilanordnung dieser Art ist das Steuerventil als Richtungsventil ausgebildet. Der Schieber des Sperr-und Bremsventils ist aus einer mittleren Ruhestellung in zwei beidseitig angeordnete, je eine Seite des Servomotors zum Behälter hin öffnende Arbeitsstellungen gegen die Kraft je einer Rückstellfeder verlagerbar. Die Ausgänge beider Sperr- und Bremsventile sind mit ihren Eingängen über je ein zum Servomotor hin öffnendes Rückschlagventil verbunden. In jeder Steuerdruckleitung befindet sich eine einstellbare Drossel. Wenn das Richtungsventil betätigt wird und Druckflüssigkeit über das eine der beiden Rückschlagventile zum Servomotor strömt, ergeben sich in den beiden Steuerdruckräumen unterschiedliche Drücke, so daß der Schieber des Sperr- und Bremsventils derart verlagert wird, daß die Niederdruckseite des Servomotors mit dem Behälter verbunden wird. Während der Betätigung auf den Servomotor wirkende äußere Kräfte führen zu einer kompensierenden Verstellung des Schiebers des Sperr- und Bremsventils. Dies gilt insbesondere, wenn der Servomotor zum Antrieb einer Hubvorrichtung dient, die unter Last absenkbar sein muß.
Derartige Sperr- und Bremsventile ergeben, wenn eine Last gebremst werden muß, häufig instabile Zustände. Der Schieber gerät in Schwingungen und die Last wird ruckweise abgesenkt. Dem wurde dadurch begegnet, daß für die Drosseln in den Steuerdruckleitungen sehr kleine Blenden oder Düsen verwendet werden, die eine ausreichende Dämpfung herbeiführen. Dies hat aber zur Folge, daß das ganze System zu langsam und in Abhängigkeit von der Viskosität der Druckflüssigkeit unterschiedlich reagiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der sowohl ein stabiler Betrieb als auch eine rasche Reaktion möglich ist.
in Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß/beiden Steuerdruckleitungen je zwei Drosseln in Reihe angeordnet und deren Verbindungspunkte mit je einem von zwei durch eine verlagerbare, auf der Seite geringeren Drucks durch eine Feder belastete Wand getrennten Räumen eines Akkumulators verbunden sind.
Bei dieser Konstruktion werden bei einer Änderung der Druckdifferenz der Akkumulator und der Schieber des Sperr- und Bremsventils verlagert, letzterer mit einer durch die jeweils zweite Drossel bestimmten Verzögerung. Diese läßt sich so bemessen, daß bei gewünschten langsamen Änderungen die Verlagerung etwa gleichlaufend erfolgt. Bei einerkaschen Änderung dagegen verlagert sich zunächst die Akkumulatorwand und erzeugt eine Druckerhöhung am Verbindungspunkt geringeren Drucks und damit auf der gegenüberliegenden Druckfläche des Schiebers. Dieser behält daher seine Lage im wesentlichen bei. Eine Instabilität ist damit vermieden. Die Drosseln können verhältnismäßig große Querschnitte erhalten, so daß für eine gewünschte Verstellung eine ausreichend rasche Reaktion erfolgt.
Eine Ventilanordnung für einen richtungsabhängig arbeitenden, hydraulischen Servomotor, wobei der Schieber des Sperr- und Bremsventils aus einer mittleren Ruhestellung in zwei beidseitig angeordnete, je eine Seite des Servomotors zum Behälter hin öffnende Arbeitsstellungen gegen die Kraft je einer Rückstellfeder verlagerbar ist und die Ausgänge beider Sperr- und Bremsventile mit ihren Eingängen über je ein zum Servomotor hin öffnendes Rückschlagventil verbunden sinS ist mit Vorteil so ausgelegt, daß die Verbindungspunkte zwischen den Drosseln über eine in beiden Richtungen wirkende Akkumulatoranordnung verbunden sind. Die erstrebten Vorteile lassen sich daher auch dann ausnutzen, wenn in beiden Betätigungsrichtungen eine Bremsung erfolgen muß.
Insbesondere kann die Akkumulatoranordnung durch zwei gleichartige Akkumulatoren gebildet sein, deren Wände in entgegengesetzter Richtung durch ihre Feder belastet sind. Es ist dann automatisch jeweils derjenige Akkumulator wirksam, der auf der Seite der Feder an die Steuerdruckleitung geringeren Drucks angeschlossen ist. Der Akkumulator kann aber auch eine einzige Wand aufweisen, die beidseitig durch vorgespannte Neutralstellungsfedern belastet ist. für die Auslegung der Feder des Akkumulators empfiehlt es sich, daß diese eine Vorspannung hat, die in der einen Endlage der verlagerbaren Wand etwas geringer und in der anderen Endlage größer ist als es dem Steuerdruckunterschied entspricht, der zur Uberwindung der Vorspannung der Rückstellfeder des Schiebers erforderlich ist. Der Akkumulator spricht daher, ebenso wie der Schieber, erst an, wenn ein vorgegebener minimaler Druckunterschied vorhanden ist.
Seine Hauptwirkung entfaltet er beim Öffnen und Schließen des Sperr- und Bremsventils, so daß in diesem Bereich die Dämpfungswirkung am größten ist.
Die Drosseln können einen so großen Querschnitt aufweisen, daß ihre Drosselwirkung praktisch viskositätsunabhängig ist. Das bedeutet, daß die Ventilanordnung unabhängig von der verwendeten Druckflüssigkeit und unabhängig von der Temperatur der Flüssigkeit im wesentlichen gleich arbeitet und schmutzlmerqpfindlich ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
Eine Pumpe 1 liefert Druckflüssigkeit zur Betätigung eines /3 Servomotors 2. Mittels eines Uberdruckventils, dessen Feder 4 einstellbar ist, kann der Druck in der Pumpenleitung 5 konstant gehalten werden. Ein als Richtungsventil ausgelegtes Steuerventil 6, das über ein Betätigungsorgan 7 verstellt werden kann, verbindet die Pumpenleitung 5 wahlweise mit einem Anschluß A oder B eines Ventilblocks 8, wobei der jeweils andere Anschluß über das Steuerventil 6 mit dem Behälter 9 verbunden ist. In der Neutralstellung sind beide Anschlüsse A und B mit dem Behälter 9 verbunden. Der Servomotor 2 ist über zwei Arbeitsleitungen 10 und 11 mit zwei weiteren Anschlüssen CL bzw. CR des Ventilblocks 8 verbunden.
Innerhalb des Ventilblocks 8 sind die Anschlüsse A und CL über eine ein federbelastetes Rückschlagventil 12 aufweisende Zulaufleitung 13 miteinander verbunden, während die Anschlüsse B und CR über eine ein federbelastetes Rückschlagventil 14 aufweisende Zulaufleitung 15 miteinander verbunden sind. Außerdem erstreckt sich zwischen den Anschlüssen CL und A eine Rücklaufleitung 16 und zwischen den Anschlüssen CR und B eine RUcklaufleitung 17. Beide führen über ein Sperr- und Bremsventil 18, das einen Schieber 19 aufweist. Dieser sperrt in der veranschaulichten neutralen Mittelstellung die beiden Ablaufleitungen 16 und 17, öffnet aber die eine oder die andere in den Arbeitsstellungen zu beiden Seiten der Mittelstellung. Der Schieber 19 ist auf beiden Seiten durch je eine Rückstell- oder Neutralstellungsfeder 20 bzw. 21 belastet. Er besitzt ferner eine Druckfläche 22, welche über eine Steuerdruckleitung 23 mit dem Anschluß A verbunden ist, und eine Steuerdruckfläche 24, welche über eine Steuerdruckleitung 25 mit dem Anschluß B verbunden ist.
In der Steuerdruckleitung 23 befinden sich in Reihenschaltung zwei einstellbare Drosseln 26 und 27, in der Steuerdruckleitung 25 in Reihenschaltung zwei einstellbare Drosseln 28 und 29. Eine in beiden Richtungen wirkende Akkumulatoranordnung 30 ist zwischen die Verbindungspunkte 31 und 32 zwischen den Drosseln 26 und 27 bzw. 28 und 29 geschaltet. Die Akkumulatoranordnung 30 weist einen ersten Akkumulator 33 auf, der eine verlagerbare Wand 34 besitzt, welche zwei Druckräume 35 und 36 voneinander trennt und auf der einen Seite durch eine Feder 37 belastet ist.
Sie weist ferner einen Akkumulator 38 mit einer Wand 39 auf, welche zwei Druckräume 40 und 41 voneinander trennt und auf der anderen Seite durch eine Feder 42 belastet ist.
Die Federn 20 und 21 sowie 37 und 42 haben in ihrer Ruhestellung eine Vorspannung, so daß sowohl der Schieber 19 als auch die Wände 34 und 39 erst bei einem vorgegebienhen Druckunterschied in den Steuerdruckleitungen 23 und 25/zu bewegen beginnen.
Hierbei sollte die Vorspannung der Federn 37 und 42 so bemessen sein, daß in der veranschaulichten Endlage der Druckunterschied, der zu einer Verlagerung der Wand 34 bzw. 39 führt, etwas geringer ist als der Druckunterschied, der zu einer Verlagerring des Schiebers 19 führt, daß aber in der anderen Endlage der Druckunterschied so groß ist, daß sich der Schieber 19 verlagert hat.
Dies führt zu der folgenden Betriebsweise: Wenn der Steuerschieber 6 nach rechts verschoben wird, strömt Druckflüssigkeit von der Pumpenleitung 5 über die Zulaufleitung 13, das Rückschlagventil 12 und die Arbeitsleitung 10 zum Servomotor 2, während die Ablaufleitung 17 mit dem Behälter 9 verbunden ist. Infolgedessen herrscht in der Steuerdruckleitung 23 ein höherer Druck als in der Steuerdruckleitung 25 und der Schieber 19 verlagert sich nach rechts. Infolgedessen kann Flüssigkeit über die Arbeitsleitung 10, das Sperr- und Bremsventil 18, die Ablaufleitung 17 und das Steuerventil 6 zum Behälter 9 strömen.
Der Servomotor 2 bewegt sich daher in der einen Richtung. Wird das Steuerventil 6 nach links verschoben, treten spiegelbildlich ähnliche Verhältnisse auf und der Servomotor 2 dreht sich in entgegengesetzter Richtung.
Wenn das Steuerventil 6 nach rechts verschoben ist und sich der Servomotor 2 entsprechend dreht, aber durch eine Kraft gegen die Bewegungsrichtung belastet wird, steigt der Druck am Anschluß CL und damit auch am Anschluß A an. Demzufolge steigt der Druckunterschied in den beiden Steuerdruckleitungen 23 und 25. Der Schieber 19 verschiebt sich weiter nach rechts, im Extremfall bis zu einem Anschlag in der Endlage. Dies vermindert den Drosselwiderstand in der Ablaufleitung mit der Folge, daß der Servomotor trotz der entgegenwirkenden Kraft mit annähernd konstanter Geschwindigkeit weiterarbeitet.
Wird dagegen der Servomotor durch eine Kraft in Bewegungsrichtung belastet, so sinkt der Druck am Anschluß CL und damit am Anschluß A, so daß der nach rechts verlagerte Schieber 19 so weit zurückgeschoben wird, bis im Sperr- und Bremsventil 18 eine so große Drosselwirkung erzielt wird, daß sich der Servomotor trotz der die Bewegung unterstützenden äußeren Kraft nur mit der vom Steuerventil 6 festgelegten Geschwindigkeit bewegt.
Die Ventilanordnung bewirkt daher, daß derjenige Druckunterschied zwischen den Anschlüssen A und B, der aufgrund der Drosseleinstellung des Steuerventils 6 vorgegeben ist, unabhängig von äußeren Belastungen aufrechterhalten bleibt. Ergeben sich nun Änderungen im Druckunterschied zwischen den beiden Anschlüssen A und B, gleichgültig ob diese durch äußere Kräfte, durch eine Verstellung des Steuerventils 6 oder auf andere Gründe zurückzuführen sind, so führen diese sowohl zu einer Verstellung der Akkumulatorenanordnung 30 als auch mit einer durch die zweiten Drosseln 27 bzw. 29 verursachten Verzögerung zu einer Verstellung des Sperr- und Bremsventils 18. Ist die Änderung der Druckdifferenz langsam erfolgt, macht sich die genannte Verzögerung nicht bemerkbar; der Schieber 19 folgt den langsamen Druckvariationen. Verlaufen die Änderungen der Druckdifferenz dagegen rasch, spricht die Akkumulatoranordnung 30 an, bevor sich de Änderung auf den Schieber 19 auswirkt. Wenn beispielsweise am Verbindungspunkt 31 der höhere Druck herrscht und ein zusätzlicher Druckanstieg erfolgt, gelangt Druckflüssigkeit in die Druckkammer 35 des Akkumulators 33, wodurch gleichzeitig Flüssigkeit aus der Druckkammer 36 verdrängt wird und den Druck am Verbindungspunkt 32 erhöht. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung des Drucks an der Druckfläche 24, wobei die Verzögerungen aufgrund der Drosseln 27 und 29 etwa gleich sind, so daß der Schieber 19 auf beiden Druckflächen von einer Druckerhöhung belastet wird und seine Lage im wesentlichen beibehält. Dies gilt nicht nur für rasche Erhöhungen der Druckdifferenz, sondern auch für Verringerungen der Druckdifferenz, wobei dann der Akkumulator 33 Flüssigkeit aus der Druckkammer 35 abgibt und durch Aufnahme von Flüssigkeit in der Druckkammer 36 den Druck am Verbindungspunkt 32 absenkt. Für die umgekehrte Drehrichtung des Servomotors ist der Akkumulator 38 wirksam.
Als Servomotor kommt auch eine Kolben-Zylinder-Anordnung in Betracht. Statt einer konstant angetriebenen Pumpe 1 mit Steuerventil 6 kann auch eine steuerbare Pumpe verwendet werden. Die Ventilanordnung läßt sich auch in der Weise ausbilden, daß ein Schieber des Sperr- und Bremsventils lediglich in einer Ablaufleitung vorgesehen ist, wobei hierfür ein einziger Akkumulator genügt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche öl Ventilanordnung fLir einen hydraulischen Servomotor, dem Flüssigkeit von einer DruckflUssigkeitsquelle, wie Pumpe, gesteuert zuführbar ist und von dem Flüssigkeit Uber ein Sperr- und Bremsventil zum Behälter abfUhrbar ist, wobei das Sperr- und Bremsventil mit einem Schieber versehen ist, der aus einer sperrenden Ruhestellung in eine öffnende Arbeitsstellung verschiebbar ist, durch eine RUckstellfeder belastet ist und zwei entgegengesetzte Druckflächen aufweist, von denen die eine Uber eine eine Drossel aufweisende Steuerdruckleitung mit der Ausgangsseite des Steuerventils und die andere über eine eine Drossel aufweisende Steuerdruckleitung mit der Ausgangsseite des Bremsveritils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß/beiden Steuerdruckleitungen (23, 25) je zwei Drosseln (26, 27; 28, 29) in Reihe angeordnet und deren Verbindungspunkte (31, 32) mit je einem von zwei durch eine verlagerbare, auf der Seite geringeren Drucks durch eine Feder belastete Wand (34, 39) getrennten Räumen (35, 36; 40, 41) eines Akkumulators (33, 38) verbunden sind.
2. Ventilanordnung für einen richtungsabhängig arbeitenden, hydraulischen Servomotor, wobei der Schieber des Sperr- und Bremsventils aus einer mittleren Ruhestellung in zwei beidseitig angeordnete, je eine Seite des Servomotors zum Behälter hin öffnende Arbeitsstellungen gegen die Kraft je einer Rückstellfeder verlagerbar ist und die Ausgänge beider Sperr- und Bremsventile mit ihren Eingängen über je ein zum Servomotor hin öffnendes Ruckschlagventil verbunden sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte (31, 32) zwischen den Drosseln (26, 27; 28, 29) über eine in beiden Richtungen wirkende Akkumulatoranordnung (30) verbunden sind.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatoranordnung (30) durch zwei gleichartige Akkumulatoren (33; 38) gebildet ist, deren Wände (34; 39) in entgegengesetzter Richtung durch ihre Feder (37; 42) belastet sind.
4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (37; 42) des Akkumulators (33; 38) eine Vorspannung hat, die in der einen Endlage der verlagerbaren Wand (34; 39) etwas geringer und in der anderen Endlage größer ist als es dem Steuerdruckunterschied entspricht, der zur Uberwindung der Vorspannung der Rückstellfeder (20; 21) des Schiebers (19) erforderlich ist.
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (26, 27; 28, 29) einen so großen Querschnitt aufweisen, daß ihre Drosselwirkung praktisch viskositätsunabhängig ist.