DE3000260C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange enthaltenden, doppelt wirkenden Arbeitszylinders (Differentialzylinder) mittels eines Mehrwegeventiles, welches das Arbeitsmedium jeweils einem der größenunterschiedlichen Hubräume des Arbeitszylinders zuführt und von dem anderen Hubraum während des Kolbenhubes abströmen läßt und einen Tankanschluß, einen Pumpenanschluß und je einen Anschluß für eine Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem großen Hubraum des Arbeits­ zylinders und dem Mehrwegeventil und für eine Zu- und Ab­ fuhrleitung zwischen dem kleinen Hubraum des Arbeits­ zylinders und dem Mehrwegeventil aufweist, wobei mittels des Mehrwegeventils eine Verbindung der Hubräume des Arbeits­ zylinders einstellbar ist, die beim Ausfahren des Kolbens die Hubräume über eine entsprechende Stellung des Ventil­ kolbens des Mehrwegeventils miteinander verbindet, und wobei beim Einfahren des Kolbens vom großen Hubraum des Arbeits­ zylinders noch ein zweiter Abfluß zum Tank besteht.

Eine gattungsgemäße Steuereinrichtung ist in der DE 27 36 572 A1 beschrieben; bei der bekannten Einrichtung ist beim Ausfahren des Kolbens das Rückspeiseprinzip durch eine Verbindung der Hubräume des Arbeitszylinders dadurch verwirklicht, daß dabei der gesamte, dem großen Hubraum des Arbeitszylinders zuzuführende Volumenstrom des Arbeits­ mediums über ein der Steuerung dienendes Oreiwegeventil geführt ist; gleichzeitig ist ein zusätzliches Überdruck­ ventil vorgesehen, um einen Abfluß des dem großen Hubraum des Arbeitszylinders beim Ausfahren des Kolbens zuzuführen­ den Arbeitsmediums zum Tankanschluß zu verhindern.

Mit der bekannten Steuereinrichtung ist der Nachteil ver­ bunden, daß der von dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders beim Ausfahren des Kolbens fließende Teilstrom des Arbeits­ mediums in dem Dreiwegeventil nacheinander zwei Steuerkanten des zugeordneten Ventilkolbens umströmen muß, wobei die in Strömungsrichtung zum großen Hubraum des Arbeitszylinders als letzte liegende Steuerkante des Ventilkolbens aufgrund der Zusammenfassung des vom kleinen Hubraum des Arbeits­ zylinders herkommenden Teilstroms mit dem von der Pumpe gelieferten Teilstrom einen doppelt so großen Durchfluß an Arbeitsmedium zu steuern hat, wie die zugeordnete erste Steuerkante für den vom kleinen Hubraum herkommenden Teil­ strom. Aufgrund dieser unterschiedlichen Beaufschlagung der Steuerkanten eines Ventilkolbens ist eine exakte Steuerung des Mehrwegeventils nicht zu gewährleisten. In nachteiliger Weise ergibt sich daraus auch eine entsprechend große Bau­ größe des Mehrwegeventils zur Steuerung des gesamten Durch­ flusses an Arbeitsmedium.

Schließlich ist als Nachteil zu nennen, daß das bei der bekannten Einrichtung erforderliche zusätzliche Überdruck­ ventil sowohl einen baulichen wie auch einen schaltungs­ technischen Aufwand mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Steuereinrichtung derart zu verbessern, daß die Steuereinrichtung in ihrer schaltungstechnischen Aus­ legung vereinfacht und insbesondere das der Steuerung dienende Mehrwegeventil eine exakte und sichere Steuerung des Arbeitszylinders ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Hauptanspruch; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht vor, daß eine Stichleitung als Verbindung von der Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem Mehr­ wegeventil und dem großen Hubraum des Arbeitszylinders un­ mittelbar an eine zusätzliche Öffnung des Mehrwegeventils angeschlossen ist, die beim Ausfahren des Kolbens über eine zugeordnete Steuerkante des Ventilkolbens mit der Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem Mehrwegeventil und dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verbindbar ist und die beim Einfahren des Kolbens über eine zugeordnete Steuerkante mit einem zusätzlich ausgebildeten Tankanschluß des Mehrwege­ ventils verbindbar ist.

Somit ist in vorteilhafter Weise beim Ausfahren des Kolbens des Arbeitszylinders die über die Stichleitung mit dem großen Hubraum des Arbeitszylinders verbundene zusätzliche Anschlußöffnung über eine zugeordnete und nur den über diese Stichleitung fließenden Strom an Arbeitsmedium steuernde Steuerkante mit der als Abfluß vom kleinen Hubraum wirkenden Leitung verbunden, wobei gleichzeitig über eine andere Steuerkante und somit unabhängig von dem Fließweg zwischen den Hubräumen des Arbeitszylinders der Pumpenanschluß mit der Zuleitung zum großen Hubraum des Arbeitszylinders verbunden ist; gleichzeitig ist beim Einfahren des Kolbens des Arbeitszylinders die Verbindung über einen in dem Mehr­ wegeventil vorgesehenen weiteren Anschluß mit dem zugeord­ neten Vorrat im Tank verbindbar.

Hieraus ergibt sich bei Verwirklichung der Erfindung der Vorteil, daß das Arbeitsmedium beim Ausfahren des Kolbens unmittelbar von dem kleinen in den großen Hubraum des Arbeitszylinders geleitet wird, so daß entsprechend dieser Menge an Arbeitsmedium der Durchfluß und damit auch die bauliche Auslegung des Ventils vermindert werden kann. Dies zeigt sich in vorteilhafter Weise insbesondere bei einem Verhältnis der Fläche des Kolbens des Arbeitszylinders von 1 : 2, weil dann ein Betrieb wie bei Gleichlaufzylindern erreicht werden kann und die gleiche Menge Öl in beiden Richtungen durch das Mehrwegeventil fließt. Diese Wirkung ist insbesondere bei Anwendung der Erfindung auf Proportional- und Servoventile als Steuerventile vorteil­ haft, weil dann alle Steuerkanten im Mehrwegeventil mit der gleichen Menge an Arbeitsmedium beaufschlagt werden, so daß die dynamischen Eigenschaften im Vor- und Rücklauf bei gleicher Ausbildung der Steuerkanten weitgehend gleich sind. Gegenüber bekannten Proportional- und Servoventilen als Steuerventilen für die Steuerung von Differentialzylindern erfährt bei Verwirklichung der Erfindung das aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders abströmende Arbeits­ medium ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen eine stärkere Drosselung, und zwar nicht gegen den Systemdruck, sondern gegen den im großen Hubraum des Arbeitszylinders herrschenden aktuellen Druck, was für die Empfindlichkeit der Regelung vorteilhaft ist, insbesondere wenn sämtliche Strömungsquerschnitte des Ventils gleich groß ausgelegt sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Verminderung des Kriechens des Kolbens mit Kolbenstange bei dem Arbeitszylinder in der abgesperrten Mittelstellung. Bei gleicher Passungstoleranz des Ventilkolbens in dem Mehr­ wegeventil ergibt sich eine Verminderung der Kriechge­ schwindigkeit um mindestens 50% gegenüber üblichen Mehr­ wegeventilen.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Mehrwegeventil sechs hintereinanderliegende und jeweils mit einem Ringkanal kommunizierende Öffnungen auf, wobei die Ringbunde in der Mittelstellung des Ventilkolbens jeder zweiten Öffnung und dem zugehörigen Ringkanal zuge­ ordnet sind, wobei die beiden äußeren Öffnungen zum Vorrat und die dazwischenliegenden Öffnungen, beginnend am nicht gesperrten Ventilende, zu dem großen Hubraum des Arbeits­ zylinders, der Pumpe, dem kleinen Hubraum des Arbeitszy­ linders und der Verbindung führen.

Vorteilhaft ist es dabei auch, wenn die beiden äußeren, jeweils mit dem Vorrat verbundenen Öffnungen schon innerhalb des Mehrwegeventils zu einem gemeinsamen Ausgang zum Vorrat zusammengefaßt sind.

Die Verwirklichung der Erfindung ist nicht darauf be­ schränkt, die Verbindung zwischen der Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem Mehrwegeventil und dem großen Hubraum und der zusätzlichen Öffnung des Mehrwegeventils frei von weiteren Armaturen auszubilden, vielmehr können in diese Verbindung auch Schaltorgane eingeschaltet werden, soweit diese Organe keine Kombination mit der Erfindung darstellen. So können beispielsweise gesteuerte Rückschlagventile in der Verbindung angeordnet sein, die lediglich eine zusätzliche Sicherheit gewähren, das heißt neben der Erfindung wirken und bei störungsfreier Funktion das Wesen der Erfindung nicht beeinflussen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die angesprochene Verbindung ein Steuerelement in Form eines Wegeventils aufweist, welches in der einen Schalt­ stellung einen freien Durchfluß gestattet und den kleinen Hubraum in der anderen Schaltstellung mit dem Vorrat ver­ bindet. Auf diese Weise wird vorteilhaft ermöglicht, daß das Ausfahren der Kolbenstange nur etwa mit dem halben Arbeits­ mediumsverbrauch erfolgt, in der Endstellung jedoch die volle Kraft erreicht ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan zum Steuern eines Differentialzylinders und

Fig. 2 den Schaltplan nach Fig. 1 mit einer Ergänzung.

In den Figuren besteht ein Differentialzylinder aus einem Arbeitszylinder 1 sowie einem sich darin verschiebenden und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden Kolben 2 mit einer Kolbenstange. Der Kolben 2 unterteilt den Arbeitszylinder 1 in einen großen Hubraum 3 und einen kleinen Hubraum 4. Jeder Hubraum besitzt an den Enden je eine Zu- und zugleich Abfuhrleitung 5 bzw. 6 für das Arbeitsmedium, als welches nachfolgend einfachheitshalber Öl genannt ist. Das Öl als Vorrat 7 befindet sich in einem Tank (in getrennten Teilen dargestellt) und wird mittels einer Pumpe 8 durch eine Leitung 9 einem Mehrwegventil 10 zugeführt, um von dort je nach Stellung des Ventilkolbens 11 zu dem Differentialzylinder oder in Abfuhrleitungen 12 und 13 zu dem Vorrat 7 zu strömen. Dabei wurden für das Verständ­ nis der Erfindung nicht wichtige Elemente, wie Druckbegrenzungsventile, Drosselrückschlagventile o. dgl., weggelassen.

Das Mehrwegeventil 10 hat in der Reihe sechs Öffnungen 14, 14a, 14b, 14c, 14d und 14e, die in dieser Reihenfolge mit der Abfuhrleitung 12, der Zu- und Abfuhrleitung 5, der Leitung 9, der Zu- und Abfuhrleitung 6, einer in die Zu- und Abfuhrleitung 5 mündendes Verbindung 15 als Stichleitung und der Abfuhrleitung 13 verbunden sind und in der gezeichneten Mittelstellung des Ventilkolbens 11 (0-Stellung) innerhalb des Ventilgehäuses in Ringkanäle 16, 16a, 16b, 16c, 16d und 16e übergehen. Diese Ringkanäle sind durch Ringbunde 17, 17a und 17b in der 0-Stellung voneinander getrennt und die Öffnungen 14a, 14c und 14e zugleich gesperrt. Dementsprechend ist die Öffnungsweite a etwas kleiner als die Bundbreite b. Neben dem Ringbund 17b befindet sich im Sinne der Zeichnung rechts eine Eindrehung 18, die auch weggelassen werden kann, wie aus der nachfolgenden Funktion ohne weiteres ersichtlich.

Wenn der Ventilkolben 11 nach links versetzt wird, baut sich in dem ganzen System, d. h. auch in den Hubräumen 3 und 4, der Pumpendruck auf. Es werden nämlich die Öffnungen 14a und 14c gleichzeitig freigegeben, so daß nicht nur in der Zu- und Abfuhrleitung 5 eine Strömung stattfinden kann, sondern auch über die Verbindung 15 und den Ringkanal 16d auch in der Zu- und Abfuhrleitung 6. Da die Fläche des Kolbens 2 an der Seite des großen Hubraumes 3 doppelt so groß ist wie an der Gegenseite, fährt die Kolbenstange aus und das aus dem kleinen Hubraum 4 verdrängte Öl wird über die Verbindung 15 der Zu- und Abfuhrleitung 5 zugespeist. Die Pumpe 8 braucht also in bezug auf den großen Hubraum 3 nur die halbe Menge zu fördern. Diese Fördermenge bleibt unverändert, wenn der Ventilkolben 11 nach rechts versetzt wird und die Kolbenstange eingeholt wird. Der große Hubraum 3 ist jetzt über den Ringkanal 16 und die Abfuhrleitung 12 sowie über die Verbindung 15, den Ringkanal 16d und die Abfuhrleitung 13 an den Vorrat 7 gelegt, in den das Öl abfließt. Durch Aufteilung der Abströme in die Abfuhrleitungen 12 und 13 fließt auch jetzt dieselbe Menge Öl wie vorher durch die Öffnungen 14 bis 14e.

Fig. 2 entspricht weitestgehend der Fig. 1. Die einzige Ausnahme bildet die Einschaltung eines Wegeventils 19 in die Verbindung 15 zu dem Zweck, die Vorlaufbewegung unter Ausnutzung der Differentialwirkung des Zylinders zu bewerkstelligen, aber in der ausgefahrenen Endstellung die volle Kraft einzusetzen. Das Wegeventil 19 hat daher zwei Schaltstellungen. Bei der gezeichneten einen Stellung kann der Kolben 2 ein- und ausgefahren werden, wie in Fig. 1. Wenn sich die Kolbenstange außen befindet, schaltet sich das Wegeventil 19 um, unterbricht die Verbindung 15 und legt den kleinen Hubraum 4 über den Ringkanal 16d, den Rest der Verbindung 15 und eine Abfuhrleitung 13a, die an dem Wegeventil 19 angeschlossen ist, an den Vorrat. Jetzt wirkt dem an der großen Fläche des Stufenkolbens 2 wirkenden Druck kein Druck in dem kleinen Hubraum 4 entgegen, so daß die Haltekraft gegenüber dem vorigen Zustand auf das Doppelte erhöht wird.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Steuerung eines einen Kolben mit ein­ seitiger Kolbenstange enthaltenden, doppelt wirkenden Arbeitszylinders (Differentialzylinder) mittels eines Mehrwegeventiles, welches das Arbeitsmedium jeweils einem der größenunterschiedlichen Hubräume des Arbeitszylinders zuführt und von dem anderen Hub­ raum während des Kolbenhubes abströmen läßt und einen Tankanschluß, einen Pumpenanschluß und je einen Anschluß für eine Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem großen Hubraum des Arbeitszylinders und dem Mehrwegeventil und für eine Zu- und Abfuhrleitung zwischen dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders und dem Mehrwegeventil aufweist, wobei mittels des Mehrwegeventils eine Verbindung der Hubräume des Arbeitszylinders einstellbar ist, die beim Ausfahren des Kolbens die Hubräume über eine entsprechende Stellung des Ventilkolbens des Mehrwegeventils miteinander verbindet, und wobei beim Einfahren des Kolbens vom größeren Hubraum des Arbeitszylinders noch ein zweiter Abfluß zum Tank besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stichleitung (Verbindung 15) von der Zu- und Abfuhrleitung (5) zwischen dem Mehrwegeventil und dem größeren Hubraum (3) des Arbeits­ zylinders (1) unmittelbar an eine zusätzliche Öffnung (14d) des Mehrwegeventils angeschlossen ist, die beim Ausfahren des Kolbens (2) über eine zugeordnete Steuerkante (Ringbund 17a) des Ventilkolbens (11) mit der Zu- und Abfuhrleitung (6) zwischen dem Mehrwege­ ventil und dem kleineren Hubraum (4) des Arbeitszylinders (1) verbindbar ist, und die beim Einfahren des Kolbens (2) über eine zugeordnete Steuerkante (Ringbund 17b) über eine zusätzlich ausgebildete Öffnung (14e) mit dem Vorrat (7) verbindbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil sechs hintereinanderliegende und jeweils mit einem Ringkanal kommunizierende Öffnungen (14-14e) aufweist, wobei die Ringbunde (17; 17a; 17b;) in der Mittelstellung des Ventilkolbens (11) jeder zweiten Öffnung (14a; 14c; 14e) und dem zugehörigen Ringkanal (16a; 16c; 16e) zugeordnet sind, wobei die beiden äußeren Öffnungen (14; 14e) zum Vorrat (7) und die dazwischen­ liegenden Öffnungen (14a-14d) - beginnend am nicht gesperrten Ventilende - zu dem größeren Hubraum (3) , der Pumpe (8), dem kleineren Hubraum (4) und der Verbindung (15) führen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Öffnungen (14; 14e) innerhalb des Mehrwege­ ventils (10) zu einem gemeinsamen Ausgang führen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sämtlichen Strömungsquerschnitte des Mehr­ wegeventils (10) gleichgroß sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (15) ein Steuerelement (Wegeventil 19) enthält, welches in der einen Schaltstellung einen freien Durchfluß gestattet und den kleineren Hubraum (4) in der anderen Schaltstellung an den Vorrat (7) legt.