DE3016929C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen von einem Servo- oder Proportional­ ventil gesteuerten hydraulischen Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei von Servo- oder Proportionalventilen angesteuerten hydrau­ lischen Antrieben befindet sich der Steuerkolben des Servo- oder Proportionalventils bei ausgeschalteter Hydraulikanlage nicht in einer genau definierten Schließstellung. Damit besteht während des Druckaufbaus der Anlage die Gefahr, daß zunächst eine Verbindung zwischen Pum­ pe und Hydroantrieb besteht und es damit während der Druckaufbauphase der Anlage zu unkontrollierten Bewegungen des Hydroantriebs kommt. Um diese unkontrollierten Bewegungen des hydraulischen Antriebes während des Druckaufbaus in der hydraulischen Anlage zu unterbinden, wird in bekannter Weise zwischen Servo- bzw. Proportionalventil und Hydroantrieb ein vom Servo- bzw. Proportionalventil unabhängig zu schal­ tendes Sperrventil vorgesehen, das erst auf Durchgang geschaltet wird, wenn die Anlage unter dem geforderten Druck steht und das Ser­ vo- bzw. Proportionalventil seine festgelegte Regelstellung eingenom­ men hat.

Dieses unabhängig vom Servo- bzw. Proportionalventil zu betätigende Sperrventil wird gleichzeitig dazu verwendet, bei hohen Regelab­ weichungen im Regelkreis die beiden zum Hydroantrieb führenden Ar­ beitsleitungen schnell zu schließen um damit den hydraulischen An­ trieb schlagartig bremsen zu können.

Bei solchen hydraulischen Antrieben, als Vorschubantriebe für stufenlos-, geschwindigkeits- und positionsgeregelte Systeme beispielsweise bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen eingesetzt, ist zusätzlich eine Ventileinrichtung erforderlich, die die beiden zum hydraulischen An­ trieb führenden Arbeitsleitungen miteinander verbindet, um eine Hand­ zustellung des Hydroantriebes zu ermöglichen (Schwimmstellung).

Diese zusätzliche Ventileinrichtung zum Verbinden der beiden verbraucher­ seitigen Arbeitsleitungen ist als Schaltventil mit zwei Schaltstellungen ausgebildet. Dieses Schaltventil und das Sperrventil werden in bekannter Weise gemeinsam mit dem Servo- oder Proportionalventil zu einer Verket­ tungseinheit vereinigt, die mittels einer Anpassungsplatte unmittelbar am hydraulischen Antrieb befestigt wird. Die Anpassungsplatte weist gleich­ zeitig die Anschlüsse für die Pumpe und den Tank auf.

Durch die Vielzahl dieser Steuerelemente ergibt sich nach deren Zusammen­ bau eine verhältnismäßig groß bauende Steuereinheit im Blockbauweise, die entsprechend lange Befestigungsschrauben erfordert. Insbesondere bei höheren Systemdrücken, die in der Regel über 250 bar liegen, besteht die Gefahr eine Längung der Schrauben und damit ein Undichtwerden der Steu­ erelemente untereinander.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen hydraulischen An­ trieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß die Steuerelemente zu einer kompakten Baueinheit zu vereinigen sind und auch bei hohen Systemdrücken ein sicheres Abdichten der Steuerelemente untereinander gewährleistet.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Dadurch, daß nach der Erfindung das Sperrventil und das Schaltventil für die Schwimmstellung zu einem einzigen Ventil zusammengefaßt sind, können die die Steuereinheit zusammenhaltenden Schrauben entsprechend kurz ge­ halten werden und damit deren, infolge eines hohen Systemdruckes, auf­ tretende Längung auf ein so geringes Maß gehalten werden, daß ein Un­ dichtwerden der Steuerelemente untereinander mit Sicherheit unterbun­ den ist. Somit können auch keine Leckölverluste auftreten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildung beschrieben.

In der Zeichnung veranschaulicht

Fig. 1 den schematischen Aufbau des hydraulischen Antriebes und

Fig. 2 einen Axialschnitt durch die als Vierwegeventil mit drei Schaltstellungen ausgebildete Einrichtung zum Absperren und Ver­ binden der vom Servo- oder Proportionalventil zum hydraulischen Antrieb führenden Arbeitsleitungen.

In Fig. 1 bezeichnet der strichpunktierte Flächenbereich I den hydraulischen Antrieb, der im vorliegenden Fall aus einem Arbeitszylinder 1 mit den Zylinderräumen 2 und 3 sowie dem Kolben 4 mit durchgehender Kolbenstange 5 besteht.

Auf dem hydraulischen Antrieb I ist eine Platte II befestigt, die Druckbegrenzungsventile 6 und 7 aufweist, die gegensinnig mit den Ar­ beitsflüssigkeitskanälen 8 und 9 verbunden sind. Die Ausgänge 6 a, 7 a dieser Druckbegrenzungsventile sind jeweils über Kanalab­ schnitte 10, 11 mit den Arbeitsflüssigkeitskanälen 9, 8 ver­ bunden, die jeweils dem anderen Druckbegrenzungsventil zuge­ ordnet sind.

Auf der Platte II sitzt das plattenförmige Vierwegeventil III und auf letzterem das Servo- oder Proportionalventil IV. Seit­ lich an dem plattenförmig ausgebildeten Vierwegeventil III ist das Vorsteuerventil V und auf der gegenüberliegenden Seite des Vierwegeventils die einstellbare Feindrossel VI befestigt. Platte II mit plattenförmig ausgebildetem Vierwegeventil III und Servo- oder Proportionalventil IV werden von Durchsteck­ schrauben gemeinsam am hydraulischen Antrieb I befestigt. Da es sich hierbei nur um drei miteinander zu verbindende Steuerele­ mente handelt, läßt sich eine besonders kompakte Baueinheit schaffen, die auch bei hohen Systemdrücken eine druck- und flüssig­ keitsdichte Verbindung der Steuerelemente untereinander gewähr­ leistet. Die als Kanäle ausgebildeten Arbeitsleitungen 8 und 9, stehen mit den Anschlüssen 12 und 13 des hydraulischen Antriebes I in unmittelbarem Kontakt. Von der Platte II führen die Arbeits­ flüssigkeitskanäle 8 und 9 über die Anschlußstellen 75, 76 weiter in das Gehäuse 14 des Vier­ wegeventils III und von dort weiter zu den Steuerräumen 16 und 17 (Fig. 2).

Von den Steuerräumen 15 und 18 führen Kanalabschnitte 8′, 9′ zu den Anschlüssen 21 und 22 des Servo- oder Proportional­ ventils IV.

Eine Pumpe 24 steht über die Leitung 25 mit dem Pumpenanschluß 26 des hydraulischen Antriebes I in Verbindung und der Tank 27 über die Leitung 28 mit dem Tankanschluß 29 des hydraulischen An­ triebes I. Von diesen Anschlüssen 26, 29 des hydraulischen An­ triebes I führen Kanäle 30, 31 über die Platte II und dem Vier­ wegeventil III zu dem Pumpen- und Tankanschluß 32, 33 des Servo- bzw. Proportionalventils IV. Im Gehäuse 14 des Vierwegeventils III zweigen von den Kanälen 30, 31 Kanäle 35, 36 zu den Anschlüssen 37, 38 des Vorsteuerventils V für die Steuerflüssigkeit ab. Die Steuerflüssigkeit führenden Kanäle 40, 41 des Vorsteuerventils V führen über das Vorsteuerventilgehäuse 42 und über das Gehäuse 14 des Vierwegeventils III zu den Steuerräumen 43, 44 des Vier­ wegeventils III.

Von den Steuerräumen 15, 18 des Vierwegeventils III führen Kanäle 47, 48 zu der Drossel VI mit einstellbarem Drosselkörper 50.

In der gezeigten Schaltstellung a des Steuerkolbens 51 des Vor­ steuerventils V sind die beiden Steuerkanäle 40, 41 mit dem zum Tankanschluß 29 führenden Kanal 31 verbunden. Damit herrscht in den Steuerräumen 43, 44 des Vierwegeventils Tankdruck.

Der Steuerkolben 20 wird somit durch die Zentrierfedern 52, 53 in seine gezeigte mittlere Schaltstellung a gehalten, in der die vom Servo- bzw. Proportionalventil zum hydraulischen Antrieb führenden Kanäle 8, 9 unterbrochen, also gesperrt sind.

Dadurch ist der Kolben 4 mit Kolbenstange 5 des Arbeits­ zylinders 1 hydraulisch blockiert.

Wird der Steuerkolben 51 des Vorsteuerventils V aus der ge­ zeigten Schaltstellung a in die Schaltstellung b verschoben, wird der Steuerkanal 40 mit der Pumpe 24 und der Steuerkanal 41 mit dem Tank verbunden. Der Steuerraum 44 des Vierwegeventils steht somit unter Pumpendruck, während der Steuerraum 43 nach wie vor mit dem Tank in Verbindung steht. Die Folge davon ist, daß sich der Steuerkolben 20 aus der gezeigten Schaltstellung a in die Schaltstellung c verschiebt. In dieser Schaltstellung sind die Arbeitsmittel führenden Arbeitsleitungen 8, 9 mit den zum Servo- bzw. Proportionalventil führenden Kanalabschnitte 8′, 9′ verbunden, so daß zwischen Servo- bzw. Proportionalventil und hydraulischem Antrieb eine Wirkverbindung besteht. Je nach Stellung des Steuer­ kolbens 55 des Servo- oder Proportionalventils IV, wird der Zylinderraum 2 mit der Pumpe bzw. mit dem Tank und der Zylinder­ raum 3 mit dem Tank bzw. der Pumpe verbunden und führt dabei eine entsprechende Stellbewegung aus.

Wird der Steuerkolben 51 des Vorsteuerventils V in die Schalt­ stellung c verschoben, wird der Steuerraum 43 des Vierwegeventils III mit der Pumpe und der Steuerraum 44 mit dem Tank verbunden. Dadurch verschiebt sich der Steuerkolben 20 des Vierwegeventils III in die Schaltstellung b, in der die vom Vierwegeventil zum hydrau­ lischen Antrieb führenden Arbeitsmittelkanäle miteinander ver­ bunden sind, während die Verbindung dieser Kanäle zum Servo- bzw. Proportionalventil IV unterbrochen ist.

Durch die Verbindung der beiden Arbeitsmittelkanäle 8, 9 be­ steht die Möglichkeit, den Kolben 4 über die durchgehende Kolbenstange 5 von außen zu verschieben. Die hierbei in dem einen Zylinderraum verdrängte Flüssigkeit strömt dem anderen Zylinderraum über die Verbindung des Vierwegeventils III wieder zu.

Bevor die Pumpe 24 eingeschaltet wird und damit der hydrau­ lische Antrieb unter Druck gesetzt wird, wird zunächst der Steuerkolben 20 des Vierwegeventils III in die gezeigte Schalt­ stellung a gebracht, in der die Verbindung der Arbeitslei­ tungen 8, 9 vom hydraulischen Antrieb I zum Servo- bzw. Pro­ portionalventil unterbrochen ist. Der von der Pumpe 24 er­ zeugte Druck kann sich somit über den Kanal 30 zunächst nur bis zum Servo- bzw. Proportionalventil IV und je nach Lage des Steuerkolbens 55 des Servo- bzw. Proportionalventiles IV bestenfalls bis zu den Steuerräumen 15, 18 des Vierwegeventils III aufbauen. Der hydraulische Antrieb I bleibt somit während des Druckaufbaues infolge Anlaufens der Pumpe 24 unbeeinflußt und in seiner Lage stehen. Sobald sich der Druck aufgebaut und sich die Lage des Steuerkolbens 55 des Servo- bzw. Proportional­ ventils stabilisiert hat, d. h., eine genau definierte Ausgangs­ regelstellung eingenommen hat, wird durch Betätigung des Vor­ steuerventils V der Steuerkolben 20 des Vierwegeventils aus der Schaltlage a in die Schaltlage c verschoben und damit die Ver­ bindung zwischen Servo- bzw. Proportionalventil IV und dem hydrau­ lischen Antrieb I hergestellt, so daß nunmehr der hydraulische Antrieb I eine Ansteuerbewegung entsprechend der Regellage des Steuerkolbens 55 des Servo- bzw. Proportionalventils aus­ führt.

Die Dämpfungsdrossel 50, die die beiden Arbeitsmittel führenden Kanalabschnitte 8′, 9′ zwischen Vierwegeventil III und Servo- bzw. Pro­ portionalventil IV miteinander verbindet, dient zur Stabili­ sierung der Regelung. Die von dem einen Kanalabschnitt in den anderen Kanalabschnitt übertretende Arbeitsflüssigkeitsmenge ist äußerst gering.

Sollte sich eine unstabile Regelung ergeben, beispielsweise durch äußere Einflüsse, wird das Vierwegeventil III durch eine nicht gezeigte auf das Vorsteuerventil V wirkende Not­ ausschaltung in die gezeigte Ausgangs- oder Mittelschaltlage a gebracht und damit der hydraulische Antrieb I hydraulisch bloc­ kiert.

Nach Fig. 2 besteht das Vierwegeventil III aus dem Gehäuse 14 mit einer durchgehenden Bohrung 60, in der der Steuerkolben 20 geführt ist. Die durchgehende Bohrung 60 weist die die Steuer­ räume 15, 16, 17 und 18 bildenden umlaufenden Ausnehmungen aus. Der Steuerraum 15 steht mit einer Anschlußbohrung 21 und der Steuerraum 18 mit einer Anschlußbohrung 22 für das Servo- oder Proportionalventil IV in Verbindung. Der Steuerraum 16 steht mit einem Anschluß für den Arbeitsflüssigkeitskanal 8 und der Steuer­ raum 17 mit einem Anschluß für den Arbeitsflüssigkeitskanal 9 in Verbindung. Von den Steuerräumen 15 und 18 führen die Kanäle 47, 48 zu der einstellbaren Drossel VI. Diese Bypassverbindung zwischen den beiden Arbeitsmittel führenden unmittelbar mit dem Servo- bzw. Proportionalventil in Verbindung stehenden Kanalanschlüssen 21, 22 ermöglicht mittels der Feindrossel 50 ein weitgehend schwin­ gungsfreies Arbeiten der Steuerung. Die durchgehende Bohrung 60 ist an ihren Enden 62, 63 erweitert und bildet mit den Abschluß­ deckeln 64, 65 die Feder- und Steuerräume 43, 44. Diese Feder- und Steuerräume stehen über Gehäusekanäle 68, 69 mit dem Vor­ steuerventil V in Verbindung, und zwar über dessen Kanäle 40, 41. Die Zuführung der Steuerflüssigkeit zum Vorsteuerventil V erfolgt über den Kanal 36 im Gehäuse 14, der mit dem Durchgangs­ kanal 30 in Verbindung steht, der seinerseits mit der Druck­ mittelquelle verbunden ist. Der Kanal 36 steht mit der Kanal­ mündung 38 in Verbindung und bildet zugleich den Druckmittel­ anschluß für das Vorsteuerventil V. Der Tankanschluß 37 des Vor­ steuerventils V steht über dem Gehäusekanal 35 des Gehäuses 14 mit dem durchgehenden Kanal 31 in Verbindung, der seinerseits mit dem Tank verbunden ist. In der gezeigten Schaltstellung a des Vorsteuerventils sind beide Steuerleitungen 40, 41 mit dem Tank verbunden und damit auch die beiden Steuerräume 43, 44 des Vierwegeventils III. Der Steuerkolben 20 des Vierwegeventils III wird dadurch in der gezeigten Mittelstellung durch die Zentrier­ federn 52, 53 gehalten. In dieser Mittel- oder Ausgangsschalt­ stellung des Steuerkolbens 20 liegt im mit dem Servo- bzw. Pro­ portionalventil verbundenen Steuerraum 15 der äußere Steuer­ kolbenabschnitt 20 a und schließt damit diesen Steuerraum nach außen in Richtung des Steuerraumes 43 und in Richtung des Steuer­ raumes 16 ab. Der mittlere Steuerkolbenabschnitt 20 b liegt in dieser Schaltstellung im Steuerraum 17, so daß dieser sowohl in Richtung des Steueraumes 16 als auch in Richtung des Steuer­ raumes 18 abgeschlossen ist.

Der Steuerkolbenabschnitt 20 c schließt den Steuerraum 18 nach außen in Richtung des Steuerraumes 44 ab. Die einzelnen Kolben­ abschnitte sind durch die beiden unterschiedliche Länge auf­ weisenden Kolbenstege 20 d und 20 f miteinander verbunden.

In der Schaltstellung c des Vorsteuerventils V ist der Steuer­ raum 44 mit dem Tank und der Steuerraum 43 mit der Druckmittel­ quelle verbunden, so daß sich der Steuerkolben 20 gegen die Kraft der Zentrierfeder 53 in Richtung des Steuerraumes 44 ver­ schiebt, in der die Stirnfläche 70 des Steuerkolbens 20 an der Innenwand 71 des Gehäusedeckels 65 anliegt. Der Steuerraum 15 bleibt in dieser Schaltstellung des Steuerkolbens ebenso wie in dessen Mittelstellung durch den Steuerkolbenabschnitt 20 a ver­ schlossen, während die Steuerräume 16 und 17 über den Kolben­ steg 20 d miteinander in Verbindung stehen.

Der Steuerraum 18 ist in dieser Schaltstellung wie in der Mittel­ stellung von dem benachbarten Steuerraum 17 und nach außen in Richtung des Steuerraumes 44 abgeschlossen. In dieser Schalt­ stellung kann somit der Zylinderkolben 4 von außen über die Kolben­ stange 5 verschoben werden. Die hierbei aus dem einen Zylinder­ raum verdrängte Arbeitsflüssigkeit gelangt über die Steuerräume 16 und 17 in den anderen Zylinderraum. In der Schaltstellung b des Vorsteuerventils V ist der Steuerraum 44 des Vierwegeventils mit Druckmittel beaufschlagt und der Steuerraum 43 mit dem Tank ver­ bunden. Dadurch verschiebt sich der Steuerkolben 20 in Richtung des Steuerraumes 43, und zwar gegen die Kraft der Zentrierfeder 52 und legt sich mit der Stirnfläche 73 an der Innenwand 74 des Ge­ häusedeckels 64 an. In dieser Schaltstellung des Steuerkolbens 20 sind die Steuerräume 15 und 16 über den Kolbensteg 20 d und die Steuerräume 17, 18 über den Kolbensteg 20 f jeweils miteinander verbunden, so daß zwischen Servo- oder Pro­ portionalventil IV und hydraulischem Antrieb I Wirkverbin­ dung besteht.

Durch die spezielle Ausbildung des Steuerkolbens 20 inner­ halb dessen Führungsbohrung 60 des Gehäuses 14, wird eine be­ sonders kompakte und betriebssicher arbeitende Einrichtung zum Absperren und Verbinden der vom Servo- oder Proportional­ ventil zum hydraulischen Antrieb führenden Arbeitsleitungen er­ zielt.

Claims (4)

1. Von einem Servo- oder Proportionalventil gesteuerter hydraulischer Antrieb mit einem zusätzlichen Vierwegeventil mit zwei Schaltstel­ lungen zum Absperren oder Verbinden der vom Servo- oder Proportional­ ventil zum hydraulischen Antrieb führenden Arbeitsleitungen unab­ hängig von der Steuerstellung des Servo- oder Proportionalventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Vierwegeven­ til (III) eine dritte Schaltstellung (b) aufweist, wobei die mittle­ re Schaltstellung (a) federzentriert ist und die Arbeitsleitungen (8, 9) sperrt, daß die eine äußere Schaltstellung (b) die Arbeitsleitungen (8, 9) antriebsseitig miteinander verbindet und die andere äußere Schaltstellung (c) die Arbeitsleitungen vom Servo- oder Proportionalventil (IV) zum hydraulischen Antrieb (I) öffnet.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vierwegeventil (III) von einem Vorsteuerventil (V) hydraulisch zu steuern ist.

3. Hydraulischer Antrieb nach den Ansprüchen 1 oder 2 mit einer Dämpfungseinrichtung in Form einer einstellbaren Feindrossel, dadurch gekennzeichnet,
daß das als Kolbenventil ausgebildete Vierwege­ ventil (III) vier im axialen Abstand mit einem Steuerkolben (20) voneinander angeordnete Steuerräume (15, 16, 17, 18) aufweist, von denen die beiden inneren Steuerräume (16, 17) mit jeweils einem mit dem hydraulischen Antrieb (I) verbundenen Arbeitsleitungsanschluß (75, 76) in Verbindung stehen und die beiden äußeren mit dem Servo- oder Proportional­ ventil (IV) in Verbindung stehenden Steuerräume (15, 18) mit nach außen führenden mit der Feindrossel (VI) in Ver­ bindung stehenden Gehäusekanälen (47, 48) verbunden sind,
daß in der einen äußeren Schaltstellung (c) des Steuerkolbens (20) die äußeren Steuerräume (15, 18) jeweils mit dem benachbarten, mit der betreffenden Arbeits­ leitung (8, 9) in Verbindung stehenden inneren Steuer­ raum (16 bzw. 17) verbunden sind, wobei in dieser Schalt­ stellung des Steuerkolbens (20) die vom Servo- oder Proportionalventil (IV) zum hydraulischen Antrieb (I) führenden Arbeitsleitungen (8, 9) geöffnet sind.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (20) drei Kolbenabschnitte (20 a, 20 b, 20 c) aufweist, die untereinander über zwei Kolbenstege (20 d, 20 f) ver­ bunden sind, wobei die Kolbenstege unterschiedliche Längen aufweisen, derart, daß in der mittleren Schalt­ stellung (a) der mittlere Kolbenabschnitt (20 b) in dem einen mit dem einen Arbeitsleitungsanschluß (9) verbundenen Steuerraum (17) liegt und diesen von den beiden benachbarten Steuerräumen (16, 18) trennt und der eine äußere Kolbenabschnitt (20 a) im mit dem Servo- oder Proportionalventil (IV) verbundenen Steuer­ raum (15) liegt und diesen zum benachbarten Steuerraum (16) und nach der einen Steuerkolbenstirnseite (43) abschließt und der andere äußere Kolbenabschnitt (20 c) den anderen äußeren Steuerraum (18) lediglich nach der anderen Steuerkolben­ stirnseite (44) abschließt.