DE3709900A1 - Hydraulische ventilanordnung zum steuern einer hydraulischen kolben-zylinder-einheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventil­ anordnung und insbesondere auf eine hydraulische Ventil­ anordnung zum Steuern der Bewegung eines in einem Zylin­ der angeordneten Kolbens.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung in Trai­ ningsmaschinen, so daß eine Ausführungsform des Erfin­ dungsgegenstandes unter Bezug auf eine Trainingsmaschine erläutert wird. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch zusammen mit anderen Vorrichtungen verwendet werden kann.

In der US-PS 43 54 676 ist eine Trainingsmaschine be­ schrieben, bei der die Bewegung einer Betätigungsstange durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird. Der Kolben dieser Einheit ist mit der Betätigungsstange ver­ bunden, wobei die Durchflußmenge der hydraulischen Flüs­ sigkeit, die durch den Kolben aus dem Zylinder gedrückt wird, durch ein mittels eines Schrittmotors betätigten Ventils gesteuert wird. Der Druck der Hydraulikflüssig­ keit wird mittels eines Druckaufnehmers gemessen. Ein mit einem Mikroprozessor versehener Servomechanismus überwacht den Flüssigkeitsdruck und die Stellung der Be­ tätigungsstange und gestattet eine Regelung zum Justie­ ren der Stellung des Schrittmotors. Das Ventil wird da­ durch zum Einstellen der Durchflußmenge des hydrauli­ schen Flüssigkeit geöffnet oder geschlossen. Der Wider­ stand auf die Betätigungsstange kann durch Variation der von dem Benutzer aufzubringenden Kraft und/oder der Ge­ schwindigkeit, bei welcher sich die Stange bewegt, ge­ steuert werden.

Die Erfindung schafft eine hydraulische Ventilanordnung, welche ein Servosteuerventil, Rückschlagventile, einen Druckaufnehmer und einen Flüssigkeitsbehälter in einer Anordnung umfaßt.

Diese Anordnung ist einfacher und preiswerter herzustellen, und außerdem verringert eine kürzere und einfacher aufgebaute Ölströmung den Strö­ mungswiderstand und verbessert die Leistungsfähigkeit des Ventils. Der Flüssigkeitsbehälter steht unter Druck, um den Einfluß des Druckverlustes zwischen dem Zylinder und dem Behälter zu verringern, so daß ein Ablesen des Druckes mit größerer Genauigkeit möglich ist.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hydraulikzylinders und einer hydraulisch betätigten Ventilanordnung;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Servo­ steuerventil und den Schritt­ motor;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Buchse des Steuerventils;

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Buchse des Steuerven­ tils;

Fig. 5 eine Endansicht der Buchse gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Steuerkolben des Steuerventils.

Unter Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 10 einen Zylinder 11 mit einem Kopfende 12 und einem Stangenende 13, einem in dem Zy­ linder hin- und herbeweglichen Kolben 14 und einer in dem Stangenende 13 gleitend geführten Kolbenstange 15. Zwischen der Kolbenstange und dem Stangenende des Zylin­ ders ist eine herkömmliche Abdichtung vorgesehen. Das äußere Ende der Kolbenstange kann an einer, in der US-PS 43 54 676 beschriebenen, Betätigungsstange befestigt sein.

Hydraulikleitungen 17 und 18 sind mit den Enden des Zy­ linders und einer Ventilanordnung 20 verbunden, die die Flüssigkeitsmenge zwischen den Zylinderenden steuert. Die Ventilanordnung umfaßt ein Gehäuse oder einen Block 21 mit einem Paar Öffnungen 22 und 23, die mit den Lei­ tungen 17 und 18 verbunden sind. Ein innerer Kanal 24 verbindet die Öffnungen 22 und 23.

Ein Behälter 25 für die Hydraulikflüssigkeit ist an dem Gehäuse befestigt und durch einen Anschluß 27 mit dem inneren Kanal 26 verbunden. Der Kanal 26 ist durch drei Kanäle 28, 29 und 30 mit dem Kanal 24 verbunden. Die in­ neren Durchgänge bzw. Kanäle in dem Gehäuse können mit­ tels Durchbohren des Gehäuses hergestellt sein, und Stopfen 31, 32, und 33 verschließen die Enden der Durch­ gänge bzw. Kanäle 26, 28 und 29.

Ein Steuerkolbenventil 35 ist zum Steuern der Durchfluß­ menge vom Kanal 24 zum Kanal 26 in dem Kanal 30 einge­ baut. Ein Paar in dem Kanal 24 vorgesehener Rückschlag­ ventile 36 und 37 erlauben der Flüssigkeit, die durch den Kolben 14 aus dem Zylinder 11 herausgedrückt wird, in den Kanal 24 und in den Kanal 30 zum Steuerkolbenven­ til 35 abzuströmen. Ein Paar in den Kanälen 28 und 29 vorgesehene Rückschlagventile 38 und 39 gestatten der Flüssigkeit von dem Steuerkolbenventil durch den Kanal 26 in einen der Kanäle 28 oder 29 zu strömen. Ein Druck­ aufnehmer 40 ist in dem Kanal 24 zwischen den Rück­ schlagventilen angeordnet, um den Druck der Hydraulik­ flüssigkeit zu messen.

Der Ölbehälter 25 umfaßt ein Gehäuse 42 und eine darin angeordnete flexible, elastische Gummiblase 43, die mit dem Anschluß 27 verbunden ist. Ein zwischen dem Gehäuse 42 und der Blase 43 vorhandener Raum 44 wird durch ein Rückschlagventil 45 mit Luft unter Druck gesetzt.

Wie nachfolgend genauer erläutert, steuert das Steuer­ kolbenventil 35 die Durchflußmenge durch den Kanal 30 von dem Kanal 24 zum Kanal 26. Wenn der Kolben 14 nach unten gedrückt wird, drängt die Hydraulikflüssigkeit un­ ter hohem Druck aus dem Kopfende des Zylinders durch die Leitung 17 und über das Rückschlagventil 36 in den unter hohem Druck stehenden Kanal 24. Hydraulikflüssigkeit mit niedrigem Druck strömt von dem Steuerkolbenventil durch den mit niedrigem Druck beaufschlagten Kanal 26 über das Rückschlagventil 38 und den Kanal 28 in das Stangenende des Zylinders. Überschüssige Flüssigkeit strömt in den Behälter 25. Die zum Bewegen des Kolbens erforderliche Kraft und/oder die Geschwindigkeit, bei der sich der Kolben bewegt, wird durch Öffnen oder Schließen des Steuerkolbenventils 35 gesteuert.

Wenn der Kolben 14 nach oben bewegt wird, drängt die Hy­ draulikflüssigkeit unter hohem Druck aus dem Stangenende des Zylinders über das Rückschlagventil 37 in den unter hohem Druck stehenden Kanal 24. Die unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit kehrt zum Kopfende des Zylin­ ders durch das Rückschlagventil 39 zurück. Jede zusätz­ lich benötigte Flüssigkeit wird aus dem Behälter 25 ab­ gezogen.

Der unter Druck stehende Flüssigkeitsbehälter 25 ist ein Bestandteil der Ventilanordnung, wodurch sonst erforder­ liche Rohrleitungen und Verbindungen unnötig werden. Der Luftdruck zwischen der Blase und dem Behältergehäuse drückt die Flüssigkeit in den mit niedrigem Druck beauf­ schlagten Kanal 26 und verhindert den zwischen dem Be­ hälter und dem Zylinder normalerweise existierenden Druckverlust. Die Trennung von Hydraulikflüssigkeit und Druckluft mit Hilfe der Gummiblase 43 verhindert ein Eindringen von Luft in die Flüssigkeit und ein "Spiel" der Betätigungsstange, das durch zusammenpreßbare Luft in der Flüssigkeit verursacht werden kann.

Unter Bezug auf Fig. 2 umfaßt das Steuerkolbenventil 35 im allgemeinen eine Zylinderbuchse 48 und einen Steuer­ kolben 49. Die Buchse ist in einer Bohrung 50 in dem Ventilgehäuse 21 angebracht, wobei eine Abdeckung 51 ein Ende der Bohrungen 50 verschließt und ein Ende der Buch­ se sicher befestigt.

Ein Schrittmotor 52 ist an dem Gehäuse 21 mittels eines Motorbefestigungsblocks 53 befestigt, welcher das andere Ende der Buchse sichert. Der Schrittmotor ist herkömmli­ cher Art und umfaßt eine außenseitige, mit Gewinde ver­ sehene Welle 54, die mittels des Motors in jeder Rich­ tung gedreht wird. Die Welle 54 ist in einem zylindri­ schen Zwischenstück 55 verschraubt, welches gegen Ver­ drehen mittels Spannstiften 56 gesichert ist, die in dem Befestigungsblock 53 befestigt sind und sich durch das Zwischenstück erstrecken.

Ein fester Draht 58 zum Betätigen des Steuerkolbenven­ tils ist an dem inneren Ende des Zwischentücks 55 sicher befestigt; ferner umfaßt das linke Ende des Antriebs­ drahtes einen Gewindeanschluß 59, der mit dem linken En­ de des Steuerkolbens 49 in Eingriff steht. Wenn sich die Motorwelle 54 dreht, bewegt sich das Zwischenstück 55 geradlinig entlang den Spannstiften 56 zum Schrittmotor hin oder von diesem weg, so daß der Antriebsdraht 58 den Steuerkolben axial in der Buchse 48 bewegt.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, umfaßt die Buchse eine zylindrische Innenfläche 61 und drei axial beab­ standete ringförmige Schultern 62, 63 und 64, die mit der Oberfläche der Bohrung in dem Gehäuse in Eingriff sind. Die Schultern 63 und 64 sind mit Nuten 65 und 66 für O-Ringdichtungen versehen. Vier kreisförmige Öffnun­ gen 67 erstrecken sich durch die Buchse zwischen den Schultern 62 und 63, und vier dreiecksförmige Öffnungen 68 erstrecken sich durch die Buchse zwischen den Schul­ tern 63 und 64.

In bezug auf Fig. 6 umfaßt der Steuerkolben 49 einen Hauptabschnitt 70 und ein Paar radial hervorstehende Stege 71 und 72. Die äußere Oberfläche jedes Steges ist mit axial beabstandeten Umfangsnuten 73 versehen. Eine Zentralbohrung 74 erstreckt sich durch den Steuerkolben und umfaßt einen inneren, mit Gewinde versehenen Ab­ schnitt 75 zum sicheren Befestigen des Antriebsdrahtes 58.

Gemäß Fig. 2 steuert das Steuerkolbenventil den Durch­ fluß zwischen dem mit hohem Druck beaufschlagten Kanal 24 und dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Kanal 26 mittels Einstellen des Stegs 72 des Steuerkolbens 49 re­ lativ zu den dreiecksförmigen Öffnungen 68 in der Buchse 48. Wenn der Steg 72 die Öffnungen 68 vollständig ab­ deckt, ist der Flüssigkeitsstrom unterbunden. Sobald der Steg 72 mittels des Antriebsdrahtes 58 nach rechts be­ wegt wird, werden die dreiecksförmigen Öffnungen 68 be­ ginnend mit der punktförmigen Spitze der Öffnung allmäh­ lich freigelegt. Dadurch kann die Flüssigkeit in das linke Ende der Buchse durch die kreisförmigen Öffnungen 67 und aus dem rechten Ende der Buchse durch die drei­ ecksförmigen Öffnungen 68 strömen. Die Flüssigkeitsströ­ mung wird durch den Steg 72 und die dreiecksförmigen Öffnungen 68 dosiert, wobei die dreiecksförmige Gestalt jeder Öffnung die Strömungskräfte entlang der Öffnungs­ kante reduziert.

Der biegefeste Antriebsdraht 58 kann den Steuerkolben sowohl zur linken Seite drücken als auch zur rechten Seite ziehen. Die Verwendung eines Drahtes als Antrieb für den Steuerkolben verhindert eine Seitenbeanspruchung des Steuerkolbens gegen die Buchse.

Während in der vorstehenden Beschreibung eine detail­ lierte Erläuterung einer Ausführungsform des Erfindungs­ gegenstandes gegeben wurde, ist klar verständlich, daß viele hier dargestellte Details durch den Fachmann er­ heblich abgeändert werden können, ohne die technische Lehre und den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

1. Hydraulische Ventilanordnung zum Steuern einer hy­ draulischen Kolben-Zylinder-Einheit, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (21) mit:

• a) ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) zum An­ schluß an die hydraulische Kolben-Zylinder-Ein­ heit (10);
• b) einem mit den ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) verbundenen, mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24);
• c) einem in dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüs­ sigkeitskanal (24) eingebauten ersten Rückschlag­ ventil (36), welches eine Flüssigkeitsströmung von der ersten Öffnung (22) in den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) ge­ stattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von dem mit hohem Druck beaufschlagten Kanal (24) zur er­ sten Öffnung (22) verhindert;
• d) einem zweiten, in den mit hohem Druck beauf­ schlagten Flüssigkeitskanal (24) eingebauten Rückschlagventil (37), welches eine Flüssigkeits­ strömung von der zweiten Öffnung (23) in den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeits­ kanal zur zweiten Öffnung (23) verhindert;
• e) einem mit den ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) verbundenen, mit niedrigem Druck beaufschlag­ ten Flüssigkeitskanal (26);
• f) einem dritten, in den mit niedrigem Druck beauf­ schlagten Flüssigkeitskanal (26) eingebautes Rückschlagventil (39), welches eine Flüssigkeits­ strömung von dem mit niedrigem Druck beaufschlag­ ten Flüssigkeitskanal (26) zur ersten Öffnung (22) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von der ersten Öffnung zu dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal verhindert;
• g) einem vierten, in den mit niedrigem Druck beauf­ schlagten Flüssigkeitskanal (26) eingebauten Rückschlagventil (38), welches eine Flüssigkeits­ strömung von dem mit niedrigem Druck beaufschlag­ ten Flüssigkeitskanal (26) zur zweiten Öffnung (23) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von der zweiten Öffnung (23) zum mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (26) ver­ hindert;
• h) einem den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssig­ keitskanal (24) und den mit niedrigem Druck be­ aufschlagten Flüssigkeitskanal (26) miteinander verbindenden Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30); und einem in dem Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30) sitzenden Steuerventil (35) zur Durchfluß­ steuerung der Flüssigkeitsströmung durch den Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30) von dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) zu dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüs­ sigkeitskanal (26).

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Betrieb des Steuerventils (35) ein Schritt­ motor (52) vorgesehen ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuerventil (35) eine Buchse (48) und ei­ nen in der Buchse gleitend geführten Steuerkolben (49) aufweist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Buchse (48) mit einer V-förmigen spitzen Öffnung versehen ist und daß der Steuerkolben (49) glei­ tend so geführt ist, daß ein Öffnen und Schließen der V-förmigen spitzen Öffnung relativ zum Buchseninneren möglich ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schrittmotor (52) ein Bewegen des Steuer­ kolbens (49) in der Buchse (48) gestattet.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein mit dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (26) verbundener Flüssigkeitsbehälter (25) vorgesehen ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Flüssigkeitsbehälter (25) ein Gehäuse (42), eine in dem Gehäuse angeordnete elastische Blase (43) aufweist, die mit dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (26) verbunden ist, und daß eine Ein­ richtung (45) vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein zwi­ schen dem Gehäuse (42) und der Blase (43) angeordneter Raum (44) mit Druckluft beaufschlagbar ist.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein mit dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) verbundener Druckaufnehmer (40) vorgesehen ist.