DE3743338A1 - Hydraulisches wegeventil mit stellungsueberwachung - Google Patents
Hydraulisches wegeventil mit stellungsueberwachungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Wegeventil mit Stel
lungsüberwachung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon
ein solches hydraulisches Wegeventil mit Stellungsüberwachung aus
der DE-Gms 73 06 986 bekannt, bei der in einem direktgesteuerten
4/3-Wegeventil die Stellung eines Steuerschiebers von einem induk
tiv arbeitenden Wegaufnehmer feststellbar ist. Dabei wird der
Steuerschieber von einer zwei Federn und zwei Federteller aufweis
senden Rückstelleinrichtung in einer Mittelstellung zentriert, wo
durch ein bestimmtes Ausfallverhalten des Wegeventils erreichbar
ist. Mit Hilfe einer an den Wegaufnehmer angeschlossenen elektro
nischen Steuereinrichtung ist feststellbar, ob der Steuerschieber
seine eine Arbeitsstellung erreicht hat. Nachteilig ist, daß hier
die Mittelstellung des Steuerschiebers nicht abfragbar ist. Es kann
somit nicht die Anforderungen an ein hydraulisches Sicherheitsven
til erfüllen, bei dem vor jedem Arbeitshub die Stellung des Steuer
schiebers abgefragt werden muß, um eine eventuelle unerwünschte hy
draulische Verbindung zum Arbeitsanschluß zu verhindern. Eine solche
unerwünschte hydraulische Verbindung kann durch einen Federbruch
oder durch Schieberklemmung verursacht werden und soll vor dem Ar
beitshub überprüfbar sein, damit gegebenenfalls die Steuerung einer
Maschine abgeschaltet werden kann.
Ferner ist aus der EP-B1 00 17 868 ein hydraulisches Wegeventil mit
Stellungsüberwachung bekannt, das als elektrohydraulisch vorge
steuertes Zweiwege-Patronenventil ausgebildet ist. Zur Arbeitsüber
wachung dient hier ein an der Ventilpatrone anliegender Stößel, des
sen Differentialkolben vom Vorsteuerdruck entgegen einer Federkraft
beaufschlagt wird und dessen Stellung von einem elektromechanischen
Wegaufnehmer abgefragt wird. Mit diesem Wegeventil läßt sich zwar
die Funktion eines hydraulischen Sicherheitsventils darstellen, bei
dem vor Öffnen einer Hauptverbindung zum Verbraucher die Hubstellung
abgefragt wird. Von Nachteil ist jedoch, daß diese Lösung relativ
aufwendig baut, da sie einen druckbeaufschlagten Stößel mit Diffe
rentialkolben, Dichtungen und Feder benötigt. Zudem eignet sich
diese Stellungsüberwachung weniger für Proportionalventile mit
Längsschieber.
Das erfindungsgemäße hydraulische Wegeventil mit Stellungsüberwa
chung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem
gegenüber den Vorteil, daß es mit minimalem Aufwand eine Stellungs
überwachung erreicht, die vor einem Arbeitshub abfragbar ist, so daß
das Wegeventil als Sicherheitsventil einsetzbar ist. Dabei ist ein
gewünschtes Ausfallverhalten des Wegeventils erzielbar, wobei durch
einfache Signalauswertung eine Aussage darüber möglich ist, ob ein
durch Federbruch oder Schieberklemmen hervorgerufener Defekt vor
liegt, so daß eine Maschine abgeschaltet werden muß. Die Stellungs
überwachung läßt sich in äußerst einfacher Weise realisieren, baut
zudem kompakt und kostengünstig. Fernerhin eignet sie sich beson
ders gut zum Nachrüsten bei vorhandenen Serienventilen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch an
gegebenen Wegeventils mit Stellungsüberwachung möglich. Besonders
vorteilhaft ist eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 mit verschieden
starken Federn in der Rückstelleinrichtung, wodurch eine besonders
sichere und einfache Überprüfung vor dem Arbeitshub möglich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen
Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt ein hydraulisches Wegeventil mit Stellungsüber
wachung im wesentlichen im Längsschnitt und in vereinfachter Dar
stellung.
Die Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Wegeventil 10 mit Stellungsüber
wachung, teilweise im Längsschnitt und in vereinfachter Darstellung.
Das Wegeventil 10 ist als zweistufiges, elektrohydraulisch vorge
steuertes, stetig arbeitendes Proportional-Wegeventil in einer Aus
führung als 4/3-Wegeventil ausgebildet, wobei als Vorsteuerstufe 11
ein an sich bekanntes, lagegeregeltes 4/4-Vorsteuerventil verwendet
wird, das auf einer Hauptstufe 12 aufgesetzt ist.
Die Hauptstufe 12 hat in an sich bekannter Weise in einem Gehäuse 13
eine durchgehende Schieberbohrung 14, in welcher ein Steuerschieber
15, der das längsbewegliche Stellglied bildet, gleitend geführt ist.
Die Schieberbohrung 14 weist in üblicher Weise eine mit P bezeichne
te Zulaufkammer 16, eine mit A bezeichnete erste sowie eine mit B
bezeichnete zweite Verbraucherkammer 17 bzw. 18 sowie außenliegende,
erste (19) und zweite Rücklaufkammern 21 auf, wovon letztere mitein
ander in Verbindung stehen. Zur Steuerung der üblichen Verbindungen
zwischen diesen Kammern 16 bis 21 weist der Steuerschieber 15 ent
sprechende Kolbenabschnitte 22 bis 25 auf, die mit geeigneten
Steuerkanten versehen sind.
Der Steuerschieber 15 ragt mit seinen zwei kolbenartigen Endab
schnitten 26, 27 in einen ersten (28) bzw. zweiten stirnseitigen
Druckraum 29, die über die Vorsteuerstufe 11 in an sich bekannter
Weise ansteuerbar sind.
In den beiden Druckräumen 28, 29 ist eine doppeltwirkende Rückstell
einrichtung 31 untergebracht, von der eine erste Feder 32 und ein
erstes Federteller 33 im ersten Druckraum 28 liegen, während der
zweite Druckraum 29 eine zugehörige zweite Feder 34 und ein zweites
Federteller 35 aufnimmt. Bei der Rückstelleinrichtung 31 ist die
erste Feder 32 stärker ausgebildet als die zweite Feder 34, wodurch
der zugehörige erste Federteller 33 an einem gehäusefesten, ersten
Anschlag 36 anliegt. Unter dem Einfluß der Kraft der schwächeren
zweiten Feder 34 stützt sich der Steuerschieber 15 dabei am ersten
Federteller 33 ab, wodurch er in seiner gezeichneten Mittelstellung
zentriert ist, in der die Hauptstufe 12 ein bestimmtes Ausfallver
halten hat. In dieser Mittelstellung liegt zwar der zweite Federtel
ler 35 an einer Schulter des Steuerschiebers 15 an, bildet jedoch
zugleich einen freien Abstand 37 zu einem zugeordneten zweiten, ge
häusefesten Anschlag 38.
Am Gehäuse 13 ist in Verlängerung des ersten Druckraumes 28 außen
ein elektromechanischer Wegaufnehmer 39 angebaut, dessen nicht näher
gezeichneter beweglicher Kern formschlüssig mit dem Steuerschieber
15 in Verbindung steht und somit an seinem elektrischen Ausgang Si
gnale liefert, die proportional zur Auslenkung des Stellglieds 15
sind. Der Wegaufnehmer 39 steht mit einer zur Stellungsüberwachung
dienenden elektronischen Steuereinrichtung 41 in Verbindung, die zu
sätzlich auch mit einem Proportionalmagneten 42 und seinem zugehöri
gen Wegaufnehmer 43 in der Vorsteuerstufe 11 in Wirkverbindung steht.
Als Steuereinrichtung 41 kann dabei ein für derartige Proportional
ventile üblicher, an sich bekannter, handelsüblicher Proportional-
Verstärker verwendet werden. Ferner kann die Steuereinrichtung 41
auch eine zusätzliche Sicherheitsschaltung für weitere Überwachungs
funktionen aufweisen.
Wie aus der Figur näher hervorgeht, weist der Kolbenabschnitt 23 am
Steuerschieber 15 eine Überdeckung 44 auf, durch welche in der ge
zeichneten, definierten Mittelstellung des Steuerschiebers 15 ein zu
einem Arbeitszylinder 45 führende Hauptleitung 46 blockiert ist. Mit
Hilfe dieser Überdeckung 44 erreicht der Steuerschieber 15 in seiner
federzentrierten Mittelstellung ein Ausfallverhalten, bei dem eine
Verbindung von der Zulaufkammer 16 zum Arbeitszylinder 45 verhindert
und somit ein Ausfahren der Kolbenstange unterbunden wird. Diese
Überdeckung 44 liegt bei einem derartigen Proportional-Wegeventil 10
in einer Größenordnung, die etwa 20% des Hubes 47 ausmacht, den der
Steuerschieber 15 bei seiner Auslenkung nach links - bezogen auf die
Figur - ausführen kann. Im Verhältnis zu dieser Überdeckung 44 ist
nun der freie Abstand 37 so groß gewählt, daß er geringfügig kleiner
ist als diese Überdeckung und vorzugsweise etwa 15% des Hubes 47
ausmacht. Der Wegaufnehmer 39 ist so ausgebildet, daß er in der ge
zeichneten, definierten Mittelstellung eine lstwertspannung von
0 Volt an die Steuereinrichtung 41 abgibt, jedoch bei maximalen Aus
lenkungen des Steuerschiebers 15 aus der Mittelstellung nach beiden
Richtungen hin eine lstwertspannung von z.B. ± 10 Volt erzeugen
kann. Dabei kann der Wegaufnehmer 39 zum Ausgleich von Toleranzen im
Wegeventil 10 eine kleine Totzone aufweisen, innerhalb welcher sein
Ausgangssignal 0 Volt beträgt und die unter Umständen bis zu 3% des
Hubes 47 betragen kann. Der Abstand 37 ist nun stets so groß ge
wählt, daß er den Betrag dieser Totzone nennenswert überschreitet.
Die Wirkungsweise des Wegeventils 10 mit Stellungsüberwachung wird
wie folgt erläutert, wobei auf die Steuerfunktion des Wegeventils 10
nur soweit eingegangen wird, als zum Verständnis der Erfindung not
wendig ist.
Damit das Wegeventil 10 die Anforderungen eines hydraulischen
Sicherheitsventils erfüllen kann, muß es möglich sein, daß vor jedem
Arbeitshub die Stellung des Steuerschiebers 15 abgefragt werden
kann, um eine eventuelle unerwünschte hydraulische Verbindung über
die Hauptleitung 46 zum Arbeitszylinder 45 zu verhindern. Eine der
artige unerwünschte Verbindung kann z.B. durch einen Bruch der er
sten Feder 32 bzw. durch ein Klemmen des Steuerschiebers 15 verur
sacht werden, was rechtzeitig erkannt werden muß, damit gegebenen
falls die Steuerung einer zugeordneten Maschine zur Vermeidung von
Unfallgefahren abgeschaltet werden kann.
Um dies zu erreichen wird beim Wegeventil 10 vor jedem Arbeitshub
die Lage des Steuerschiebers 15 überprüft. Dazu wird die Vorsteuer
stufe 11 stromlos gemacht. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß
die Versorgungsspannung am Proportionalmagneten 42 weggenommen wird.
Ferner kann dies bei handelsüblichen Steuereinrichtungen 41 auch
durch ein Überbrechen eines Freigabesignals erfolgen. Eine gleich
artige Wirkung läßt sich erreichen, wenn der Steuerölzufluß zur Vor
steuerstufe 11 unterbrochen wird. In allen diesen Fällen wird er
reicht, daß die Vorsteuerstufe 11 in an sich bekannter Weise in eine
Sicherheitsstellung schaltet, in welcher die beiden Druckräume 28,
29 der Hauptstufe 12 zum Rücklauf entlastet sind. Die Federn 32, 34
der Rückstelleinrichtung 31 bringen anschließend den Steuerschieber
15 in seine gezeichnete, federzentrierte Mittelstellung, in welcher
der von der stärkeren, ersten Feder 32 belastete, erste Federteller
33 am ersten gehäusefesten Anschlag 36 anliegt, während sich am an
deren Federteller 35 der freie Abstand 37 ausbildet.
In dieser mechanisch fixierten Mittelstellung wird nun das Istwert
signal des Wegaufnehmers 39 von der Hauptstufe 12 überprüft und aus
gewertet. Hat dabei das vom Wegaufnehmer 39 gemeldete Istwertsi
gnal eine Größe von 0 Volt, so ist dies eine Aussage darüber, daß
die erste Feder 32 den Steuerschieber 15 in der gezeichneten Mittel
stellung hält, so daß die überwachte Verbindung zur Hauptleitung 46
durch die Überdeckung 44 abgesperrt ist. Die erste Feder 32 ist also
nicht gebrochen und der Steuerschieber 15 ist nicht durch Schieber
klemmen an der freien Beweglichkeit gehindert. Die Totzone im Weg
aufnehmer 39 kann dabei so gewählt werden, daß ein z.B. am ersten
gehäusefesten Anschlag 36 sich bildender Schmutzfilm zum ersten Fe
derteller 33 hin noch keine Anzeige bewirkt.
Meldet dagegen der Wegaufnehmer 39 eine Istwertspannung von z.B.
1,5 Volt, was einen Betrag von 15% des Schieberhubes 47 ausmacht
und damit der Größe des freien Abstandes 37 entspricht, so bedeutet
dies, daß der zweite Federteller 35 unter der Kraft seiner Feder 34
am zweiten gehäusefesten Anschlag 38 anliegt. Da der freie Abstand
37 immer noch kleiner ist als die Überdeckung 44, welche 20% des
Hubes 47 ausmacht, wird in dieser ausgelenkten Mittelstellung immer
noch die Verbindung zum Arbeitszylinder 45 abgesperrt und damit eine
Unfallgefahr durch ein Ausfahren des Zylinders verhindert. Die Ist
wertspannung von 1,5 Volt oder größer ist eine Aussage darüber, daß
z.B. die erste Feder 32 im ersten Druckraum 28 gebrochen sein kann
oder daß ein Klemmen des Steuerschiebers 15 vorliegt.
Sollte ein Bruch der zweiten Feder 34 auf der B-Seite auftreten, so
ist dies für die Sicherheit des Wegeventils unerheblich, da dann der
Steuerschieber 15 durch die auf der A-Seite wirkende erste Feder 32
auf Anschlag bleibt. Sollte sich der Steuerschieber 15 z.B. durch
Eigengewicht nach rechts bewegen, wobei er die Verbindung von der
Zulaufkammer 16 zur zweiten Verbraucherkammer 18 aufsteuert, so ist
dies für die Sicherheit nicht relevant, da bei dieser Durchströ
mungsrichtung im Arbeitszylinder 45 die Kolbenstange eingefahren
wird und somit in dessen Ausgangsstellung geht.
Mit dem proportional arbeitenden Wegeventil 10 läßt sich somit die
Funktion eines hydraulischen Sicherheitsventils erreichen, bei dem
die ein Ausfahren des Arbeitszylinders 45 steuernde Hauptverbindung
46 überwacht wird und vor dem jeweiligen Arbeitshub eine Aussage
darüber möglich ist, ob eine Fehlfunktion durch Federbruch oder
Schieberklemmen vorliegt.
Mit vorliegendem Wegeventil 10 lassen sich hydraulische Schaltungen
für Werkzeugmaschinen, Pressen und dergleichen, bei denen Unfallver
hütungsvorschriften erfüllt werden müssen und die dazu neben einem
Wegeventil zwei zusätzliche Sicherheitsventile aufweisen, leichter
und einfacher erstellen, da das Wegeventil 10 ein zusätzliches Si
cherheitsventil einspart. Dies führt auch zu einer kompakteren Bau
weise einer derartigen Steuereinrichtung, die somit näher am Ar
beitszylinder angeordnet werden kann und damit eine verbesserte Dy
namik ermöglicht. Der Wegfall eines einzelnen Sicherheitsventils er
gibt ferner kleinere Druckdifferenzen sowie einen geringeren elek
trischen Aufwand an Verdrahtung.
Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen
möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist das
aufgezeigte Prinzip der Stellungsüberwachung nicht auf das gezeigte
Wegeventil 10 in zweistufiger Bauweise begrenzt, sondern kann auch
bei einem direktgesteuerten Wegeventil angewandt werden. Auch kann
es zweckmäßig sein, die Stellungsüberwachung nicht nur bei einem
proportional arbeitenden Wegeventil, sondern auch an einem schal
tenden Wegeventil vorzusehen. Anstelle des gezeigten Wegaufnehmers
39 können auch andere Sensoren verwendet werden, wie z.B. Endschal
ter, Magnetschalter, Linearpotentiometer und dergleichen. Ferner ist
es ohne weiteres möglich, beim Wegeventil 10 auf der B-Seite am
Endabschnitt 27 einen zusätzlichen elektrischen Stellungsanzeiger
vorzusehen, um somit die Möglichkeit einer erweiterten Sicherheits
redundanz zu erreichen. Die Stellungsanzeige ist fernerhin nicht auf
die gezeigte Bauart von Wegeventilen mit Längsschiebern begrenzt,
sondern läßt sich auch vorteilhaft bei Patronenventilen anwenden,
insbesondere bei einer 3/3-Ventilpatrone der vorgesteuerten Bauart.
Anstelle des beschriebenen Ausfallverhaltens des Steuerschiebers 15,
das durch eine positive Überdeckung 44 für die Hauptleitung 46 ge
kennzeichnet ist, kann das Ausfallverhalten auch so gestaltet wer
den, daß in der definierten Mittelstellung z.B. ein minimaler Durch
flußquerschnitt aufrechterhalten wird. Selbstverständlich kann die
Stellungsüberwachung auch so ausgebildet werden, daß die Sicher
heitsfunktion der hydraulischen B-Seite zugeordnet wird. Auch läßt
sich die Auswertung der Signale anders vornehmen, ohne vom Gedanken
der Erfindung abzuweichen. Obwohl die gezeigte Lösung mit unter
schiedlich starken Federn 32, 34 eine besonders vorteilhafte und
zweckmäßige Ausgestaltung ergibt, kann es in bestimmten Anwendungs
fällen auch zweckmäßig sein, die Stellungsüberwachung für beide
Steuerrichtungen vorzusehen. In diesem Fall werden dann in der Rück
stelleinrichtung zwei Federn mit gleich starker Vorspannung verwen
det und die Mittelstellung so ausgestaltet, daß beiden Federtellern
jeweils ein freier Abstand zugeordnet ist.
Claims (11)
1. Hydraulisches Wegeventil mit Stellungsüberwachung, bei dem in ei
nem Gehäuse ein Stellglied aus einer federzentrierten, ein vorgege
benes Ausfallverhalten bestimmenden Mittelstellung nach beiden Sei
ten in Arbeitsstellungen auslenkbar ist, wobei das Stellglied eine
Rückstelleinrichtung mit zwei Federn, zwei Federtellern und gehäuse
festen Anschlägen aufweist und dem Stellglied wenigstens ein elek
tromechanischer Wegaufnehmer zu dessen Stellungsüberwachung zuge
ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der federzentrierten Mit
telstellung wenigstens einer (35) der Federteller (33, 35) von sei
nem zugehörigen gehäusefesten Anschlag (38) einen freien Abstand
(37) aufweist, der größer ist als eine dem Wegaufnehmer (39) zuge
ordnete Totzone der Stellungsüberwachung und der andererseits klei
ner ist als ein dem Ausfallverhalten des Wegeventils (10) ent
sprechender Hubbereich (44) in Mittelstellung.
2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei
Federn (32, 34) der Rückstelleinrichtung (31) unterschiedlich stark
ausgebildet sind und der freie Abstand (37) dem Federteller (35) an
der schwächeren Feder (34) zugeordnet ist, während die stärkere Fe
der (32) das Stellglied (15) in Richtung seiner das Ausfallverhalten
bestimmenden Mittelstellung belastet.
3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stellglied ein längsbeweglicher Steuerschieber (15) eines wenig
stens drei Wege steuernden Ventils (10) ist.
4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Stellglied (15) wenigstens einen eine Hauptleitung (46)
absperrenden Kolbenabschnitt (23) aufweist, der als das Ausfallver
halten bestimmenden Hubbereich eine positive Überdeckung (44) auf
weist und daß der freie Abstand (37) gleich oder kleiner ist als
diese Überdeckung (44).
5. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) mit einem beweglichen
Teil eines elektromechanischen Wegaufnehmers (39) formschlüssig ver
bunden ist, der insbesondere koaxial zum Steuerschieber (15) ange
ordnet ist.
6. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Wegeventil als vorgesteuertes 4/3-Proportionalventil
(10) ausgebildet ist.
7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Wegeventil als direktgesteuertes, von Magneten betätig
tes Ventil ausgebildet ist.
8. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Wegeventil als 3/3-Patronenventil ausgebildet ist.
9. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Stellungsüberwachung eine mit dem
Wegaufnehmer (39) verbundene, elektronische Steuereinrichtung (41)
aufweist.
10. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand (37) etwa 15% des ent
sprechenden Hubes (47) des Steuerschiebers (15) in einer Bewegungs
richtung beträgt, wobei insbesondere die Überdeckung (44) ca. 20%
und die Totzone bis ca. 3% des Hubes (47) betragen.
11. Wegeventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Proportional-Verstärker für den Proportionalmagnet (42) aufweisende
elektronische Steuereinrichtung (41) eine zusätzliche Sicherheits
schaltung aufweist, die in dem vorhandenen Istwert-Signal eventuelle
Fehler des Istwert Signals erkennt und überwacht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873743338 DE3743338A1 (de) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | Hydraulisches wegeventil mit stellungsueberwachung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873743338 DE3743338A1 (de) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | Hydraulisches wegeventil mit stellungsueberwachung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3743338A1 true DE3743338A1 (de) | 1989-06-29 |
DE3743338C2 DE3743338C2 (de) | 1990-11-29 |
Family
ID=6343145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873743338 Granted DE3743338A1 (de) | 1987-12-21 | 1987-12-21 | Hydraulisches wegeventil mit stellungsueberwachung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3743338A1 (de) |
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1987
- 1987-12-21 DE DE19873743338 patent/DE3743338A1/de active Granted
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