DE3811312A1 - Doppeltwirkender arbeitszylinder - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Arbeitszylinder haben den Nachteil, daß sich z. B. bei Druckausfall die Kolbenstange des Arbeitszylinders, insbesondere durch äußere Kräfte, in eine uner­ wünschte Position bewegen kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder mit den Merkmalen des Haupt­ anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kolbenstange selbst­ tätig arretiert wird, wenn Druck oder Strom ausfallen, im letzteren Falle dadurch, daß Steuerventile nicht mehr richtig angesteuert werden.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Letztere zeigt in den Fig. 1 bis 6 Steuereinrichtungen für doppeltwirkende Arbeits­ zylinder in schematischer Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein doppeltwirkender Arbeitszylinder bezeich­ net, dessen Kolben 11 das Innere des Zylinders in zwei Druckräume 12 und 13 unterteilt. An die eine Seite der Kolbenstange 14 ist ein Weggeber 15 angeschlossen, von dem eine elektrische Leitung 16 zu einem elektronischen Steuergerät 17 führt. Der Druckraum 12 ist über eine Leitung 18 mit einem 4/3-Wegeventil 20 verbunden, das elektro­ magnetisch betätigbar und vom elektronischen Steuergerät 17 her über elektrische Leitungen 21, 22 einstellbar ist. In der Leitung 18 befindet sich ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 23. Vom Druckraum 13 führt ebenfalls eine Leitung 25 zum Steuerventil 20, in welcher ebenfalls ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 26 angeordnet ist. Beide Rückschlagventile 23, 26 vermögen sich in Richtung vom Steuerventil 20 zu den Druckräumen 12, 13 hin zu öffnen. Zu diesem Zweck sind sie an Leitungen 27, 28 angeschlossen, die zu einem elektromagnetisch betätigbaren 3/2-Steuerventil 29 führen. Dessen Elektromagnet 30 ist über eine elektrische Leitung 31 ebenfalls an das elektronische Steuergerät 17 angeschlossen.

Vom Steuerventil 20 führt eine Leitung 33 zu einer Leitung 37, an die einerseits eine Pumpe 38 angeschlossen ist, andererseits über eine Zweigleitung 37 A ein Druckspeicher 34. An die Druckleitung 37 ist außerdem noch ein Drucksensor 39 angeschlossen, von dem eben­ falls eine elektrische Leitung 40 zum elektronischen Steuergerät 17 führt.

Beide Druckräume 12, 13 des Arbeitszylinders 10 sind durch eine Lei­ tung 42 miteinander verbunden, von der eine Leitung 43 abzweigt und zu einem Behälter führt. Beidseits dieser Abzweigung befindet sich jeweils ein Rückschlagventil 44, 45 in der Leitung 42, welche Rück­ schlagventile sich vom Behälter in Richtung zu den Druckräumen hin zu öffnen vermögen.

Bevor der Arbeitszylinder betätigt wird, wird das Steuerventil 29 in Schaltstellung II gebracht. Dadurch werden die Leitungen 27, 28 mit Druck beaufschlagt und die Rückschlagventile 23, 26 geöffnet. Durch entsprechende Einstellung des Wegeventils 20 kann nun der Arbeits­ zylinder über eine entsprechende Information vom elektronischen Steuergerät 17 her beliebig eingestellt werden. Seine Position wird über den Weggeber 15 ebenfalls dem elektronischen Steuergerät signalisiert. Diesem kann ein entsprechendes Programm für die Stellung des Kolbens 11 bzw. seiner Kolbenstange 14 eingegeben sein. Über das elektronische Steuergerät werden die Steuerventil 20 und 29 angesteuert.

Wenn der Strom ausfällt, dann wird das Steuerventil 29 durch die Rückstellfeder 29 A in Schaltstellung I gebracht. Dadurch bricht der Druck in den Steuerleitungen 27, 28 zusammen, worauf die Rückschlag­ ventile 23, 26 geschlossen werden. Dadurch ist der Arbeitszylinder 10 hydraulisch arretiert. Leckagen am Arbeitszylinder werden über die Rückschlagventile 44, 45 sowie die Leitung 42 und den Behälter 43 ausgeglichen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom vor­ herigen dadurch, daß in der Mitte des Arbeitszylinders eine dessen Wand durchdringende Bohrung 50 vorgesehen ist, von der eine Leitung 51 zum Behälter 36 führt. In dieser Leitung ist ein hydraulisch ent­ sperrbares Rückschlagventil 52 angeordnet, von dem eine Steuer­ leitung 53 zu einem elektromagnetisch betätigbaren 3/2-Steuerventil 54 führt, dessen Elektromagnet 55 über eine elektrische Leitung 56 ebenfalls an das elektronische Steuergerät 17 angeschlossen ist. Wie die Fig. 2 zeigt, ist in der Mitte des Kolbens eine Ringnut 57 aus­ gebildet, in welcher eine schmale Gleitringdichtung 58 angeordnet ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel demjenigen nach Fig. 1.

Im normalen Betrieb befindet sich das Steuerventil 29 wiederum in seiner Schaltstellung II, wodurch die Rückschlagventile 23, 26 geöffnet sind und der Kolben 11 durch entsprechende Einstellung des Steuerventils 20 verstellt werden kann. Werden die Rückschlagventile 23, 26 durch irgendeinen Fehler, den das elektronische Steuergerät 17 meldet, wieder mit Hilfe des Steuerventils 29 geschlossen, dann kann das Steuerventil 54 betätigt werden und von seiner Schalt­ stellung I in seine Schaltstellung II gebracht. Dadurch wird das Rückschlagventil 52 durch entsprechenden Druckanstieg in der Steuer­ leitung 53 entsperrt, so daß - bei ausgefahrenem Kolben 11 je nach dessen Stellung - entweder der Druckraum 12 oder der Druckraum 13 über die Bohrung 50 mit der Leitung 51 und dem Behälter 36 in Ver­ bindung kommt. Nun ist der mit der Bohrung 50 verbundene Druckraum 12 oder 13 entlastet, und der Kolben 11 kann sich durch äußere Krafteinwirkung zur Mittelstellung hin verschieben. Wenn diese er­ reicht ist, verschließt die Gleitringdichtung 58 die Bohrung 50. Dadurch ist der Kolben in seiner Mittelstellung arretiert. Bleibt jedoch das Steuerventil 54 in seiner Schaltstellung II - dies kann auf Wunsch geschehen - wird der Kolben 11 in seiner augenblicklichen Lage festgehalten, so wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Fall ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich gegenüber dem vorherigen dadurch, daß hier in den beiden Deckeln 60, 61 des Arbeitszylinders 10 jeweils eine querverlaufende Bohrung 62, 63 aus­ gebildet ist, welche nahe des jeweiligen Druckraums in die Führungs­ bohrung 64, 65 der Kolbenstange 14 münden. Die Bohrungen 62, 63 sind durch eine Leitung 66 miteinander verbunden, in der kurz vor der Einmündung in die Bohrungen 62, 63 jeweils ein hydraulisch entsperr­ bares Rückschlagventil 67, 68 angeordnet ist. Die Leitung 66 steht über eine Leitung 69 mit einem Steuerventil 70 in Verbindung, das einerseits von einer Feder 71 gegen Flüssigkeitsdruck in einer Leitung 72 wirksam ist, welche an die Leitung 27 (siehe Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1) angeschlossen ist. Dieses Steuerventil weist wiederum zwei Schaltstellungen I und II auf.

Vom Steuerventil 70 führt auch noch eine Leitung 74 zur Leitung 51, in welcher das entsperrbare Rückschlagventil 52 angeordnet ist. An der Kolbenstange 14 und im Inneren des Zylinders gelegen sind beid­ seits des Kolbens je eine im Durchmesser reduzierte Partie 75, 76 ausgebildet, durch welche Schultern 77, 78 an der Kolbenstange ent­ stehen. Wenn sich der Kolben 11 in der Mittelstellung befindet, ver­ sperren die Schultern 77, 78 gerade die Bohrungen 62, 63.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kolbenstange 14 über eine Spurstange mit dem Hinterrad eines Fahrzeugs verbunden, d. h. der Arbeitszylinder dient hier für eine Hinterradlenkung. Von der Hinterachse 81 des Hinterrads 82 wird eine Pumpe 83 angetrieben, von der eine Leitung 84 zu einem Druckbegrenzungsventil 85 und weiter zum Behälter 36 führt. Von der Leitung 84 zweigt eine Leitung 86 ab, die am Steuerventil 70 mündet.

Bei Druck und/oder Stromausfall wird der Arbeitszylinder - wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - arretiert und, wenn das Fahrzeug fährt, der Zylinder in Mittelstellung gebracht, so wie beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 beschrieben. Das Steuerventil 70 ist an die Steuerleitung 72 angeschlossen. In der gezeichneten Schalt­ stellung I des Steuerventils 29 ist die Steuerleitung 72 nicht mit Druck beaufschlagt. In der Mittelstellung des Kolbens 11 ist die Bohrung 50 durch die Gleitringdichtung 58 geschlossen. Ist der Kolben 11 beispielsweise nach links ausgefahren, so sind die Boh­ rungen 62 und 50 geöffnet. Fällt der Druck in der Steuerleitung 72 wegen irgendeines Fehlers in der Einrichtung, so schaltet das Steuerventil 70 in die dargestellte Schaltstellung I. Fährt das Fahrzeug, so fördert die Pumpe 83 Druckmittel in die Leitung 84, das nun in die Leitung 66 eindringt und über das Rückschlagventil 67 und die geöffnete Bohrung 62 in den Druckraum 12 des Arbeitszylinders. Der Druck in der Leitung 66 öffnet auch das Ventil 52. Durch die geöffnete Bohrung 50 fließt wiederum Druckmittel ab, und zwar solange, bis der Kolben seine Mittelstellung erreicht hat, in welcher die Gleitringdichtung 58 die Bohrung 50 verschließt. Der Zylinder ist nun in Mittelstellung arretiert.

Wenn das Fahrzeug nicht fährt, so fördert die Pumpe 83 kein Druck­ mittel und das Rückschlagventil 52 bleibt geschlossen. War der Kolben 11 ausgefahren, so wird er nun in dieser Stellung arretiert, z. B. beim Abstellen des Fahrzeugs.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind an den beiden außen­ liegenden Partien der Kolbenstange 14 in exakt gleichem Abstand vom Kolben 11 Schultern 90, 91 ausgebildet, die mit Stößeln 92, 93 zusammenwirken, durch welche Rückschlagventile 94, 95 betätigt werden können. Diese befinden sich in einer Leitung 96, welche mit den Leitungen 18, 25 verbunden ist. Dieses Ausführungsbeispiel ent­ spricht im übrigen weitgehend demjenigen nach Fig. 2. An die Leitung 96 ist über eine Leitung 98 ein Druckspeicher 97 ange­ schlossen, in welcher sich ein entsperrbares Rückschlagventil 99 befindet. An dieses führt eine Steuerleitung 100, die an das Steuer­ ventil 54 angeschlossen ist.

Bei Druck und/oder Stromausfall wird der Zylinder - wie im Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 beschrieben - arretiert und bei einem anderen Fehler in Mittelstellung gebracht. Dies geschieht unter Zuhilfenahme des Druckspeichers 27 und der Rückschlagventile 94, 95. Wenn der Zylinder seine Mittelstellung verlassen hat, so ist immer eines der Rückschlagventile 94, 95 geöffnet. Wird das Steuerventil 54 in seine Schaltstellung II gebracht, so wird die Leitung 53 unter Druck gesetzt, worauf sich die beiden Rückschlagventile 52 und 99 öffnen. Der Kolben 11 wird nun durch den im Druckspeicher 97 herrschenden Druck in Mittelstellung gebracht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist an den Arbeitszylinder 10 ein zweiter Zylinder 110 angeschlossen, in welchen ein Fortsatz 111 der Kolbenstange 14 hineinragt. An der Kolbenstange 111 sind zwei Schultern 112, 113 ausgebildet, an deren jeder sich ein Kolben 114, 115 abstützt. Zwischen beiden Kolben erstreckt sich eine diese aus­ einanderdrückende Feder 116. In jede Stirnseite des Zylinders 110 mündet eine Bohrung 117, 118, welche Bohrungen über eine Leitung 119 in Verbindung stehen und diese wiederum mit der Leitung 42. In den Innenraum 120 des Zylinders 110 dringt eine mittige durchgehende Bohrung 121 ein, die mit einer in die Leitung 119 mündenden Leitung 122 in Verbindung steht. In der Leitung 122 ist ein hydraulisch ent­ sperrbares Rückschlagventil 123 angeordnet, an dem eine Steuer­ leitung 124 mündet, die von einem Steuerventil 125 ausgeht, von dem auch noch eine Leitung 126 ausgeht, die zu einer die Leitungen 18, 25 verbindenden Leitung 127 führt. In dieser sind zwei entsperrbare Rückschlagventile 128, 129 angeordnet, die durch in der Leitung 126 herrschenden Druck zu öffnen sind, wenn sich das Steuerventil 125 in seiner Schaltstellung II befindet. Das Schaltventil 125 ist über eine Leitung 130 einerseits an den Druckspeicher 34 angeschlossen, andererseits über eine Leitung 131 an den Behälter. Zwischen den beiden Rückschlagventilen 128 und 129 befindet sich in der Leitung 127 eine Drossel 132. Das Steuerventil 125 ist elektromagnetisch betätigbar.

Dieses Ausführungsbeispiel hat an sich die gleiche Funktion wie das­ jenige nach Fig. 2. Für die Rückstellung des Kolbens 11 in Mittel­ stellung wird jedoch der zweite Zylinder 110 verwendet. In der gezeichneten Schaltstellung I des Steuerventils ist das Rückschlag­ ventil 123 beaufschlagt und geöffnet. Druckmittel kann in und aus dem Zylinder 110 fließen. Bewegt sich der Kolben 11 des Arbeits­ zylinder 10 aus seiner Mittelstellung, so nähern sich die beiden Kolben 114 und 115 einander. Das heißt, bei Mittelstellung des Kolbens 11 weist der zweite Zylinder 110 sein größtes Volumen auf. Wird bei ausgefahrenem Arbeitszylinder 11 das Steuerventil 125 in Schaltstellung II geschaltet (das Schaltventil 21 befindet sich in Schaltstellung I). Jetzt werden die Leitungen 18, 25 mit Hilfe der beiden nun geöffneten Rückschlagventile 128 und 129 miteinander ver­ bunden. Der Zylinder 110 kann über das geöffnete Rückschlagventil 123 Druckmittel nachsaugen, d. h. er kann sich nur noch füllen. Die an dem Zylinder 11 in beiden Richtungen angreifenden Kräfte können nur noch in eine Richtung solange verstellen, bis der Kolben 11 seine Mittellage erreicht hat.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 unterscheidet sich gegenüber dem vorherigen lediglich dadurch, daß an den Innenraum 120 des zweiten Zylinders 110 ein Druckspeicher angeschlossen ist, und zwar an die Leitung 122 über eine in diese mündende Leitung 136, in der sich ebenfalls ein entsperrbares Rückschlagventil 137 befindet, welches über eine Steuerleitung 138 entsperrbar ist. Diese geht ebenfalls wieder aus vom Steuerventil 125.

Claims (9)

1. Steuereinrichtung für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder (10), dessen beide Druckräume (12, 13) über je eine Druckleitung (18, 25) mit einem Steuerventil (20) verbunden sind, an welches eine Druckmittelquelle (34, 38) und ein Behälter (36) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Druckleitung (18, 15) ein sich in Richtung vom Steuerventil zum jeweiligen Druckraum hydraulisch durch ein Elektromagnetventil (29) entsperrbares Rückschlagventil (23, 26) angeordnet ist.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längswand des Zylinderrohres des Arbeitszylinder eine diese durchdringende, mittige Bohrung (50) ausgebildet ist, die über eine ein Rückschlagventil (52) enthaltende Leitung (51) mit dem Behälter Verbindung hat, daß das Rückschlagventil über ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil (54) entsperrbar ist und daß in der Mitte des Kolbens (11) an dessen Umfang eine schmale Dichtung (58) ausge­ bildet ist, die mit der Bohrung (50) zusammenwirkt.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kolbenstange (14) beidseitig des Kolbens (12) jeweils einen Steuerbund (77, 78) aufweist, der mit Bohrung (62, 63) im Deckel (60, 61) des Arbeitszylinders zusammenwirkt, daß von diesen Bohrungen eine Leitung (66) zu einem hydraulisch steuerbaren Steuer­ ventil (70) führt, durch welches entsperrbare Rückschlagventile (67, 68) betätigbar sind, die in der zu den Bohrungen (62, 63) führenden Leitung angeordnet sind.

4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange über eine Spurstange (80) mit dem zu steuernden Hinter­ rad (82) eines Fahrzeugs verbunden ist und daß von der Hinterachse (81) dieses Rades eine Pumpe (83) angetrieben ist, die über eine Leitung (84) einerseits mit dem Steuerventil (70) verbunden ist, andererseits mit einem Druckbegrenzungsventil (85).

5. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) über an ihr ausgebildete Steuermittel (90, 91) Stößel (92, 93) betätigt, welche auf Rückschlagventile (94, 95) ein­ wirken, die in einer Leitung (96) angeordnet sind, die einerseits mit dem zu den Druckräumen des Arbeitszylinders führenden Leitungen (18, 25) verbunden sind und andererseits über ein durch ein Elektro­ magnetventil (54) betätigendes entsperrbares Rückschlagventil (99) mit einem Druckbehälter (97).

6. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an diesen ein von dessen Kolbenstange (14) durchdrungener zweiter Zylinder (110) angeschlossen ist, an dessen beiden Enden durch die Kolbenstange betätigbare, von einer Feder im Abstand gehaltene Kolben (114, 115) gleitend angeordnet sind, die sich an Schultern (113, 114) der Kolbenstange abstützen, daß der zweite Zylinder in seiner Längswand eine diesselbe durchdringende mittige Bohrung (121) aufweist, die über eine von einem Elektromagnetventil entsperrbares Rückschlagventil (123) enthaltende Leitung (122) einerseits an die Druckräume (12, 13) des Arbeitszylinders angeschlossen ist, anderer­ seits über ein Elektromagnetventil (125) an eine Druckmittelquelle und daß die beiden vom Steuerventil (125) zu den beiden Druckräumen des Arbeitszylinders führenden Leitungen (18, 25) durch eine Leitung verbunden sind, in der zwei Rückschlagventile angeordnet sind, die über eine Leitung ebenfalls mit dem Elektromagnetventil (125) in Verbindung stehen und über dieses hydraulisch entsperrbar sind.

7. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die die Wand des zweiten Zylinders durchdringende Bohrung (121) und über ein entsperrbares Rückschlagventil (137) ein Druckspeicher angeschlossen ist.

8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmittelquelle ein Druckspeicher ist.

9. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenstange mit einem Weggeber (15) zusammen­ wirkt, der deren Position einem elektronischen Steuergerät (17) ein­ gibt, welches die verschiedenen, elektromagnetisch betätigbaren Steuerventile ansteuert.