DE3812116A1 - Elektrohydraulisches wegeventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Wegeventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche zum Steuern von Arbeitszylindern in Anlagen verwendete elektrohydraulischen Wegeventile sind beispielsweise aus der DE-PS 28 40 831 bekannt. Sie zeichnen sich durch einen geringen Bauaufwand bei ausreichender Sicherheit und Zuverlässigkeit aus. Bei Stromausfall werden sie durch die mechanische Rückstellfeder automatisch stillgesetzt und damit die gesteuerten Arbeitszylinder blockiert. Im Falle des sog. Not-Aus, also bei Abschaltung des Wegeventils im Gefahrenfall, oder bei Stromausfall, wird das Steuerglied des Vorsteuerventils durch die gegen den Proportional- Elektromagneten arbeitende Rückstellfeder in seine vierte Schaltstellung, der sog. fail-safe-Stellung überführt, in welcher die beiden an den Steuerkanälen angeschlossenen Ventilanschlüsse des Vorsteuerventils bei gleichzeitiger Absperrung der Steuerölversorgung miteinander verbunden und druckentlastet sind und damit in allen Druckkammern des Hauptsteuerventils der gleiche Druck, vorzugsweise eine Druckentlastung, herrscht, so daß das Hauptsteuerventil in seine Neutralstellung überführt wird, in welcher der Arbeitskolben des Arbeitszylinders blockiert wird. Bei dieser Rückstellung des Steuerglieds überfährt dieses eine Schaltstellung - ausgenommen dann wenn das Steuerglied sich im Moment des Not-Aus in dieser Schaltstellung selbst befindet - welche eine Umsteuerung des Steuerschiebers im Hauptsteuerventil auslöst.

Dies führt über das Hauptsteuer­ ventil zu einer - wenn auch nur kurzzeitigen - Auslenkung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder, was insbesondere bei Maschinen und Anlagen mit sehr hohen dynamischen Anforderungen unerwünscht ist und äußerst störend wirkt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Wegeventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Not-Aus oder bei Stromausfall eine solche Auslenkung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder unterbunden wird. Das erfindungsgemäße 3/2-Wegemagnetventil wird mit Not-Aus in seine zweite Schaltstellung umgesteuert und sperrt in dieser den druckbelasteten Steuerkanal bei gleichzeitiger Entlastung der daran angeschlossenen Druckkammer im Hauptsteuerventil. Dadurch kann sich in dieser Druckkammer kein Steuerdruck aufbauen, der zu einer Umsteuerung des Steuerschiebers im Hauptventil und damit zu einer Auslenkung des Arbeitskolbens führt. Der Steuerschieber im Hauptzylinder geht in seine federzentrierte Neutralstellung über und sperrt die Arbeitszylinderanschlüsse, so daß der Arbeitskolben in seiner Momentanstellung blockiert wird.

Das erfindungsgemäße 3/2-Wegemagnetventil wird in Form eines Zwischenplattenventils zwischen dem Vorsteuer- und Hauptsteuerventil eingebaut. Das hat den Vorteil, daß die Standardausführung des elektrohydraulischen Wegeventils, die den meisten Anforderungen in Anlagen und Maschinen genügt, durch einfaches Zwischenschieben des Zwischenplattenventils auch den hohen dynamischen Anforderungen in anderen Anlagen und Maschinen gerecht werden kann. Dadurch ist keine Sonderanfertigung nötig und für das erfindungsgemäße Wegeventil kann der preisliche Vorteil der großen Serienstückzahl der Standardausführung genutzt werden.

Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Wegeventil erfüllt zudem noch eine weitere, häufig vorhandene Forderungen an Anlagen und Maschinen mit Schutzeinrichtungen, nämlich der Forderung nach Anlauf des Arbeitskolbens in nur eine vorgegebene Richtung, z. B. beim Öffnen eines Schutzgitters. Durch das in seiner zweiten Schaltstellung befindliche 3/2-Wegemagnetventil kann beim Wiederzuschalten des Vorsteuerventils der Steuerschieber des Hauptsteuerventils nur über eine einzige Druckkammer beaufschlagt und damit nur in einer ganz bestimmten Richtung bewegt werden. Dadurch erfolgt die Verschiebung des Arbeitskolbens über das Hauptsteuerventil auch nur in einer vorgegebenen Richtung. Erst nach Umschalten des 3/2-Wegemagnetventils in seine erste Schaltstellung, in welcher der Strömungskanal zu der anderen Druckkammer freigegeben wird, kann auch - je nach Schaltstellung des Steuerglieds im Vorsteuerventil - diese Druckkammer druckbeaufschlagt werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen elektrohydraulischen Wegeventils möglich.

Zweckmäßigerweise wird das 3/2-Wegemagnetventil so ausgelegt, daß seine zweite Schaltstellung die unbestromte Ruhestellung ist. Dadurch ist sichergestellt, daß nicht nur bei Not-Aus sondern auch bei Stromausfall das 3/2-Wegemagnetventil automatisch seine zweite Schaltstellung einnimmt und damit den Steuerschieber des Hauptsteuerventils in seine Neutralstellung umsteuert.

Wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dem die Druckentlastung bewirkenden Ventilanschluß des 3/2-Wegemagnetventils eine Drossel nachgeschaltet und/oder in dem in der vierten Schaltstellung des Vorsteuerventils wirksamen Verbindungszweig zwischen den an den Steuerkanälen angeschlossenen Ventilanschlüssen des Vorsteuerventils eine Drossel angeordnet, so wird der Abfluß von Steueröl aus den Druckkammern des Hauptsteuerventils gedrosselt. Damit erfolgt die Überführung des Steuerschiebers des Hauptsteuerventils in die Neutralstellung verzögert. Dies ist bei Anlagen und Maschinen wünschenswert, bei welchen große Massen bewegt werden, da durch die verzögerte Rückführung des Steuerschiebers im Hauptsteuerventil in seine Neutralstellung die vom Arbeitszylinder beschleunigten Massen dann verzögert abgebremst werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Wegeventils,

Fig. 2 eine Seitenansicht des elektrohydraulischen Wegeventils, teilweise geschnitten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte elektrohydraulische Wegeventil zur Steuerung von Arbeitszylindern besteht aus einem hydraulisch gesteuerten Hauptsteuerventil 10, einem elektrisch gesteuerten Vorsteuerventil 11 und einem elektrisch gesteuerten Zwischenplattenventil 12. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Zwischenplattenventil 12 gehäusemäßig zwischen dem Hauptsteuerventil 10 und dem Vorsteuerventil 11 angeordnet, ohne daß konstruktive Änderungen am Hauptsteuerventil 10 oder Vorsteuerventil 11 vorgenommen worden sind. Für Standardausführungen des elektrohydraulischen Wegeventils für geringere dynamische Anforderungen kann damit das Zwischenplattenventil 12 weggelassen und Hauptsteuerventil 10 und Vorsteuerventil 11 in bekannter Weise unmittelbar aneinandergebaut werden.

Das Hauptsteuerventil 10 ist als 4/3-Wegeventil mit vier gesteuerten Anschlüssen A, B, P und T und einem in drei Schaltstellungen verschiebbaren Steuerschieber 13 ausgebildet, der in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Der Steuerschieber 13 wird von zwei Federn 14, 15 in einer Neutralstellung zentriert (in Fig. 1 mit 0 gekennzeichnet) und ist über zwei Druckkammern 16, 17 nach beiden Seiten auslenkbar. Von den vier gesteuerten Anschlüssen sind die Ventilanschlüsse A und B mit jeweils einer Arbeitskammer 18 bzw. 19 eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders 20 verbunden. Je nach Druckbeaufschlagung der einen Arbeitskammer 18 bzw. 19 und Druckentlastung der anderen Arbeitskammer 19 bzw. 18 wird der im Arbeitszylinder 20 axial verschiebliche Arbeitskolben 21 in die eine oder andere Richtung verschoben. Der Ventilanschluß P des Hauptsteuerventils 10 ist über eine Förderpumpe 22 mit einem Steuerölbehälter 23 verbunden und wird aus diesem mit unter Druck stehendem Steueröl 23 versorgt. Der vierte Ventilanschluß T des Hauptsteuerventils 10 ist über eine Rücklaufleitung 24 mit dem Steuerölbehälter 23 verbunden. In der Neutralstellung 0 des Hauptsteuerventils 10 sperrt der Steuerschieber 13 alle vier Ventilanschlüsse ab, während in den beiden anderen Schaltstellung "1" und "2" jeweils eine der beiden Arbeitskammern 18 bzw. 19 mit der Förderpumpe 22 verbunden und damit druckbeaufschlagt wird und jeweils die andere der beiden Arbeitskammern 18, 19 über die Rücklauf­ leitung 24 mit dem Steuerölbehälter 23 verbunden und damit druckentlastet wird. Die Stellung des Steuerschiebers 13 wird in bekannter Weise von einem Wegaufnehmer 25 detektiert.

Das Vorsteuerventil 11 ist als 4/4-Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet. Es weist vier gesteuerte Anschlüsse A, B, P, T und ein in vier Schaltstellungen, die in Fig. 1 mit "3", "2", "1", "0" bezeichnet sind, verschiebbares Steuerglied 26 auf, das von einem Proportional-Elektromagneten 27 und gegensinnig dazu von einer Rückstellfeder 28 beaufschlagt ist. Die Schaltstellung "2" ist dabei als neutrale Regelstellung ausgebildet, in welcher alle vier Ventilanschlüsse A, B, P, T des Vorsteuerventils 11 angeschlossen sind. Aus dieser neutralen Regelstellung kann das Steuerglied 26 durch entsprechende Ansteuerung des Elektromagneten 27 in eine erste Arbeitsstellung "3" und eine zweite Arbeitsstellung "1" überführt werden. Bei stromlosem Elektromagneten 27 nimmt das Steuerglied 26 die vierte Schaltstellung "0", die sog. fail-safe-Stellung, ein, in welcher bei Absperrung des Ventilanschlusses P die beiden Ventilanschlüsse A und B über eine einstellbare Drossel 29 miteinander verbunden sind und der Ventilanschluß B mit dem Ventilanschluß T verbunden ist. Die Stellung des Steuerglieds 26 wird wiederum in bekannter Weise von einem Wegaufnehmer 30 detektiert.

Von den vier Ventilanschlüssen des Vorsteuerventils 11 sind die Anschlüsse A und B mit den Druckkammern 16 und 17 des Hauptsteuerventils 10 verbunden, während der Ventilanschluß P an dem Ausgang der Förderpumpe 22 bzw. an dem P-Ventilanschluß des Hauptsteuerventils 10 angeschlossen ist und der Ventilanschluß T über die Rücklaufleitung 24 mit dem Steuerölbehälter 23 in Verbindung steht. Die Verbindungen von den Ventilanschlüssen A, B zu den beiden Druckkammern 16, 17 sind als Steuerkanäle 31, 32 ausgebildet, die als Bohrungen durch das Gehäuse des Zwischenplattenventils 12 (Fig. 2) hindurchgehen. Der konstruktive Aufbau von Hauptsteuerventil 10 und Vorsteuerventil 11 sowie deren Funktionsweise ist an sich bekannt und beispielsweise in der DE-PS 28 40 831 beschrieben, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird.

Das Zwischenplattenventil 2 ist als 3/2-Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet und ist in dem Steuerkanal 31 zwischen dem Ventilanschluß B des Vorsteuerventils 11 und der Druckkammer 16 des Hauptsteuerventils 10 eingeschaltet. Der Steuerkanal 31 wird dadurch in die beiden Kanalabschnitte 31 a und 31 b unterteilt. Das Zwischenplattenventil 12 ist so ausgebildet, daß es in seiner bestromten Arbeitsstellung die Schaltstellung "1" einnimmt, in welcher die beiden Kanalabschnitte 31 a und 31 b miteinander in Verbindung stehen, und in seiner unbestromten Ruhestellung durch die Rückstellfeder 33 in seine zweite Schaltstellung "0" überführt wird, in welcher der mit dem Ventilanschluß B des Vorsteuerventils 11 verbundene Kanalabschnitt 31 a abgesperrt und der mit der Druckkammer 16 des Hauptsteuerventils 10 verbundene Kanalabschnitt 31 b über eine Rücklaufbohrung 34 an die Rücklaufleitung 24 angeschlossen ist. Die Bestromung des Zwischenplattenventils 12 wird - ebenso wie die Bestromung des Vorsteuerventils 11 - mit Not-Aus-Betätigung abgeschaltet. In der Rücklaufbohrung 34 des Zwischenplattenventils 12 ist eine einstellbare Drossel 35 angeordnet, mit welcher der Abfluß des Steueröls aus der Druckkammer 16 bei Not-Aus eingestellt werden kann. Die Abflußgeschwindigkeit des Steueröls aus der Druckkammer 17 bei Not-Aus wird über die Drossel 29 im Vorsteuerventil 11 vorgegeben.

Der mechanische Aufbau des vorstehend beschriebenen elektrohydraulischen Wegeventils ist in Fig. 2 dargestellt, wobei auf Einzelheiten des Aufbaus von Hauptsteuerventil 10 und Vorsteuerventil 11, da bekannt, verzichtet worden ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das als 3/2-Wegemagnetventil wirkende Zwischenplattenventil 12 mechanisch zwischen Hauptsteuerventil 10 und Vorsteuerventil 11 angeordnet, wobei die Steuerkanäle 31 und 32 sowie die Verbindungskanäle 36 und 37 zwischen den Ventilanschlüssen P und T von Haupt- und Vorsteuerventil 10, 11 als Bohrungen durch das Gehäuse 38 des Zwischenplattenventils 12 hindurchgeführt sind. Die beiden Kanalabschnitte 31 a und 31 b münden dabei in einer Axialbohrung 29 im Gehäuse 38, in welcher eine Anschlußöffnungen tragende Buchse 40 eingesetzt ist, in der das Steuerglied 26 axial verschieblich geführt ist. Die Axialbohrung 39 mündet über die Rücklaufbohrung 34 in dem Verbindungskanal 37, der die beiden T-Ventilanschlüsse von Haupt- und Vorsteuerventil 10, 11 verbindet. Der Querschnitt der Mündungsstelle ist mittels einer Einstellschraube 41, welche die Drossel 35 darstellt, einstellbar.

In Fig. 2 ist das Steuerglied 26 des Zwischenplattenventils 12 in seiner zweiten Schaltstellung "0" dargestellt, in welcher der Kanalabschnitt 31 a abgeschlossen ist und der Kanalabschnitt 31 b über die Drossel 35 mit dem Verbindungskanal 37 in Verbindung steht. Wird der mit 42 bezeichnete Elektromagnet des Zwischenplattenventils 12 bestromt, so wird das Steuerglied 26 gegen die Rückstellfeder 33 in Fig. 2 nach rechts verschoben, wodurch die Stirnseite des Steuerglieds 26 die Öffnung zu der Rücklaufbohrung 34 abdichtet und über Axialbohrungen im Steuerglied 26 eine Verbindung zwischen den beiden Kanalabschnitten 31 a und 31 b hergestellt wird.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen elektrohydraulischen Wegeventils im Falle des Not-Aus oder bei Stromausfall ist wie folgt:

Bei Betätigung des Not-Aus wird das Zwischenplattenventil 12 zusammen mit dem Vorsteuerventil 11 stromlos geschaltet und geht damit in seine mit "0" gekennzeichnete zweite Schaltstellung über. Hat sich das Vorsteuerventil 11 vor Not-Aus-Betätigung in seiner mit "3" gekennzeichneten ersten Schaltstellung befunden, so wird es die Schaltstellungen "2" und "1" durchlaufen, bevor es seine fail-safe-Stellung "0" einnimmt, in welcher die Druckkammer 16, 17 des Hauptsteuerventils 10 drucklos geschaltet werden und der Steuerschieber 13 in seine federzentrierte Neutralstellung übergeht, in welcher die Arbeitskammer 18, 19 des Arbeitszylinders 20 abgesperrt werden. Durchläuft das Steuerglied 26 seine Schaltstellung "1", so kann die Druckkammer 16 nicht kurzzeitig mit Steueröl beaufschlagt werden, da der Kanalabschnitt 31 a durch das Zwischenplattenventil 12 abgesperrt ist.

Die gleiche Funktionsweise des elektrohydraulischen Wegeventils kann auch bei Öffnen eines Schutzgitters erreicht werden, wenn mit Öffnen des Schutzgitters das Zwischenplattenventil 12 stromlos geschaltet wird und damit in seine zweite Schaltstellung "0" übergeht. Damit wird die Druckkammer 16 bei gleichzeitiger Absperrung des Steuerdrucks im Kanalabschnitt 31 a druckentlastet. Der Steuerschieber 13 des Hauptventils 10 geht in seine federzentrierte Neutralstellung über. Wird in dieser Stellung des Hauptsteuerventils 10 das Vorsteuerventil 11 wieder zugeschaltet, so kann ausschließlich die Druckkammer 17 mit Steueröl beaufschlagt werden, und zwar dann, wenn das Vorsteuerventil 11 seine erste Schaltstellung "3" einnimmt. Damit wird der Steuerschieber 13 des Hauptsteuerventils 10 immer in die Schaltstellung "2" überführt und der Arbeitskolben 21 im Arbeitszylinder 20 hat stets eine vorbestimmte Verschieberichtung, und zwar in Fig. 1 durch Beaufschlagung der Arbeitskammer 18 nach rechts. Damit wird einer vielseitigen Forderung Rechnung getragen, daß beim Öffnen eines Schutzgitters der Arbeitskolben 21 des Arbeitszylinders 20 sich immer nur in eine festgelegte Richtung verschieben darf.

Claims (6)

1. Elektrohydraulisches Wegeventil mit einem hydraulisch gesteuerten Hauptsteuerventil, das vier gesteuerte Anschlüsse und einen in drei Schaltstellungen verschiebbaren Steuerschieber aufweist, der von Federkraft in einer Neutralstellung zentriert und über Druckkammern nach beiden Seiten hin auslenkbar ist, und mit einem elektrisch gesteuerten Vorsteuerventil, das vier gesteuerte Anschlüsse und ein in vier Schaltstellungen verschiebbares Steuerglied aufweist, das von einem Proportional-Elektromagneten und gegensinnig dazu von einer Rückstellfeder beaufschlagt ist, das aus einer neutralen Regelstellung nach beiden Seiten hin in eine erste und zweite Arbeitsstellung verschiebbar ist, in welchen die Druckkammern des Hauptsteuerventils über zwei mit zwei Ventilanschlüssen des Vorsteuerventils verbundene Steuerkanäle mit Druck beaufschlagt oder druckentlastet werden, und das bei unbestromtem Proportional-Elektromagneten unter der Wirkung der Rückstellfeder eine vierte Schaltstellung einnimmt, in welcher die beiden an den Steuerkanälen angeschlossenen Ventilanschlüsse miteinander verbunden und druckentlastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der zu den Druckkammern (16, 17) führenden Steuerkanäle (31, 32) ein 3/2-Wegemagnetventil (12) mit Federrückstellung (33) angeordnet ist, das in einer ersten Schaltstellung (1) den Steuerkanal (31) freigibt und mit Abschalten der Bestromung des Proportional-Elektromagneten (27) des Vorsteuerventils (11) eine zweite Schaltstellung (0) einnimmt, in welcher der an der Druckkammer (16) des Hauptsteuerventils (10) angeschlossene Kanalabschnitt (31 b) des Steuerkanals (31) druckentlastet und der an dem Vorsteuerventil (11) angeschlossene Kanalabschnitt (31 a) abgesperrt ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltstellung (0) des 3/2-Wegemagnetventils (12) dessen unbestromte Ruhestellung ist.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Druckentlastung bewirkenden Ventilanschluß des 3/2-Wegemagnetventils (12) eine vorzugsweise einstellbare Drossel (35) nachgeschaltet ist.

4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in der vierten Schaltstellung (0) des Vorsteuerventils (11) wirksamen Verbindungszweig zwischen den an den Steuerkanälen (31, 32) angeschlossenen Ventilanschlüssen (A, B) des Vorsteuerventils (1) eine vorzugsweise einstellbare Drossel (29) angeordnet ist.

5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerventil (10) insgesamt zwei Druckkammern (16, 17) aufweist, von denen jeweils eine über einen Steuerkanal (31, 32) mit einem Ventilanschluß (A, B) des Vorsteuerventils (11) verbunden ist.

6. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegemagnetventil als Zwischenplattenventil (12) ausgebildet und zwischen den Gehäusen von Haupt- und Vorsteuerventil (10, 11) angeordnet ist.