DE3841985A1 - Elektrohydraulische servo-betaetigung von standardwegeventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servo-Betätigung von Wegeventilen für hydraulische Steuerungen nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Die Betätigung und damit Verstellung eines Wegeventils erfolgt, in dem durch äußere Kräfte das Wegeventil von einer Ruhe- in eine Arbeitsstellung gebracht wird. Zur Erhöhung des Bedienungskomforts ist es bekannt, die Hand­ betätigung durch eine hydraulische oder auch elektrohy­ draulische Betätigung zu ersetzen. Eine solche Druckbetä­ tigung sieht vor, daß durch eine Druckänderung in der Steuerleitung das Wegeventil betätigbar ist. Dabei kann die Betätigung direkt oder indirekt erfolgen. Bei einer direkten Druckbetätigung wirkt der hydraulische Druck unmittelbar auf das Betätigungsglied des Wegeventils, während bei einer indirekten Druckbetätigung die Druckwir­ kung beispielsweise über ein Vorsteuerventil auf das Betä­ tigungsglied des Wegeventils erfolgt.

Aus der Druckschrift "Der Hydrauliktrainer, Bd. 1 Rd. 00 301/11.80 der Firma Mannesmann-Rexroth" ist ein elektro-hydraulisch betätigtes Wegeventil entnehmbar. Auf den Seiten 106 bis 108 ist dazu ein servo-betätigtes Wege­ ventil dargestellt und beschrieben, bei dem das Steuerven­ til unmittelbar am Gehäuse des zu betätigenden Wegeventils angeflanscht ist. Wie dem Bild 15 zu entnehmen ist, verän­ dert sich die äußere Abmessung des zu einer Einheit zusam­ mengefügten Wege- und Steuerventils erheblich mit dem Nachteil, daß diese Einheit für gewisse Anwendungsfälle, in denen der Bauraum begrenzt ist, nicht anwendbar ist und außerdem spezielle Wegeventilvariationen erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrohy­ draulische Servo-Betätigung darzustellen, die ohne Ergän­ zungen und Umbauten an Standardwegeventilen einsetzbar ist und eine Fernbetätigung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch eine Servo-Betätigung mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Erfindung sieht vor, daß die Betätigung des Wegeven­ tils mit Hilfe eines Stellzylinders erfolgt, der am Betä­ tigungshebel des Wegeventils angreift und von einem Steu­ erventil ansteuerbar ist. Der Stellzylinder ersetzt vor­ teilhaft ein mechanisches Gestänge, mit dem üblicherweise von der Bedienungsperson das Wegeventil unmittelbar betä­ tigt wird. Die Erfindung gestattet somit den für den Hy­ draulikkreis günstigsten Einbau des Wegeventils ohne Rück­ sicht auf eine bedienungsfreundliche Betätigung, da durch den Stellzylinder in Verbindung mit dem Steuerventil in idealer Weise eine Fernbetätigung von Wegeventilen ermög­ licht wird.

Die Ansteuerung des Stellzylinders erfolgt vorteilhaft durch ein Hydraulikmedium (Hyddrauliköl), welches von einem Steuerventil zugesteuert wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Steuerventil als ein elektro-hydraulisch magnetbetätigtes 4/3-Wegeventil auszubilden. Durch eine beidseitige Anord­ nung von Elektromagneten am Steuerventil kann in Abhängig­ keit eines Steuerimpulses durch das jeweilige Elektromag­ net das Steuerventil in eine gewünschte Stellung gebracht werden und damit der Stellzylinder ein- oder ausgefahren bzw. in die Neutralstellung gebracht werden kann. Zur Erzielung einer kompakten Bauweise des Steuerventils bie­ tet es sich an, dieses als eine sogenannte Ventilpatrone auszubilden (Cartige-Patrone), die als Einsteckpatrone ausgebildet vorteilhaft eine bauraumsparende Lösung dar­ stellt. Die platzsparende Bauweise erlaubt das Zusammen­ wirken mehrerer Ventilpatronen auf engstem Raum unter Verwendung gemeinsamer Steuerbohrungen. Für die Bedie­ nungsperson kann somit eine optimale Anordnung von Steuer­ elementen realisiert werden zur Bedienung von entfernt liegenden Wegeventilen.

Abhängig vom dem zu betätigenden Wegeventil sieht die Erfindung einen einfach wirkenden Zylinder (z.B. für ein Zweistellungswegeventil) oder einen doppelt wirkenden Zylinder für Dreistellungswegeventile vor, wobei ein dop­ pelt wirkender Stellzylinder zwei Ventilpatronen erfordert.

Der für die erfindunggemäße Servo-Betätigung erforderliche Steuerdruck kann beispielsweise einem beliebigen Ölkreis­ lauf des Fahrzeugs bzw. der Maschine entnommen werden, da der Servo-Kreis keine Ölverbindung mit sonstigen Kreisläu­ fen aufweist. So eignet sich vorzugsweise der Getriebe-Steuerkreis zur Versorgung der Servo-Betätigung, da dieser als Niederdruckkreis mit einem Druck unterhalb von 20 bar üblicherweise betrieben wird und für die Aus­ steuerung des Stellzylinders ausreichend ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ansteuerung der Elektromagneten des Steuerventils bzw. der Ventilpatronen durch elektrische Schalter oder Taster erfolgt, die in Bedienungshebeln des Fahrzeugs bzw. der Maschine integriert oder getrennt angebracht sind. Als eine weitere Lösung bietet sich an, daß die Elektromagnete mit fahrzeug- bzw. maschinenseitig eingesetzten Steue­ rungs- und/oder Regelungssystemen in Verbindung stehen und von diesen angesteuert werden, wodurch der Bedienungskom­ fort für den Fahrer weiter erheblich gesteigert werden kann. Zur Spannungsversorgung der Elektromagnete ist vor­ teilhaft das Bordnetz des Fahrzeugs bzw. der Maschine vorgesehen.

Als eine Alternativlösung sieht die Erfindung des weiteren vor, das Steuerventil anstelle der üblichen zwei Stel­ lungselektromagnete durch je einen Proportionalmagneten zu ersetzen, die eine stufenlose Verstellung des Stellzylin­ ders erlaubt. Durch einen weiteren Austausch des elektri­ schen Schaltkontaktes Ein/Aus durch einen Spannungsregler (Potentiometer) ist der Druck im Stellzylinder steuerbar und eine dem Öldruck proportionale Auslenkung des Stellzy­ linders zu realisieren, in Verbindung mit an die Steuer­ charakteristik angepaßten Federn im Steuerventil und im Stellzylinder.

Den Sicherheitsaspekt der Erfindung unterstreichend ist weiter vorgesehen, die Elektromagnete so auszulegen, daß bei Spannungsabfall die Servo-Steuerung, d.h. die Wege­ ventilbetätigung in die Nullage (Neutralstellung) über­ geht. Damit wird erreicht, daß bei Störungen im Bordnetz des Fahrzeugs bzw. der Maschine wie auch bei Ausfall des Steuerdrucks die Anlage in Ruhestellung selbsttätig über­ geht, nach der Devise (fail-save).

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Servo-Betätigung dargestellt ist.

Die Zeichnung zeigt ein bekanntes Wegeventil 5 ausgelegt als Mehrwegeventil, das über den Betätigungshebel 7 ver­ stellt werden kann. Am freien Ende des Betätigungshebels 7 im Gelenk 10 greift ein parallel zum Wegeventil 5 angeord­ neter Stellzylinder 9 an, der in einem ortsfesten Gelenk 11 an einem Festpunkt gelagert ist. Aus der Schnittdar­ stellung des Stellzylinders 9 wird deutlich, daß es sich um einen doppelt wirkenden Stellzylinder handelt, wobei für jede Stellrichtung des Stellzylinders 9 eine Druckfe­ der 15, 16 vorgesehen ist, deren Kräfte jeweils vom Druck des den Stellzylinder beaufschlagten Mediums überwunden werden muß. Jeweils endseitig am Zylinderraum des Stell­ zylinders 9 ist eine Hydraulikleitung 13, 14 angeschlos­ sen, die eine Verbindung zwischen dem Steuerventil 2 und dem Wegeventil 5 herstellt. Das Steuerventil 2, ausgeführt als ein 4/3-Wegeventil, ist beidseitig mit zwei Elektro­ magneten (3, 4) versehen. Auf der von den Anschlüssen der Hydraulikleitungen (13, 14) gegenüberliegenden Seite des Steuerventils (2) ist eine Druckleitung (6) sowie ein Rücklauf (8) am Steuerventil (2) angeschlossen.

Funktionsbeschreibung

Ein von einer nicht dargestellten Druckquelle erzeugter Mediumdruck steht in der Druckleitung 6 am Steuerventil 2 an. Die Ansteuerung der Elektromagneten 3, 4 - die bei­ spielsweise über entfernt von den Elektromagneten 3, 4 in elektrischen Schaltern oder Tastern von Bedienungshebeln ausgelöst werden kann - bewirkt eine Verlagerung des Schiebers vom Steuerventil 2 von der dargestellten Neu­ tralstellung (Position 0) die Position 1 oder Position 2. In der Position 1 des Steuerventils 2 wird der in der Druckleitung 6 anstehende Druck durch das Steuerventil 2 in die Hydraulikleitung 14 geleitet, wodurch sich der Kolben 12 des Steuerventils 9 in Richtung A verschiebt. Eine starr am Kolben 12 befestigte Kolbenstange 17 stellt eine Verbindung zwischen dem Betätigungshebel 7 des Wege­ ventils 5 mit dem Kolben 12 des Stellzylinders 9 dar, wodurch unmittelbar eine Übertragung der Stellbewegung vom Kolben auf das Wegeventil erfolgt. Beidseitig des Kolbens sind im Zylinderraum des Stellzylinders 9 Druckfedern 15, 16 angeordnet, die entgegenwirkend eingesetzt sind und dafür sorgen, daß bei Ausfall des Bordnetzes oder der Druckversorgung für diesen Steuerkreis der Kolben 12 selbsttätig in die Neutrallage verschoben wird und damit folglich auch der Betätigungshebel des Wegeventils 5. Zur Erreichung einer Umkehrung der Stellbewegung des Betäti­ gungshebels 7 muß das Steuerventil 2 in die Position 2 gebracht werden, wodurch die Druckleitung 6 mit der Hy­ draulikleitung 13 verbunden wird und damit der Kolben 12 in Richtung B verschoben wird, wobei der zuvor druckbeauf­ schlagte Zylinderraum des Stellzylinders 9 über die Hy­ draulikleitung 14 mit dem Rücklauf 8 verbunden wird und damit das Hydraulikmedium drucklos in das Ölreservoir zurücklaufen kann. Beidseitig auf das Gehäuse des Steuer­ ventils 2 angeordnete Druckfedern 18 sorgen dafür, daß das Steuerventil selbsttätig in die Neutrallage (Nullposition) zurückgelangt, sobald die Ansteuerung der Elektromagnete 3, 4 beendet ist.

Claims (7)

1. Servo-Betätigung von Wegeventilen für hydraulische Steuerungen, ausgeführt als eine kombinierte elektrohy­ draulische Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung durch einen unmittelbar mit dem Wegeventil (5) in Verbindung stehenden Stellzylinder (9) sowie mit einem den Stellzylinder (9) ansteuernden Steuerventil (2) erfolgt.

2. Servo-Betätigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (9) an einem Betätigungshebel (7) des Wegeventils (5) angreift.

3. Servo-Betätigung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (2) als ein elektrohydraulisches, magnetbetätigtes Steuerventil aufge­ baut und in Form einer Ventilpatrone ausgebildet ist.

4. Servo-Betätigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerdruck für das Steu­ erventil (2) der Mediumdruck eines Hydraulikkreises des Fahrzeugs bzw. der Maschine dient.

5. Servo-Betätigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Steuerven­ tils (2) ein im Bedienungshebel eingesetzter Schalter bzw. Hebel vorgesehen ist.

6. Servo-Betätigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerventil (2) angeordne­ te Elektromagnete (3, 4) mit fahrzeug- bzw. maschinensei­ tig eingesetzten Steuerungs- und Regelungssystemen in Verbindung stehen.

7. Servo-Betätigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichent, daß zur Spannungsversorgung der Elektromagnete (3, 4) das Bordnetz des Fahrzeugs bzw. der Maschine vorgesehen ist.