DE4342565A1 - Senkrechte hydraulische Arbeitsachse - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer senkrechten hydraulischen Arbeits­ achse mit einem als Sitzventil ausgebildeten Gegenhalteventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei hydraulisch betriebenen Arbeits­ maschinen, die eine senkrechte Arbeitsachse haben, zum Beispiel senkrechte Schließeinheiten bei Kunststoffverarbeitungsmaschinen, Pressen, Winden usw., sind zusätzliche Absicherungen zum Ausgleich der Massenkräfte erforderlich. Um die Wirkung von statischen, äußeren Kräften auf den hydraulischen Verbraucher sicher zu kon­ trollieren, werden sog. Lastgegenhalteventile eingesetzt. Sie kom­ pensieren die abwärtswirkenden statischen Kräfte am Zylinder über den Last- oder Gegenhaltedruck. Um ein Absenken des Zylinders im Ruhestand auszuschließen, müssen ringraumseitig die Ventile leckage­ frei ausgeführt werden. Bei herkömmlichen, vorgesteuerten Gegen­ halteventilen in Patronenbauweise hat der Hauptschieber zwei an­ nähernd gleich große Steuerflächen, an denen der Druckvergleich zwischen Druckist- und Drucksollwert erfolgt.

Es ist aber auch schon bekannt, in bestimmten Anlagen zum Schutz des Verbrauchers vor der Pumpe an hierzu erforderlichen Ventilen sepa­ rate Steuerflächen für bestimmte Steuerfunktionen auszubilden. Bei anderen in patronenbauweise ausgebildeten Gegenhalteventilen ist es jedoch nur möglich, eine Durchströmung des Ventils vom Arbeitszylin­ der zum Behälter zu ermöglichen. Um ein Durchströmen auch in Gegen­ richtung zu ermöglichen, muß ein zusätzliches Umgehungsventil in­ stalliert werden, und zwar im Hauptstrom, was eine aufwendige Bau­ weise erfordert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße senkrechte hydraulische Arbeitsachse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Weise eine Durchströmung des Gegenhalte­ ventils in beiden Richtungen ohne großen Aufwand möglich ist, d. h. also sowohl von der Pumpe zum Arbeitszylinder, wie auch von diesem zum Behälter. Ermöglicht wird dies durch eine separate Steuerfläche, die über ein Ventil im Vorsteuerkreis, das dadurch sehr klein ge­ halten werden kann, angesteuert wird. Besonders vorteilhaft ist, daß durch einfache Variation der Vorsteuerung mit z. B. Standard-Aufbau­ platten, eine Vielzahl von häufig benötigten Varianten für ver­ schiedene Einsatzfälle mit Standardkomponenten möglich ist. Auch kann durch eine spezielle Ausbildung eine zusätzliche Sicherheits­ funktion übernommen werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen senkrechten hydraulischen Arbeitsachse sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung und in den Fig. 2 bis 6 ebenfalls in schematischer Darstellung Abwandlungen nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 10 eine Druckmittelquelle bezeichnet, die über ein Wegeventil 11 und eine Förderleitung 12 Druckmittel zum oberen Arbeitsraum 13 eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders 14 mit unterem Arbeitsraum 15 fördert. In diesen mündet eine Leitung 16, die vom Ventilsitz 17 eines Gegenhalteventils 18 ausgeht. Dieses ist in Patronenbauweise ausgebildet und hat einen zylindrischen Schließ­ kolben 20, dessen untere Fläche mit A_A bezeichnet ist und der mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkt. Am anderen Ende des Schließkolbens ist ein flacher Bund 21 ausgebildet, dessen Durchmesser größer ist als der Schließkolben und welcher Bund in einer Erweiterung 23 der Ventilbohrung 24 dicht gleitend geführt ist.

Oberhalb des Ventilsitzes 17 ist am Ventilgehäuse 19 eine Ringnut 26 ausgebildet, in welche die Leitung 16 mündet, welche vom Ausgang A als Leitung 16A in den unteren Arbeitsraum 15 des Arbeitszylinders 14 mündet. Von der Leitung 16 zweigt vor dem Gegenhalteventil 18 eine Steuerleitung 27 ab, welche an einem Wechselventil 28 mündet. Die Steuerleitung 27 führt über das Wechselventil 28 hinaus und mündet in eine Steuerleitung 29, welche wiederum in eine Steuer­ leitung 30 eindringt, die einerseits zu einem Druckbegrenzungsventil 31 führt, andererseits zur Erweiterung 23 und dort in einen oberen Druckraum 33 mündet. Die Steuerleitung 29 geht von der Leitung 16 aus, und zwar von einer Stelle, die zwischen dem Gegenhalteventil 18 und dem unteren Arbeitsraum 15 des Arbeitszylinders 14 liegt. In der Steuerleitung 29 ist eine Drossel 35 angeordnet.

Das Wechselventil 28 hat einen Ventilkörper 36, welcher mit zwei Ventilsitzen 37, 38 zusammenwirkt. An einer Stelle zwischen den beiden Ventilsitzen geht eine Steuerleitung 39 aus, welche in einem unteren Druckraum 40 der Erweiterung 23 mündet. Auf den Ventilkörper 20 bzw. dessen Bund 21 wirkt eine im oberen Druckraum 33 angeordnete Druckfeder 41 ein. Aus dem Beschriebenen ist zu erkennen, daß das Wechselventil 28 im Vorsteuerkreis liegt und nicht in der Haupt­ stromleitung. Dadurch kann es sehr klein ausgebildet werden. Die obere Fläche des Bundes 21 ist mit A_F bezeichnet, die unmittelbar darunterliegende Ringfläche mit A_Z2. Der Eingang am Gegenhalte­ ventil ist mit B bezeichnet, der Ausgang mit A. Die Fläche A_F ist gleich A_A + A_Z2. Aus den Druckmittelverbindungen ist zu er­ kennen, daß die separate Steuerfläche A_Z2 über das Wechselventil 28 vom Patronenanschluß A oder B beaufschlagt werden kann.

Zum Hochfahren des Zylinders wird das Wegeventil so eingestellt, daß Druckmittel über die Leitung 16 zur Ringnut 26 bzw. zum Eingang B fließt und über die Steuerleitung 27 das Wechselventil so einstellt, daß der Ventilkörper 36 am Ventilsitz 38 anliegt. Nun gelangt Druck­ mittel über die Steuerleitung 39 in den Druckraum 40 und beauf­ schlagt die Ringfläche A_Z2, so daß sich das Gegenhalteventil öffnet. Druckmittel fließt nun zum Ausgang A und über die Leitung 16 in den unteren Ringraum 15 des Arbeitszylinders, so daß die Kolben­ stange angehoben wird.

Wichtig ist nun, daß, insbesondere wenn eine große Masse an der Kolbenstange hängt, der Ringraum 15 absolut dicht verriegelt ist, was durch das Gegenhalteventil 18 geschieht. Wird das Steuerventil 11 in die Neutralstellung geschaltet, so wirkt der nun sehr hohe Druck im unteren Arbeitsraum 15 über die Steuerleitungen 29 bzw. 27 so auf das Wechselventil 28 ein, daß der Ventilkörper 36 am Ventil­ sitz 37 anliegt. Dadurch wirkt auf die Fläche A_A des Schließ­ kolbens 20 eine geringere Druckkraft aus dem unteren Druckraum 15 ein, als über die Steuerleitung 29 auf die große Ringfläche A_F am Bund 21, so daß das Gegenhalteventil 18 geschlossen wird. Das ist deshalb möglich, weil der Druck im unteren Druckraum 40 vom Gegen­ halteventil über das Wechselventil abgebaut wird.

Soll der Arbeitszylinder 14 bzw. seine Kolbenstange abgesenkt werden, so wird das Steuerventil 11 in seine Rücklaufstellung ge­ bracht. Druckmittel fließt nun über die Leitung 12 in den oberen Druckraum 13 des Arbeitszylinders, die Leitungen 16, 27 sind ent­ lastet, das Wechselventil 28 stellt sich nun so ein, daß der Druck­ raum 40 und damit die Ventilsteuerfläche A_Z2 mit dem Druck im Zylinderringraum beaufschlagt wird, so daß der Ventilkörper 20 durch den in der Leitung 16 bzw. am Anschluß A + A_Z2 herrschenden Druck gegen A_{F *} p_F angehoben wird und Druckmittel aus dem Arbeits­ zylinder 14 in den Behälter fließen kann. Daraus ist zu erkennen, daß eine Durchströmung der beschriebenen Ventilpatrone bzw. des Gegenhalteventils sowohl von A nach B als auch von B nach A möglich ist. Ein zweites, zusätzliches Ventilelement im Hauptstrom ist nicht erforderlich.

Der Einsatz des Gegenhalteventils ermöglicht, durch einfache Variation der Vorsteuerung mit Standardaufbauplatten, eine Vielzahl von häufig benötigten Varianten für verschiedene Einsatzfälle mit Standardkomponenten auszuführen. Diese sind in den nachfolgenden Fig. 2 bis 6 dargestellt. Hierbei ist nur das Nötigste be­ schrieben, d. h. nicht sämtliche Druckmittelverbindungen, da diese aus den Zeichnungen klar zu erkennen sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gleiche Teile wie zuvor mit den selben Ziffern bezeichnet, was im übrigen auch für die nach­ folgenden Ausführungsbeispiele gilt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 - das Wechselventil 28 ist lediglich aus zeichnerischen Gründen über dem Gegenhalteventil 18 dargestellt - ist ein propor­ tional verstellbares Druckbegrenzungsventil 45 in einer oberen An­ schlußplatte 46 vorgesehen. Im Grunde genommen handelt es sich um das Druckbegrenzungsventil 31 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, nur daß hier die Ansprechcharakteristik durch ein proportionales Glied 47 veränderbar ist. Ansonsten ist die Funktion genau die selbe wie zuvor. Der am Druckbegrenzungsventil 45 eingestellte Druck wirkt über eine Steuerleitung 48 im Druckraum 33 des Gegenhalteventils 18. Die Umgebungs-Rückschlagfunktion von B nach A wird erreicht durch Aufsteuern der Ventilpatrone an der Ringfläche A_Z2 über einen An­ schluß 49, der an die Leitung 16 angeschlossen ist.

Eine derartige Ausbildung ist besonders zweckmäßig für hydraulische Verbraucher (Zylinder, Hydromotoren), bei denen äußere Kräfte über hydraulische Gegenhaltung kompensiert werden sollen, zum Beispiel senkrechte Schließeinheiten bei Kunststoffverarbeitungsmaschinen, Pressen, Winden, Kränen usw. Fig. 2a ist das Ersatzschaubild zu Fig. 2.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 betrifft ein Ventil mit inte­ grierter Umgehungs-Rückschlagventil-Funktion und schaltbarer "Freier Fall-Funktion". Die Grundfunktion ist genau wie beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2 bzw. Fig. 2b, jedoch ist hier ein zusätzliches 4/2-Schaltventil 50 im Vorsteuerkreis angeordnet, mit Gegenhalte­ funktion I und "Freie-Fall-Funktion" II. Das Schaltventil kann auch wahlweise in Sitzventilbauweise ausgeführt werden, um ein leckage­ freies Halten des Zylinders zu ermöglichen (gilt auch für Fig. 4).

Durch Erregen des Magnets 51 des Schaltventils 50 wird die Fläche A_F am Gegenhalteventil zum Behälter entlastet. Die Bewegung des Arbeitszylinders bzw. dessen Kolbenstange ergibt sich nun aus dem Zusammenwirken der hydraulischen (Stellung des Richtungsventils und den Systemdrücken) und den äußeren Kräften, unabhängig vom Gegen­ halteventil. Die Fig. 3a zeigt lediglich wieder das Ersatzschalt­ bild obigen Schaltkreises. Bei Strömungsrichtung a - siehe den Pfeil bei Fig. 2 - wirkt die Ringfläche A_Z2 mit der Fläche des Schließ­ kolbens bzw. der Patronenfläche A_A gemeinsam gegen die gleich große Fläche A_F als Druckbegrenzungsventil in Gegenhaltung. Bei Strömungsrichtung b - siehe ebenfalls wieder bei Fig. 2 - wirkt die Ringfläche A_Z2 über das Wechselventil 28 mit Druck beaufschlagt und die Patrone geöffnet (Durchfluß B-A).

Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 handelt es sich um ein Gegenhalteventil mit integrierter Umgehungs-Rückschlagventil-Funk­ tion, schaltbarer "Freier-Fall-" und Sperrfunktion. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in der Standardaufbauplatte 53 ein 4/3-Schaltventil 54 im Vorsteuerkreis angeordnet, das neben der "Freier-Fall"-Funktion noch eine Sperrfunktion aufweist. Sie unter­ scheidet sich von der Gegenhalte-Funktion durch die Entlastung der Steuerfläche A_Z2 über das 4/3-Schaltventil zum Tank. Hierdurch wird ein eindeutiger Flächenüberschuß (A_F < A_A) in Schließ­ richtung des Hauptstromschiebers erzielt. Die Sperrstellung wird er­ reicht, bis p_A = p_Gegen A_F/A_A bei weiterem Druckanstieg von p_A Gegenhaltung mit p_Gegen A_F/A_A (Fig. 1). Die Sperrfunktion wird zur zweiten Druckstufe.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 handelt es sich um ein Gegen­ druckabhängiges Gegenhalteventil mit integrierter Umgehungs-Rück­ schlagventil-Funktion in einer Standardplatte 57.

Durch das Gegendruckabhängige Gegenhalteventil 58 im Vorsteuerkreis kann der Gegenhaltedruck für die gewollte Abwärtsbewegung im Haupt­ strom gesenkt werden. Hierdurch werden die Druckverluste gemindert. Die Umgehungs-Rückschlagventil-Funktion bleibt wie bei Fig. 2 un­ verändert erhalten.

Nachträglich sei noch erwähnt, daß es sich bei den Fig. 4a und 5a wiederum um Ersatzschaltbilder der Fig. 4 und 5 handelt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 handelt es sich um ein Gegen­ halteventil mit integrierter Umgehungs- Rückschlagventil-Funktion und sicherer Sperrstellung, sowie "Freier-Fall-Funktion". Das Haupt­ stromventil ist stellungsüberwachend durch eine Stellungsüberwachung 67. Hier ist ein 4/2-Schaltventil 62 zur Auswahl der "Freie-Fall- Funktion" oder Gegenhaltefunktion und ein zweites 4/2-Schaltventil 50 zur Auswahl der Sperrstellung oder Freigabe der Funktionen von 62 vorgesehen. Zusätzlich kann das Ventil 50 auch stellungsüberwacht werden. Diese letzteren Funktionen sollen lediglich zeigen, welche Variationsmöglichkeiten denkbar sind. Die Fig. 6b zeigt das ent­ sprechende Ersatzschaubild. Das Sitzventil - nun bezeichnet mit 50A in Teilfig. 6C, kann auch leckölfrei mit einem Rückschlagventil 50B ausgeführt sein.

Claims (9)

1. Senkrechte hydraulische Arbeitsachse mit einem als Sitzventil ausgebildeten Gegenhalteventil (18) für einen Arbeitszylinder (14), das an die von der Last beaufschlagte Zylinderunterseite (15) ange­ schlossen ist und einen Bund (21) mit einander entgegenwirkenden ersten und zweiten Steuerflächen aufweist, wobei die Schließkolben- - fläche vom Druck der Zylinderunterseite beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gegenhalteventil (18) ein in einem Vor­ steuerkreis liegendes Wechselrückschlagventil (28) zugeordnet ist, das sowohl vom Förderdruck wie auch vom Druck in der Zylinderunter­ seite betätigbar ist und dadurch Verbindung herstellt zur ersten kleineren Steuerfläche A_Z2.

2. Arbeitsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenhalteventil (18) in Patronenbauweise ausgebildet ist.

3. Arbeitsachse nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gegenhalteventil (18) ein proportional verstellbares Ventil (45) zur Gegenhaltefunktion für die Verbindung von der Zylinder­ unterseite (15) zum Behälter zugeordnet ist, insbesondere in einer Standardaufbauplatte (46).

4. Arbeitsachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (45) einen Bypaß mit Umgehungs-Rückschlagventilfunktion auf­ weist.

5. Arbeitsachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu­ sätzliche Ventil (45) ein Druckbegrenzungsventil mit fester Ein­ stellung ist.

6. Arbeitsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer zusätzlichen Aufbauplatte ein Wegeventil (50) angeordnet ist, das zusätzlich zur Gegenhaltefunktion (1) eine "Freier-Fall-Funktion" (II) für den Arbeitszylinder aufweist.

7. Arbeitsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer zusätzlichen Aufbauplatte (53) ein Wegeventil (54) mit zusätzlich schaltbarer "Freier-Fall-Funktion"-Stellung und Sperrfunktion geschaltet ist.

8. Arbeitsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer Aufbauplatte (57) ein gegendruckabhängiges Druckbegrenzungsventil (58) angeordnet ist, das über eine Steuer­ leitung (59) von der Förderleitung (16) angesteuert ist.

9. Arbeitsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich über ein 4/2-Schaltventil (50) im Vor­ steuerkreis eine sichere Sperrstellung geschaltet werden kann sowie eine integrierte Umgehungs-Rückschlagventilfunktion, daß ein ein­ deutiger Flächenüberschuß und durch die Abtrennung des Druckbe­ grenzungsventils von der Patronenfläche auch ein Kraftüberschuß in Schließrichtung erzeugt wird, und daß das Gegenhalteventil (62) eine "Freier-Fall-Funktion" hat.