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Stand der Technik:
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Die
Erfindung geht von einer Steuereinrichtung mit Sperrblock, für eine doppeltwirkende
Kolben-Zylinder-Einheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
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Aus
der
DE 19 29 482 A ist
eine Sperrventilanordnung für
eine hydraulische Steueranlage bekannt. Die einen Sperrblock bildende
Sperrventilanordnung umfaßt
zwei vorgesteuerte Rückschlagventile
und einen Steuerkolben. Die in Rückflußrichtung sperrenden
Rückshlagventile
sitzen gegeneinander in einer gemeinsamen Ventilbohrung. Zwischen
beiden Ventilen sitzt hydraulisch zentriert ein Steuerkolben. Je
eine Arbeitsleitung mündet
beidseits vom Steuerkolben in die Ventilbohrung. Die in den beiden Enden
der Ventilbohrung sitzenden Rückschlagventile
haben in ihren Schließgliedern
je ein ebenfalls in Rückflußrichtung
sperrendes Vorsteuerventil. Letztere werden einzeln bei Bedarf vom
Steuerkolben geöffnet.
Der Steuerkolben öffnet
jeweils das Vorsteuerventil, vor dem über die entsprechende Arbeitsleitung der
niedrigere Druck anliegt.
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Dient
der Sperrblock zur Steuerung einer doppeltwirkenden Zylinder-Kolben-Einheit,
bewegt sich der Kolben bei in Kolben bewegungsrichtung ziehender
Last nur ruckartig vorwärts.
Durch die ziehende Last fällt
der Druck in der den Zylinder versorgenden Arbeitsleitung so stark,
daß die
andere Arbeitsleitung, die das aus dem Zylinder verdrängte Druckmittel
zurückführt, gesperrt
wird. Das dortige Rückschlagventil öffnet erst
wieder, wenn der Druck in der den Zylinder versorgenden Arbeitsleitung
hoch genug ist.
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Vorteile der Erfindung:
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Bei
dem Gegenstand der Erfindung werden in dem zwischen einem Mehrwegeventil
und einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Einheit angeordneten
Sperrblock zwei Rückschlagventile
mit jeweils separat vorgeschalteten Entsperrventilen verwendet. Jedes
Entsperrventil hat eine eigene hydraulisch betätigte Entsperrung.
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Hierzu
ist zwischen dem rückseitigen
Druckraum des ersten Rückschlagventils
und einem Rücklauf
ein erstes Entsperrventil angeordnet, während zwischen dem rückseitigen
Druckraum des zweiten Rückschlagventils
und dem Rücklauf
ein zweites Entsperrventil sitzt. Dabei sind über die in Rückflußrichtung – also vom
Verbraucher zum Mehrwegeventil hin – sperrenden Entsperrventile
die rückseitigen Druckräume der
Rückschlagventile
mit dem Rücklauf des
Mehrwegeventils, mit dem Tank oder einem anderen Rücklauf verbunden.
Das erste Entsperrventil wird zu seiner Öffnung aus einer zweiten, zum
anderen Rückschlagventil
führenden
Arbeitsleitung angesteuert. Das zweite Entsperrventil wird zu seiner Öffnung aus
der ersten Arbeitsleitung angesteuert. Zusätzlich können die beiden zwischen den
Rückschlagventilen
und dem Mehrwegeventil liegenden Arbeitsleitungen in Neutralstellung
des Mehr wegeventils beispielsweise über Feinsteuerkerben mit dem
Rücklauf
hydraulisch verbunden sein. Auf diese Weise sind die Arbeits- und
Steuerleitungen bei ruhenden Kolben bzw. ruhender Last entlastet.
Sobald eine Arbeitsleitung unter Druck steht, wird das in der anderen
Arbeitsleitung integrierte Entsperrventil geöffnet. Dadurch kann das aus
dem Zylinder verdrängte
Druckmittel nicht am Rückfluß in den
Tank gehindert werden. Der aus- oder einfahrende Kolben bewegt sich
nach dem Anfahren auch bei einer ziehenden Last nicht mehr ruckartig,
sondern ruhig und annähernd
gleichförmig.
Die Entsperrventile dienen als reine Schalter. Die Steuerfunktion
der Kolbenbewegung wird nur durch die Schieberbewegung des Mehrwegeventils
bewirkt.
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Zeichnungen:
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung einer neben dem Stand der Technik
schematisch dargestellten Ausführungsform:
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1:
Hydraulikschaltplan einer Steuereinrichtung mit einem Sperrblock
nach dem Stand der Technik für
die Beschaltung eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders;
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2:
Hydraulikschaltplan wie in 1, jedoch
mit einem Sperrblock mit zwei separaten Entsperrventilen.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels:
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1 zeigt
einen bekannten Hydraulikschaltplan einer Steuereinrichtung, über die
eine doppeltwirkende, positiv und negativ belastete Zylinder-Kolben-Einheit
(4) angesteuert wird.
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Der
Arbeitszylinder (6) wird von einem Druckmittelanschluß (1)
aus über
ein Mehrwegeventil (20) und einen Sperrblock mit Hydrauliköl versorgt.
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Das
beispielsweise mechanisch betätigte Mehrwegeventil
(20) hat einen Längsschieber
(30) mit zylindrischer Außenkontur, der zwischen zwei Druckfedern
in seiner neutralen Mittellage gehalten wird. Der Längsschieber
(30) weist drei nebeneinander angeordnete Ringnuten (31, 33, 35)
auf. Gegenüber
der mittleren Ringnut (33) befindet sich im nicht dargestellten
Gehäuse
des Mehrwegeventils (20) ein Zulaufringkanal (21),
der über
eine Zulaufleitung (11) aus dem Druckmittelanschluß (1)
gespeist wird. Beidseits neben dem Zulaufringkanal (21)
liegen ein erster (22) und ein zweiter Verbraucherringkanal
(23). Jeder Verbraucherringkanal (22, 23)
ist über
eine separate Arbeitsleitung (13) und (14) am
Sperrblock angeschlossen. Bei der mittigen Nullstellung des Längsschiebers
(30) sind beide Verbraucherringkanäle (22, 23)
verschlossen. Gegenüber
den beiden außenliegenden
Ringnuten (31, 35) des Längsschiebers (30)
sind zwei Rücklaufringkanäle (24)
und (25) angeordnet. Beide münden über die gegabelte Rücklaufleitung
(12) in einen Tank (2).
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Die
mittlere Ringnut (33) hat beidseits Feinsteuerkerben. Die äußeren Ringnuten
(31, 35) weisen jeweils nur an ihren zur Schiebermitte
hin orientierten seitlichen Ringnutwänden Feinsteuerkerben auf.
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Zusätzlich hat
der Längsschieber
(30) eine durchgehende Längsbohrung (38). Diese
steht über jeweils
eine Drosselstelle (39) mit den im Gehäuse außen liegenden Rücklaufringkanälen (24, 25)
in Verbindung.
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Der
zwischen dem Arbeitszylinder (6) und dem Mehrwegeventil
(20) liegende doppeitwirkende Sperrblock umfaßt zwei
koaxial angeordnete und gegeneinander gerichtete Rückschlagventile
(40) und (50), zwischen denen ebenfalls koaxial
ein Schaltkolben (100) axial beweglich sitzt. Jedes Rückschlagventil
(40, 50) ist als Sitzventil ausgebildet. Es hat
ein patronenartiges Schließglied
(45, 55) das in Sperrstellung auf einem Ventilsitz
(42, 52) dichtend aufliegt. Zwischen der Dichtkante
und der Führungsfläche weist
das Schließglied
(45, 55) eine Ringschulter (46, 56)
auf. Gegenüber
der Ringschulter (46, 56) befindet sich im Gehäuse des
Sperrblocks ein Ringkanal (41, 51), der sich bis
zum Ventilsitz (42, 52) erstreckt und über eine
Verbraucherleitung (15, 16) mit dem jeweiligen
Kolbenraum (7, 8) des Arbeitszylinders (6)
in Verbindung steht. Unterhalb des Ringkanals (41, 51)
und vor der Ringschulter (46, 56) hat das Schließglied (45, 55)
beispielsweise eine radiale Drosselbohrung (47, 57).
Letztere verbindet den Ringkanal (41, 51) mit
einem Rückraum
(43, 53) im und hinter dem Schließglied (45, 55).
Im Rückraum (43, 53)
des hohlen Schließgliedes
(45, 55) ist zentral ein Vorsteuerventil (80, 90)
angeordnet. Das Vorsteuerventil (80, 90) besitzt
eine Ventilkugel (85, 95), die mittels einer Druckplatte
(86, 96) und einer Schraubendruckfeder (87, 97)
gegen die Kante einer zentralen Ventilbohrung (81, 91)
im Schließglied
(45, 55) drückt.
Das jeweilige Vorsteuerventil (80, 90) und das es
tragende Rückschlagventil
(40, 50) haben die gleiche Schließ- bzw.
Sperrichtung.
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Der
zwischen den Schließgliedern
(45) und (55) liegende Schaltkolben (100)
hat beidseits je einen Schaltstift (101) und (102).
Die Schaltstifte (101, 102) haben einen kleineren
Durchmesser als die Ventilbohrungen (81, 91) und
sind länger
als diese, so daß sie
bei einer axialen Verlagerung des Schaltkolbens (100) die
entsprechende Ventilkugel (85, 95) von ihrem Sitz
abheben können.
Bei einem öffnen des
jeweiligen Vorsteuerventils (80, 90) wird eine Verbraucherleitung
(15, 16) mit der entsprechenden Arbeitsleitung
(13, 14) über
den Ringkanal (41, 51), die Drosselbohrung (47, 57)
und die Ventilbohrung (81, 91) hydraulisch verbunden.
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Befindet
sich der Längsschieber
(30), wie in 1 gezeigt, in seiner Neutralstellung,
sind die Verbraucherringkanäle
(22, 23) gegen den Zu- und Rücklauf verschlossen. Der Schaltkolben
(100) ist druckausgeglichen und nimmt seine Mittelstellung zwischen
den Rückschlagventilen
(40) und (50) ein. Die Rückschlagventile (40, 50)
stehen in Sperrstellung, womit der Kolben (5) des Arbeitszylinders
(6) in seiner momentanen Position blockiert ist.
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Um
den Kolben (5) in Pfeilrichtung auszufahren, wird der Längsschieber
(30) geringfügig
nach links verschoben. Die linksseitigen Feinsteuerkerben der Zulaufringnut
(33) gelangen unter den ersten Verbraucherringkanal (22). über die
erste Arbeitsleitung (13) fließt Druckmittel in dem Raum
zwischen dem Steuerkolben (100) und dem Schließglied (45)
des ersten Rückschlagventils
(40). Der sich dort aufbauende Druck hebt das Schließglied (45)
gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (87) und gegen
den Druck im Rückraum
(43) von seinem Ventilsitz (42) ab. Das Druckmittel
strömt über die
erste Verbraucherleitung (15) in den ersten Kolbenraum
(7). Der Kolben (5) setzt sich in Pfeilrichtung
in Bewegung. Das aus dem zweiten Kolbenraum (8) verdrängte Druckmittel
steht über
die zweite Verbraucherleitung (16), den Ringkanal (51)
und die Drossel bohrung (57) im Rückraum (53) des zweiten
Rückschlagventils (50)
an. Dadurch steigt der Druck in der ersten Arbeitsleitung (13).
Der Steuerkolben (100) wird nach rechts verschoben, bis
sein rechter Schaltstift (102) die Ventilkugel (95)
des zweiten Vorsteuerventils (90) von seinem Sitz abhebt.
Das Druckmittel im Rückraum
(53) wird über
die Ventilbohrung (91), die zweite Arbeitsleitung (14),
den zweiten Verbraucherringkanal (23) und die rechte Rücklaufringnut
(35) in die Rücklaufleitung
(12) entlastet. Der über
den Ringkanal (51) an der Ringschulter (56) anstehende
Druck des zurückströmenden Druckmittels öffnet das
Rückschlagventil
(50). Das Schließglied
(55) bewegt sich nach rechts. Das Druckmittel des zweiten
Kolbenraumes (8) fließt über den
Spalt zwischen dem Schließglied
(55) und seinem Ventilsitz (52) und über die zweite
Arbeitsleitung (14) in den Rücklauf.
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Wird
während
dem Ausfahrvorgang des Kolbens (5) die ziehende Last größer als
die hydraulische Stellkraft, so wird der abfließende Druckmittelstrom größer als
der zufließende.
Dadurch kommt es u. a. in der ersten Arbeitsleitung (13)
zu einem Druckeinbruch, während
in der zweiten Arbeitsleitung (14) der durch den Längsschieber
(30) angedrosselte Druck des abfließenden Druckmittelstroms ansteht. Als
Folge hiervon bewegt sich der Steuerkolben (100) nach links.
Das Vorsteuerventil (90) schließt. Die Ausfahrbewegung des
Kolbens (5) stoppt. Daraufhin steigt in der ersten Arbeitsleitung
(13) der Druck wieder an. Der Steuerkolben (100)
bewegt sich wieder nach rechts und öffnet das zweite Vorsteuerventil
(90). Der beschriebene Schwingungsvorgang beginnt von neuem.
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Dieses
instabile Verhalten wird durch die in 2 dargestellte,
neue Schaltung vermieden. Innerhalb der Schaltung wird ein anderer
Sperrblock verwendet und das Mehrwegeven til (20) bezüglich seiner
inneren Steuerkanten der äußeren Ringnuten verändert.
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In
den Rückschlagventilen
(40) und (50) sind hier keine vorsteuernden Ventile
integriert. Statt dessen werden zwei separate, außerhalb
der Rückschlagventile
(40, 50) angeordnete Entsperrventile (60)
und (70) benutzt. Je ein Entsperrventil (60, 70) ist
zwischen dem jeweiligen Rückraum
(43, 53) des entsprechenden Rückschlagventils (40, 50)
und einem dazugehörigen
Rücklaufringkanal
(24, 25) des Mehrwegeventils (20) geschaltet.
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Jedes
Entsperrventil (60, 70) ist ein hydraulisch entsperrbares
Sperrventil in Sitzbauweise. Es besteht aus zwei koaxial angeordneten
Kammern (61, 62; 71, 72) die über eine
Ventilbohrung (63, 73) miteinander verbunden sind.
Die eine Kammer ist eine Ventilkammer (61, 71),
in der ein Schließglied, beispielsweise
eine Ventilkugel (65, 75), mit Hilfe einer Ventilfeder
(66, 76) in Schließstellung auf ihrem Ventilsitz
aufliegt. Die andere Kammer ist eine Führungsbohrung (62, 72),
in der ein Entsperrkolben (67, 77) gelagert ist.
Der Entsperrkolben (67, 77) hat auf seiner Vorderseite
einen Stößel (68, 78),
der bei Bedarf durch Verschieben des Entsperrkolbens (67, 77) in
die Ventilbohrung (63, 73) eingefahren wird. Der Durchmesser
des Stößels (68, 78)
ist hierbei kleiner als der Durchmesser der Ventilbohrung (63, 73),
da durch den Spaltraum zwischen Stößel (68, 78)
und Ventilbohrung (63, 73) bei geöffnetem
Entsperrventil (60, 70) Steueröl geführt wird. Der Raum auf der Rückseite
des Entsperrkolbens (67, 77) wird zum öffnen des
Entsperrventils (60, 70) über eine Steuerleitung (17, 18)
mit Druck beaufschlagt. Die Steuerleitung (17), des ersten
Entsperrventils (60) ist an der zweiten Arbeitsleitung
(14) angeschlossen, während die
Steuerleitung (18) des zweiten Ent sperrventils (70)
mit der ersten Arbeitsleitung (13) verbunden ist.
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Der
Längsschieber
(30) des Mehrwegeventils (20) ist gegenüber dem
Schieber aus 1 nur im Bereich der äußeren Ringnuten
(31, 35) geändert. In
den zur Längsschiebermitte
hin orientierten Steuerkanten dieser Ringnuten (31, 35)
sind die Feinsteuerkerben (32, 36) in Richtung
auf die Längsschiebermitte
verlängert,
so daß bei
der Neutralstellung des Längsschiebers
(30) die Verbraucherringkanäle (22) und (23)
mit ihren benachbarten Rücklaufringkanälen (24)
und (25) drosselnd verbunden sind. über die Feinsteuerkerben (32, 36)
sind die Arbeitsleitung (13, 14) und die Steuerleitungen
(17, 18) in der Neutralstellung des Längsschiebers
(30) in den Tank (2) entlastet.
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Zum
Ausfahren des Kolbens (5) in Pfeilrichtung wird der Längsschieber
(30) nach links verschoben bis zumindest die Feinsteuerkerben
der mittleren Ringnut (33) den ersten Verbraucherringkanal
(22) mit dem Zulaufringkanal (21) verbinden. In
der ersten Arbeitsleitung (13) und der Ventilkammer des
ersten Rückschlagventils
(40) baut sich Druck auf. Letzteres öffnet gegen die Kraft einer
das Schließglied
(45) belastenden Rückstellfeder
(48) und den im Rückraum (43)
bzw. ersten Kolbenraum (7) anstehenden Druck geringfügig. Gleichzeitig
liegt der sich in der ersten Arbeitsleitung (13) aufbauende
Druck über
die Steuerleitung (18) am zweiten Entsperrventil (70)
an. Der dortige Entsperrkolben (77) hebt die Ventilkugel
(75) von ihrem Dichtsitz ab. Das Entsperrventil (70) öffnet. Hierdurch
wird der Rückraum
(53) des zweiten Rückschlagventils
(50) über
das zweite Entsperrventil (70) in den rechten Rücklaufringkanal
(25) und mit dem Tank (2) verbunden. Im zweiten
Rückschlagventil (50)
wird die Ventilschließkraft
nur noch von der Rückstellfeder
(58) aufgebracht. Der aus der Kolbenkammer (8)
verdrängte
Druckmittelstrom öffnet über die
Ringschulter (56) das Rückschlagventil
(50). Das Druckmittel gelangt in die zweite Arbeitsleitung
(14) und in die erste Steuerleitung (17). Die
zweite Arbeitsleitung (14) ist über die Feinsteuerkerbe (36)
immer noch angedrosselt, so daß der
in der zweiten Arbeitsleitung (14) entstehende Druck das
erste Entsperrventil (60) öffnet. Dadurch wird der Rückraum (43)
des ersten Rückschlagventils
(40) in den Tank (2) entlastet. Das erste Rückschlagventil
(40) öffnet weiter.
Der Kolben (5) bewegt sich schneller in Pfeilrichtung.
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Wird
der Kolben (5) beim Ausfahren zusätzlich durch eine ziehende
Last belastet, sinkt zwar der Druck in der ersten Arbeitsleitung
(13) und der Steuerleitung (18) geringfügig, jedoch
nicht so weit, daß das
zweite Entsperrventil (70) schließt. Die Druckhöhe und die
Abmessung der Entsperrkolben (67, 77) sind so
ausgelegt, daß die
Entsperrventile (60, 70) und damit auch die Rückschlagventile
(40, 50) während
einer Kolbenbewegung immer geöffnet
bleiben. Die Entsperrkolben (67, 77) sind hierfür nur einseitig druckbelastet.
Die Ventilkammern (61, 71) der Entsperrventile
(60, 70) sind permanent mit dem Rücklauf verbunden.
Dadurch arbeitet der Sperrblock wie ein Schalter. Die Feinsteuerung
der Kolbenbewegung obliegt ausschließlich dem Mehrwegeventil (20).
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Da
der Steuerblock mit seinen Ventilen (20; 40, 50; 60, 70)
symmetrisch ausgebildet ist, kann der Kolben (5) auch beim
Einfahren mit geschobener oder ziehender Last in entsprechender
Weise gesteuert werden.
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Selbstverständlich kann
der Steuerblock auch für
eine einfachwirkende Zylinder-Kolben-Einheit unter Beibehaltung
der offenbarten Funktion umgebaut werden.