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Einrichtung zur hydraulischen Steuerung von Maschinen =====================================================
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur hydraulischen Steuerung von Maschinen.
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Die bisher bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art weisen im wesentlichen
Schieberventile zur Ausführung einer einer hydraulischen Wege funktion auf.
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Bei der Ausfürrung einer hydraulischen Wegefunktion mittels Schieberventilen
treten bei der Umschaltung des Hauptdruckmittelstromes starke Stöße auf, da die
Umschaltung des Schieberventils zwar sehr langsam, die Umschaltung des Hauptdruckmittelstromes
im Anschluß an die Umschaltung des Schieberventils jedoch schlagartig erfolgt.
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Der ständigen Forderung nach höheren Maschinengeschwindigkeiten kann
mittels einer hydraulischen Steuerung aus Schieberventilen demnach nicht mehr Rechnung
getragen werden. Die Abdichtung des Hauptdruckmittelstromes erfolgt mittels Passungen
an Steuerschieber und Gehäuse des Wegeventils, weiche hintereinander angeordnet
sind, so daß große Außenabmessungen des Wegeventils nicht zu vermeiden sind. Durch
die Abdichtung des Bauptdruckmittelstromes mittels Passungen ist ein baldiges Nachlassen
der Dichtwirkung unvermeidbar, unvermeidbar. Ebenso ist ein F-stklermen des Steuerschiebers
die Hauptursache von Störungen. Für verschiedene Null stellungen eines Wegeventils
sind verschiedene
Steuerschieber erforderlich. Da bei der Umsteuerung
eines Schieberventils zwangsläufig alle an einem Steuerschieber befindlichen Dichtpassungen
umgeschaltet werden, ist bei der Ausfillirung einer Sicherheitsfunktion ein zweites
Wegeventil gleicher Nennweite erforderlich, welches außerdem mittels schaltern in
seiner Schaltstellung kontrolliert wird. Weiterhin müssen die HBuptdruckmittelans
chlüs se der einzelnen Wegeventile mittels zusätzlicher Verteilerblöcke entsprechend
in Verbindung gebracht werden. Zusätzliche Funktionen, wie Geschwindigkeitsregulierung,
Differentialkreislauf, Niederdruckkreislauf, Druckbegrenzung, Druckzuschaltung,
Druckabschaltung und Druckminde rung messen außerhalb des Wegeventils unter zusätzlichem
Aufwand an Sitzventilen, Druckventllen und Stromventilen im Hauptdruckmittelstrom
des Verteilerblocks angebracht werden.
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Aufgrund des relativ großen Steuerdruckmittelbedarfs müssen zur Umsteuerung
des Wegeventils Magnetventile relativ großer Nennweite verwendet werden. Bei automatischem
Produktionsablauf können ur die Wege funktionen und deren zeitliche Folger £rittels
einer Programmkarte elektrisch gesteuert werden, während die res@lichen Funktionen
wie GeschwindikeitsregUlierung, Differentialkreislauf, Niederdruckkreislauf, Druckbegrenzung,
Druckzuschaltung, Druckabschaltung und Druckminderung manuell auf die neuen Produktionsbedingungen
eingestellt werden müssen.
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Die geforderten Funktionen können demnach nur durch eine Vielfalt
an Ventiltypen erfüllt werden. Desweiteren müssen diese Ventile durch umfangreiche
SteuerbohruIgen miteinander in Verbindung gebracht werden. Ebenfalls ist eine umfangreiche
Ersatzteilhaltung notwendig.
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Aua den oben angeführten Erkanntnissen resultiert die Aufgate der
Erfindung, welche grundsätzlich darin besteht,
die genannten Nachteile
zu beseitigen und darüber hinaus die Produktivität des Arbeitszyklus von Maschinen
nt>ch weiter zu steigern und dabei zu erreichen, daß trotz erhöhter Produktivität
und rascherer Umschaltung der Wegeventile keine hydraulischenStö.ße auftreten, die
Abdichtung des Hauptdruckmittelstromes dauerhaft störungs- und leckölfrei erfolgt,
die Dichtkanten der Wegeventile einzeln *nd unabhängig voneinander steuerbar angeordnet
sind, wobei jede gewünschte hydraulische Funktion mittels eines universellen Vorsteuerventils
ausgeführt und elektrisch gesteuert werden kann, bei gleichzeitiger Verbilligung,
räumlicher Vereinfachung und Verkleinerung der hydraulischen Steuerung.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die hydraulische Steuerung nach der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulis.chen Funktionen durch ein oder
mehrere, voneinander unabhängig steuerbare Sitzventile gesteuert werden, wobei jedem
Sitzventil ein Vorsteuerventil zugeordnet ist.
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Da die verwendeten Sitzventile nach Ausführung einer Wegefunlction
entgegen dem Druckmittel strom kontinuierlich schliessens wird bei jeder Schaltfunktion
jegliche Art von hydraulischen Stößen verhindert und der ständigen Forderung nach
höherer Produktivität Rechnung getragen.
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Die Abdichtung des Hauptdruckmittelstromes erfolgt mittels Dichtsitzen
leckölfrei und dauerhaft. Ein Festklemmen der einzelnen Sitzventile infolge unsauberer
Montage des Ventilblocks, in welchem sich die Sitzventile befinden, ist kaum möglich.
Durch die unabhängig steuerbaren Dichtsitze ergibt sich räumlich eine wesentliche
Vereinfachung und Verkleinerung der Steuerung. Aus dem gleichen Grund ist bei Ausführung
einer Sicherheitsfunktion ein zweites Wegeventil gleicher Nennweite nicht erforderlich,
da die Schaltstellung eines einzelnen, an der Ausübung
der Wegefunktion
bereits beteiligten Sitzventils mittels Endschaltern überwacht werden kann. Da kein
zweites Wegeventil erforderlicAl ist und auch alle zusätzlich gewünschten Funktionen,
wie r;e 5 c1wildigkeits -regulierung, Differential- und Niederdruckkreislauf, Druckbegrenzung,
Druckzuschaltung, Druckabschaltung, Druckminderung, von den bereits an der Wegefunktion
beteiligten Sitzventilen übernommen werden können, werden auch die bei Schieberventilen
erforderlichen Verteilerblöcke nicht benötigt. Wegen des geringen Steuerdruckmittelbedarfs
können die Vorsteuerventile in der Nennweite erheblich kleiner bemessen werden Die
Abdichtung des Steuerdruckmittels erfolgt durch die überdimensionierte Führung des
Sitzventilkegels zuverlässig. Da Ventilblöcke und Ventileinstze, bestehend aus Ventilbuchse
mit Ventilsitz und Ventilkegel, für alle möglichen Wegefunktionen gleich sind, ergeben
sich große Vorteile bezüglich Produktion und Lagerhaltung der Einzelteile.
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Bei Störung durch Verschleiß müssen lediglich die Ventileinsätze ausgetauscht
werden, wodurchdie Produktion nur geringfügig unterbrochen wird.
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Weitere Vorteile werden dadurch erreicht, daß der Steuerschieber des
Vorsteuerventils mittels einer steuerbaren, magnetischen Kraft schaltbar angeordnet,
sowie durch Federkraft und Schaltkolben zurückschaltbar ist, wobei der Schaltkolben
von der Schaltstellung des Steuerschiebers abhängig, hydraulisch zu- und abgeschaltet
wird.
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Bei automatischen Produktionsablauf können somit nicht nur die Wegefunktionen
und deren zeitliche Folgen, sondern auch die restlichen hydraulischen Funktionen,
wie Geschwindigkeitsregulierung, Differentialkreislauf, Niederdruckkreislauf, Druckbegrenzung,
Druckzuschaltung, Druckabschaltung und Druckminderung,elektrisch mittels einer Programmkarte
eingestellt und gesteuert werden0 Die vielfältigen, bisherigen Ventil typen können
infolge des erfindungsgemässen, universellen Vorsteuerventils entfallen, wobei lediglich
die
entsprechenden Steuerbohrungen mittels Stopfen blockiert werden müssen, um die gewiinschte
Funktion ausführen zu können. Es ergeben sich daraus weiterhin große Vorteile in
der Produktion der Vorsteuerventile der Lagerhaltung und des Kundenservicee Ebenso
sind umfangreiche Steuerbohrungen zur Verbindung der vielfältigen Ventilarten nicht
erforderlich, da das erfindungsgemäße Vorsteuerventil direkt über dem zu steuernden
Sitzventil angeordnet ist0
In den Zeiclinungen ist die Erfindung
in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt: Es zeigen Fig. 1 ein schematisches
Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Einrichtung, Fig. 2 u.4 das
erfindungsgemäße Hydraulikelement in Ruhestellung (schematisch dargestellt), Fig.
3 u.5 das erfindungsgemäße Hydraulikelement in Arbeitsstellung (schematisch dargestellt),
Fig. 6 ein konstruktives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydraulikelementes,
Fig. 7 den Schnitt A-A von Fig. 6.
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Funktionsgleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Das Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Einrichtung
nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus den Sitzventilen 1, 2, 3, 4, den Vorsteuerventilen
5, 6, 7, 8, sowie dem Arbeitszylinder 9. Mit 10 ist eine Hauptdruckmittelleitung
bezeichnet, welche einerseits mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle, und
andererseits mit den Sitzventilen 1 und 2 in Verbindung steht. Eine weitere Hauptdruckmittelleitung
11 verbindet die beiden Sitzventile 3 und 4 miteinander und führt anschließend zum
Druckmittelbehälter 12. Hauptdruckmittelleitung 13 verbindet die beiden Sitzventile
2 und 3 miteinander und führt anschließend zum Zylinderraum 14, während Hauptdruckmittelleitung
15 die beiden Sitzventile 1 und 4 miteinander verbindet und anschließend zum Zylinderraum
16 des Arbsitszylinders 9 führt. Mit 17 ist ein Druckschalter bezeichnet, welcher
über die Steuerdruckmittelleitung 18 mit der Hauptdruckmittelleitung 13 verbunden
ist. Schaltnocken
19 ist mit dem Ventilkegel des Sitzventils 3
verbunden, wobei unter Einwirkung einer Spiralfeder 20 der Ventilkegel des Sitzventils
3 offengehalten wird. Hierbei wird der Endschalter 21 vom Schaltnocken 19 betätigt,
während ein weiterer Endschalter 22, welcher zwischen Schaltnocken 19 und Sitzventil
3 angeordnet ist, nicht betätigt wird. Die Vorsteuerventile 5, 6, 7 und 8 bestehen
im wesentlichen aus den Steuerschiebern 23, 24, 25 und 26, sie den Schaltkolben
27, 28, 29 und 30, wobei zwischen den Stirnseiten je eines Steuerschiebers und Schaltkolbens
eine Spiralfeder 31, 32, 33 und 34 angeordnet ist, welche den jeweiligen Steuerschieber
und Schaltkolben in seiner Endlage fixiert. Die entgegengesetzten Stirnseiten der
Steuerschieber 23, 24, 25 und 26 stehen über die Schaltstifte 35, 36, 37.und 38
mit den Ankern 39, 40, 41 und 42 in Verbindung, welche ihrerseits mit je einer Wicklung
43, 44, 45 und 46 umgeben sind. Steuerdruckmittelleitung 47, welche mit der Hauptdruckmittelleitung
10 verbunden ist, führt zum einen uber das Vorsteuerventil 5 in den Steuerraum des
Sitzventils 1 und zum anderen über das Vorsteuerventil 6 in den Steuerraum des Sitzventils
2, Die Steuerdruclgmittelleitung 48 verbindet die Schalträume 49, 50, 51 und 52,
welche durch die vorhandenen Spiralfedern 31,32, 33 und 34 gebildet werden, miteinander
und führt anschlieBend zur Hauptdruckmittelleitung 11. Eine weitere Steuerdruckmittelleitung
53 verbindet die beiden Vorsteuerventile 7 und 8 miteinander und führt anschliessend
zur Steuerdruckmittelleitung 48. Die Steuerdruckmittelleitung 54, welche mit der
Hauptsteuerdruckmittelleitung 13 in Verbindung steht, führt zum einen zum Vorsteuerventil
6 und zum anderen über das Vorsteuerventil 7 zum Steuerraum des Sitzventils 3. Eine
weitere Steuerdruckmittelleitung 55 führt von der Hauptdruckmittellei-.
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tung 15 über das Vorsteuerventil 8 zum Steuerraum des
Sitzventils
4, während die Steuerdruckmittelleitung 56 die Hauptdruckmittelleitung 15 mit dem
Vorsteuerventil 5 verbindet. Eine weitere Steuerdruckmittelleitung 57 verbindet
die der Spiralfeder 32 abgewandte Stirnseite des Schaltkolbens 28 mit der Steuerdruckmittelleitung
54 und führt anschließend über die Drosselbohrung 58 in den Schaltraum 50 des Vorsteuerventils
6. Ebenso verbindet die Steuerdruckmittelleitung 59die der Spiralfeder 33 abgewandte
Stirnseite des Schaltkolbens 29 mit dem Vorsteuerventil 7 und führt anschließend
über die Drosselbohrung 60 in den Schaltraum 51 des Vorsteuerventils 7, während
die Steuerdruckmittelleitung 61 die der Spiralfeder 34 abgewandte Stirnseite des
Schaltkolbens 30 mit dem Vorsteuerventil 8 verbindet und anschließend über die Drosseibohrung
62 in den Schaltraum 52 des Vorsteuerventils 8 führt.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Einrichtung
ist wie folgt: Zu Beginn des Arbeitsspiels werden die Wicklungen 43, 44 und 46 mittels
elektrischem Strom belastet, wodurch die Anker 39, 40 und 42 über die Schaltstifte
35, 36 und 38 die Steuerschieber 23, 24 und 26 entgegen der geringen Kraft der Spiralfedern
31, 32 und 34 in Pfeilrichtung umschalten, bis diese mit ihrer Stirnseite an den
Schaltkolben 27, 28,und 30 zur Anlage kommen. Das Vorsteuerventil 5 bewirkt dabei,
daß der Steuerraum des Sitzventils 1 über die Steuerdruckmittelleitungen 47 und
56 entlastet wird und sich das Sitzventil 1 öffnet.
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Desgleichen bewirkt das Vorsteuerventil 6 die Entlastung des Steuerraumes
von Sitzventil 2 über die Steuerdruckmittelleitungen 47 und 54, so daß sich auch
Sitzventil 2 öffnet. Hierdurch gelangt Druckmittel von einer nicht dargestellten
Druckmittelquelle über die Hauptdruckmittelleitung
10, die Sitzventile
1 und 2 sowie die Eauptdruckmittelleitungen 13 und 15 in die Zylinderräume 14 und
16 des Arbeitszylinders 9. Da infolge der augenblicklichen Schaltstellung des Vorsteuerventils
8 die Steuerdruckmittelleitung 53 und die Drosselbohrung 62 verschlossen sind, kann
das in der Eauptdruckmittelleitung 15 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung
55 in den Steuerraum des Sitzventil 4 gelangen und das Sitzventil 4 schließen, während
gleichzeitig über die Steuerdruckmittelleitung 61 der Schaltkolben 30 beaufschlagt
wird.
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Der Steuerraum des Sitzventils 3 steht über die Steuerdruckmittelleitungen
54, das Vorsteuerventil 7, die Steuerdruckmittelleitungen 53 und 48 sowie über die
Hauptdruckmittelleitung 11mit dem Druckmittelbehälter 12 drucklos in Verbindung,
während gleichzeitig durch die Spiralfeder 20 über den Schaltnocken 19, welcher
mit dem Sitzventil 3 verbunden ist, Sitzventil 3 offengehalten wird. Diese Schalt
stellung des Sitzventils 3 wird durch den in dieser Stellung des Schaltnockens 19
betätigten Endschalter 21 und den nichtbetätigten Endschalter 22 elektrisch überwacht,
Somit strömt das in der Hauptdruckmittelleitung 13 anstehende Druckmittel über das
Sitzventil 3 und die Xanptdrucknittelleitung 11 drucklos zum Druckmittelbehälter
12, so daß im Zylinderraum 14 kein Druck entstehen kann, welcher den Kolben 63 nebst
Kolbenstange 64 in Pfeilrichtung betätigen könnte, Sind beide Bedingungen erfüllt,
daß Sitzventil 3 geöffnet und die Hauptdruckmittelleitung 13 drucklos ist, so ist
die Gewähr gegeben, daß die augwnblickliche Schaltstellung der Sitzventile 1, 2
und 4 nicht die Folge einer beliebigen Störung ist, so daß der über die Steuerdruckmittelleitung
18 mit der Hauptdruckmittelleitung 13 verbundene Druckschalter 17 und die Endschalter
21und 22 ein übereinstimmend es elektrisches Kommando zur elektrischen Belastung
der Wicklung 45 weiterleiten können. Hierdurch schaltet der Anker 41
über
den Schaltstift 37, den Steuerschieber 25 entgegen der geringen Kraft der Spiralfeder
33 in Pfeilrichtung um, bis dieser mit seiner Stirnseite am Schaltkolben 29 zur
Anlage kommt. Infolgedessen wird die Steuerdruckmittelleitung 53 und die Drosselbohrung
60 verschlossen, so daß das in der Hauptdruckmittelleitung 13 anstehende Druckmittel
über die Steuerdruckmittelleitung 54 in den Steuerraum des Sitzventils 3 gelangen
kann und dieses schließt. Gleichzeitig beaufschlagt das Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung
59 den Schaltkolben 29. Hierauf baut sich nun im Zylinderraum 14 des Arbeitszylinders
9 ein Druck auf, welcher den Kolben 63 nebst Kolbenstange 64 in Pfeilrichtung bewegt,
Hierbei wird das im Zylinderraum 16 befindliche Druckmittel über die Hauptdruckmittelleitung
15, Sitzventil 1, die Haúptdruckmittelleitung 10, das Sitzventil 2 und die Hauptdruckmittelleitung
13 in den Zylinderraum 14 verdrängt, so daß ein Differentialkreislauf zur Erhöhung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 63 nebst Kolbenstange 64 entsteht.
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Zur Schonung des in der Maschine befindlichen Werkzeuges wird während
des Differentialkreislaufes gleichzeitig ein Niederdruckkreislauf bewirkt, das heißt,
es kommt während der Differentialbewegung nur ein vermindeter Druck zur Wirkung.
Übersteigt zum Beispiel durch unvorhersehbare Störungen im Werkzeugbereich während
der Schließbewegung der Maschine der Druck im Zylinderraum 14 den gewünschten Wert,
so pflanzt sich dieser über die Hauptdruckmittelleitung 13, die Steuerdruckmittelleitungen
54 und 57 zum Schaltkolben 28 fort. Dieser schaltet den Steuerschieber 24 des Vorsteuerventils
6 entgegen der auf den Anker 40 in Pfeilrichtung wirkenden magnetischen Kraft, in
die Ruhestellung zurück, so daß die Steuerdruckmittelleitung 54 verschlossen wird,
sich über die Steuerdruckmittelleitung 47 im Steuerraum des Sitzventils 2 ein Druck
aufbaut und Sitzventil 2 schließt. Die Höhe des Minderdruckes wirt demnach von
der
in der Wicklung 44 vorhandenen Stromstärke bestimmt.
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Tritt während des Differentialkreislaufes keine Störung auf, so wird
an dessen Ende durch eine hubabhängige Steuerung der Strom in Wicklung 43 abgeschaltet,
in Wicklung 44 erhöht und.in Wicklung 46 verringert. Hierbei schiebt die Spiralfeder
31 den Steuerschieber 23 in seine Ruhestellung zurück, wobei die Steuerdruckmittelleitung
56 verschlossen wird,- sich über die Steuerdruckmittelleitung 47 im Steuerraum des
Sitzventils 1 ein Druck aufbaut und das Sitzventil 1 schließt. Nun beginnt der eigentliche
Arbeitshub der Maschine, wobei das im ylinderraum 16 befindliche Druckmittel nicht
mehr in den Zylinderraum 14 verdrängt wird, sondern über das Sitzventil 4 und die
Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter 12 entweicht. Die Bewegungsgeschwindigkeit
des Kolbens 63 nebst Kolbenstange 64 ist dabei von der Höhe des Restdruckes in der
Hauptdruckmittelleitung 15 abhängig. Ist der in der Hauptdruckmittelleitung 15 gewünschte
Restdruck erreicht, so schaltet das in den Steuerdruckmittelleitungen 55 und 61
anstehende Druckmittel den Schaltkolben 30 nebst Steuerschieber 26 entgegen der
auf den Anker 42 noch wirkenden, restlichen Kraft in die Ruhestellung zurück. Hierdurch
wird die Steuerdruckmittelleitung 53 geöffnet, wobei das im Steuerraum des Sitzventils
4 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitungen 55, 53 und 48, sowie
die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter t2 entweichen kann, so
daß sich das Sitzventil 4 öffnet. Infolge des in der Hauptdruckmittelleitung 15
abfallenden Druckes und der damit verbundenen Zurückschaltung des Vorsteuerventils
8, wird Sitzventil 4 anschließend wiederholt geschlossen und geöffnet. Die Höhe
des Restdruckes in der Hauptdruckmittelleitung 15 wird demnach von der in der Wicklung
46 vorhandenen Reststromstärke bestimmt. Während des Arbeitshubes der
Maschine
soll gleichzeitig der im Zylinderraum 14 anstehende Druck begrenzt werden. Wird
der gewünschte Maximaldruck erreicht, so schaltet das in der Hauptdruckmittelleitung
13, den Steuerdruckmittelleitungen 54 und 59 , anstehende Druckmittel den Schaltkolben
29 nebst Steuerschieber 25, entgegen der auf den Anker 41 wirkenden magnetischen
Kraft in die Ruhestellung zurück.
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Hierdurch wird die Steuerdruckmittelleitung 53 geöffnet, wobei das
iin Steuerraum des Sitzventils 3 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckinittelleitungen
54, 53 und 48, sowie die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter 12
entlfeichen kann, so daß sich das Sitzventil 3 öffnet. Infolge des in der Hauptdruckmittelleitung
13 abfallenden Druckes und der damit verbundenen Zurückschaltung des Vorsteuerventils
7, wird das Sitzventil 3 anschließend wiederholt geschlossen und geöffnet.
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Die Höhe des tiiaximaldruckes im Zylinderraum 14 wird während des
Arbeitshubes demnach von der in der Wicklung 45 vorhandenen Stromstärke bestimmt.
Am Ende des Arbeitshubes der Maschine wird der elektrische Strom in der Wicklung
43 eingeschaltet, in der Wicklung 44 abgeschaltet, in der Wicklung 45 verringert
und in der Wicklung 46 erhöht. Somit schaltet der Anker 39 über den Schaltstift
35, den Steuerschieber 23 gegen den geringen Wiederstand der Spiralfeder 31 in Pfeilrichtung
um, wobei die Steuerdrudcmittelleitung 56 geöffnet, und der Steuerraum des Sitzventils
1 über die Steuerdruckmittelleitungen 47 und 56 entlastet wird, so daß sich Sitzventil
1 öffnet.
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Die Abschaltung der Wicklung 44 bewirkt, daß die Spiralfeder 32 einerseits
den Steuerschieber 24 nebst Schaltstift 36 und Anker 40 in die Ruhestellung zurückschiebt,
wodurch die Steuerdruckmittelleitung 54 verschlossen und die Drosselbohrung 58 geöffnet.
wird, andererseits der Schaltkolben 28 in seine Ausgangslage zurückgeschoben
wird,
wobei das verdrängte Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 57die Drosselbohrung
58, den Schaltraum 50, die Steuerdruckmittelleitung 48 und die Hauptdruckmittelleitung
11 in den Druckmittelbehälter 12 entweicht. Gleichzeitig gelangt das in der Hauptdruckmittel
leitung 10 befindliche Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 47 und das
Vorsteuerventil 6 in den Steuerraum des Sitzventils 2, wodurch dieses geschlossen
wird.
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Das in der fIauptdrucktnittelleitung 10 anstehende Druckmittel gelangt
nun über das Sitzventil 1 und die Hauptdruckmittelleitung 15 in den Zylinderraum
16 des Arbeitszylinders 9, wobei die Erhöhung des Stromes in der Wicklung 46 verhindert,
daß das Vorsteuerventil 8 über die Steuerdruckmittelleitungen 55 und 61 umgeschaltet
und Sitzventil 4 geöffnet werden kann. Nun beginnt der Rückhub der Maschine, wobei
das im Zylinderraum 14 befindliche Druckmittel über die Hauptdruckmittelleitung
13, das Sitzventil 3 und die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter
12 verdrängt wird. Die Rückbewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 63 nebst Kolbenstange
64 entgegen der Pfeilrichtung ist dabei von der Höhe des Restdruckes in der Hauptdruckmittelleitung
13 abhängig.
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Ist der in der Hauptdruckmittelleitung 13 gewünschte Restdruck erreicht,
so schaltet das in den Steuerdruckmittelleitungen 54 und 59 anstehende Druckmittel
den Schaltkolben 29 nebst Steuerschieber 25 entgegen der auf den Anker 41 noch wirkenden,
restlichen Kraft in die Ruhestellungzirück. Hierdurch wird die Steuerdruckmittelleitung
53 geöffnet, wobei das im Steuerraum des Sitzventils 3 anstehende Druckmittel über
die Steuerdruckmittelleitungen 54, 53 und 48, sowie die Hauptdruckmitteilleitung
11 in den Druckmittelbehälter 12 entweichen kann, so daß sich das Sitzventil 3 öffnet.
Infolge des in der Hauptdruckmittelleitung 13 abfallendea Druckes und der damit
verbundenen Zurückschaltung des Vorsteuerventils 5 wird Sitzventil 3 anschließend
wiederholt geschlossen und geeSSnetç Die Höhe des Restdruckes in der
Hauptdruckmittelleitung
13 wird demnach von der in der Wicklung 45 vorhandenen Reststromstärke bestimmt.
Ist der Kolben 63 nebst Kolbenstange 64 wieder in seiner Ausgangsposition angelangt,
so werden die Wicklungen 43, 45 und 46 elektrisch entlastet. Die Entlastung der
Wicklungen 43, 45 und 46 bewirkt, daß die Spiralfedern 31, 33 und 34 die Steuerschieber
23, 25 und 26 mit den Schaltstiften 35, 37 und 38 und den Ankern 39, 41 und 44 in
die Ruhestellung zurückgeschoben werden. Am Vorsteuerventil 5 wird dabei die Steuerdruckmittelleitung
56 verschlossen, so daß sich über die Steuerdruckmittelleitung 47 und das Vorsteuerventil
5 im Steuerraum des Sitzventils 1 ein Druck aufbauen kann, welcher das Sitzventil
1 schließt. Am Vorsteuerventil 7 wird durch die Umschaltung des Steuerschiebers
25 die Steuerdruckmittelleitung 53 geöffnet, so daß das im Steuerraum des Sitzventils
3 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 54, die Steuerdruckmittelleitungen
53, 48 und die Hauptdruckmittelleitungen in den Druckmittelbehälter 12 entweichen
kann, wodurch das Sitzventil 3 geöffnet wird. Gleichzeitig wird die Steuerdruckmittelleitung
59 verschl0ssenrd die Drosselhohrung60 geöffnet, so daß der Schaltkolben 29 unter
Einwirkung der Spiralfeder 33. in seine Ausgangslage zurückkehrt und dabei das anstehende
Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 59, die Drosselbohrung 60, den Schaltraum
51, die Steuerdruckmittelleitung 48 und die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter
12 verdrängt wird. Am Vorsteuerventil 8 wird durch die Umschaltung des Steuerschiebers
26 die Steuerdruckmittelleitung 53 geöffnet, so daß das im Steuerraum des Sitzventils
4 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 55, die Steuerdruckmittelleitungen
53, 48 und die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter 12 entweichen
kann, wodurch das Sitzventil 4 geöffnet wird. Gleichzeitig wird die Steuerdruckmittelleitung
61
verschlossen und die Drosselbohrung 62 geöffnet, so daß der Schaltkdben 30 unter
Einwirkungder Spiralfeder 34 in seine Ausgangslage zurückkehrt und dabei das anstehende
Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung 61, die Drosselbohrung 62, den Schaltraum
52, die Steuerdruckmittelleitung 48 und die Hauptdruckmittelleitung 11 in den Druckmittelbehälter
12 verdrängt wird. Durch die Entlastung der Schaltkolben 28, 29 und 30 wird erreicht,
daß bei erneuter Umschaltung der Steuerschieber 24, 25 und 26 in die Arbeitsstellung
nur er geringer Teil der in den Ankern 40, 41 und 42 vorhandenen Magnetkraft zur
Umschaltung benötigt wird und der größte Teil zur anschließenden Druckregelung verbleibt.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen das erfindungsgemäße Hydraulikelement,
wobei sich das Anwendungsbeispiel auf die Steuerung des Sitzventils 2 aus Fig. 1
bezieht. Das erfindungsgemäße Hydraulikelement ist durch einige Druckmittelleitungen
gegenüber der Anwendung in Fig. 1 ergänzt, um zeigen zu können, daß mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Hydraulikelements alle gewünschten Funktionen ausgeführt werden
können, wenn die dabei nicht benötigten Druckmittelleitungen, wie in Fig. 6 angedeutet,
mittels Stopfen unterbrochen werden.
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Die Steuerdruckmittelleitung 65 verbindet das Vorsteuerventil 6 mit
der Hauptdruckmittelleitung 13. Eine weitere Steuerdruckmittelleitung 66 verbindet
die der Spiralfeder 32 abgewandte Stirnseite des Schaltkolbens 28 mit dem Vorsteuerventil
6 und führt anschließend über die Drosselbohrung 67 zum Schaltraum 50 des Vorsteuerventils
6.
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Zur Ausführung einer Wegefunktion, wobei in Ruhestellung des Vorsteuerventils
6 das Sitzventil 2 geschlossen ist, müssen die Steuerdruckmittelleitungen 57, 65
und 66 mittels Stopfen unterbrochen werden. Ist die Wicklung 44
stromlos,
so hält die Spiralfeder 32 den Steuerschieber 24 des Vorsteuerventils 6 in seiner
Ruhestellung0 Hierbei gelangt das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel
über die Steuerdruckmittelleitung 47, in welcher sich das Vorsteuerventil 6 befindet,
in den Steuerraum dæ Sitzventils 2, wodurch dies geschlossen wird. Wird nun die
Wicklung 44 mittels elektrischem Strom belastet, so witd der Anker 40 nebst Schaltstift
36 und Steuersehieber 24 gegen den geringen Widerstand der Spiralfeder 32 in Pfeilrichtung
umgeschaltet. Hierbei wird die Steuerdruckmittelleitung 54 geöffnet, so daß das
im Steuerraum des Sitzventils 2 befindliche Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitungen
47 und 54 in die Hauptdruckmittelleitung 13 entweiche kann.
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Hierdurch öffnet sih das Sitzventil 2, so daß dasin der Hauptdruckmitelleitung
10 anstehende Druckmittel in die llauptdruckmittelleitung 13 gelangen kanne Nach
Abfall des elektrishen Kommandos schiebt die Spiralfeder 32 den Steuerschieber 24
nebst Schaltstift 36 und Anker 40 in die Ruhestellung zurück0 Zur Ausübung einer
Wegefunktion, wobei in Ruhestellung des VorsteuerventiAs 6 das Sitzventil 2 geöffnet
ist, müssen die Steuerdruckmittelleitungen 54, 57 und 66 mittels Stopfen unterbrochen
werden. Ist die Wicklung 44 stromlos, so hält die Spiralfeder 32 den Steug schieber
24 des Vorsteuaventil 6 in seiner Ruhestellung.
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Hierbei gelangt das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel
über die Steuerdruckmittelleitung 47, in welcher sich das Vorsteuerventil 6 befindet,
in den Steuerraum des Sitzventils 2. Gleichzeitig steht der Steuerraum des Sitzventils
2 über die Steuerdruckmittelleitungen 47 und 65 mit der Haupt druckmittelleitung
13 in Verbindung, so daß das Sitzventil 2 geöffnet ist und das in der Hauptdruckmittelleitung
10 anstehende Druckmittel frei zur Hauptdruckmittelleitung 13 strömen kanne Wird
nun die Wicklung 44 mittels elektrischem
Strom belastet, so wird
der Anker 40 nebst Schalt stift 36 und Steuerschieber 24 gegen den geringen Widerstand
der SpiraXßder 32 in Pfeilrichtung umgeschaltet Hierbei wird die Steuerdruckmittelleitung
65 verschlossen, so daß das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel
über die Steuerdruckmittelleitung 47, in welcher sich das Vorsteuerventil 6 befindet,
in den Steuerraum des Sitzventils 2 gelangt und das Sitzventil 2 schließt. Das in
der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel kann somit nicht mehr in die
Hauptdruckmittelleitung 13 gelangen Zur Ausübung einer Wegefunktion mit Druckminderung,
wobei in RuhesEllung des Vorsteuerventils 6 das Sitzventil 2 geschlossen iat, müssen
die Steuerdruckmittelleitungen 65 und 66 mittels Stopfen unterbrochen weben.
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Nach der bereits beschriebenen Umschaltung des Vorsteuerventils 6
in die Arbeitsstellung und die damit verbundene Öffnung des Sitzventils 2, strömt
das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel in die Hauptdruckmittelleitung
13o Gleichzeitig wird dabei die Drosselbohrung 58 vom Steuerschieber 24 verschlossen,
so daß das in der Hauptdruckmittellei tung 13 befindliche Druckmittel über die Steuerdruckmittdleitungen
54 und 57 zum Schaltkolben 28 gelangt. Übersteigt der Druck in der Hauptdruckmitteleitung
13 den gwwünschten Wert, so schaltet der Schaltkolben 28 den Steuerschieber 24 nebst
Schaltstift 36 und Anker 40 entgegen der vorhandenen Magnetkraft in die Ruhestellung
zurück, wobei sich das Sitzventil 2 wieder schließt und nach Abfall des Druckes
in der Hauptdruckmittelleitung 13 wieder öffnet. Die Höhe des Minderdruck.s in d.r
Hauptdruckmittelleitung 13 ist demnach von der Stromstärke in der Wicklung 44 abhängig0
Der Re&lvorgang bleibt so lauge bestehen, wie der Strom in der Wicklung 44 aufrechterhalten
wird0
Wird der Strom in der Wicklung 44 abgeschaltet, sa kehrt der Steuerschieber 24 unter
Einwirkung der Spiralfeder 32 in die Ruhestellung zurück, wobei das Sitzventil 2
aus bereits beschriebenen Gründen schließt> wodurch gleichzeitig die Druckminderung
beendet wird. Infolge der Ruhestellung des Steuerschiebers 24 wird die Drosselbohrung
58 geöffnet, wodurch die Spiralfeder 32 den Schaltkolben 28 in seine Ausgangslage
zurückschiebt, und das verdrängte Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung
57, die Drosselbohrung 58, den Schaltraum 50 und die Steuerdruckmittelleitung 48
in den Druckmittelbehälter 12 entweichen kann0 Durch die Entlastung des Schaltkolbens
28 wird erreicht, daß zur Umschaltung des Steuerschiebers 24 nur ein geringer Teil
der vorhandenen Magnetkraft benötigt wird, so daß der größte Teil zur Druckregelung
verbleibt, Weiterhin ist der Schaltkolben 28 im Durchmesser klein bemessen, so daß
die bisher bei kleinen Vorsteuerventilen üblichen Ventilmagnete verwendet werden
können.
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Auf die gleiche Weise wird die Ausübung einer Wegefunktion mit Druckminderung
erreicht, bei der das Sitzventil 2 geöffnet ist, werin lediglich die elektrischen
Kommandos an der Wicklung 44 vertauscht werden.
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Zur AusUbung einer Wegefunktion mit Druckabschaltung, wobei in Ruhestellung
des Vorsteuerventils 6 das Sitzventil 2 geschlossen ist, müssen die Steuerdruckmittelleitungen
57 und 65 mittels Stopfen unterbrochen werden.
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Nach der bereits beschriebenen Umschaltung des Vorsteuerventils 6
in die Arbeitsstellung und die damit verbundene Öffnung des Sitzventils 2, strömt
das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel über das Sitzventil
2 in die llauptdruckmittelleitung 13. Gleichzeitig wird dabei vom Steuerschieber
24 die Drosselbohrung 67 verschlossen und die Steuerdruckmittelleitung 66 geöffnet,
so
daß das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitungen
47 und 66 zum Schaltkolben 28 gelangt0 Übersteigt der Druck in der Hauptdruckmittelleitung
10 den gewünschten Wert, so schaltet der Schaltkolben 28 den Steuerschieber 24 nebst
Schaltstift 36 und Anker 40 entgegen der vorhandenen Magnetkraft in die Ruhestellung
zurück, wobei sich das Sitzventil 2 wieder schließt und nach Abfall des Druckes
in der Hauptdruckmittelleitung 10 wieder öffnet. HierdUrch wird der Druckmittelstrom
von der Hauptdruckmittelleitung 10 zur Hauptdruckmittelleitung 13 abgeschaltet.
Die Höhe des Abschaltdruckes ist demnach von der Stromstärke in der Wicklung 44
abhängig; Wird der Strom in der Wicklung 44 abgeschaltet, so kehrt der Steuerschieber
24 unter Einwirkung der Spiralfeder 32 in die Ruhestellung zurück, wobei das Sitzventil
2 aus bereits beschriebenen Gründen geschlossen wird. Infolge der Ruhestellung des
Steuerschiebers 24 wird die Drosselbohrung 67 geöffnet und die Steuerdruckmittelleitung
66 geschlossen, wodurch die Spiralfeder 32 den Schaltkolben 28 in seine Ausgangslage
zurückschiebt, und das verdrängte Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung
66, die Drosselbohrung 67, den Schaltraum 50 und die Steuerdruckmittelleitung 48
in den Druckmittelbehälter 12 entweichen kann0 Auf die gleiche Weise wird die Ausübung
einer Wegefunktion mit Druckabschaltung erreicht, bei der das Sitzventil 2 geöffnet
ist, wenn lediglich die elektrischen Kommandos an der Wicklung 44 vertauscht werden.
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Zur Ausübung einer Wegefunktion mit Druckzuschaltung, wobei in Ruhestellung
des Vorsteuerventils 6 das Sitzventil 2 geöffnet ist, müssen die Steuerdruckmittleitungen
54 und 57 mittels Stopfen unterbrochen werden. Nach der bereits beschriebenen Umschaltung
des Vorsteuerventils 6 in
die Arbeitsstellung und die damit verbundene
Schließung des Sitzventils 2, wird das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende
Druckmittel am Durchfluß zur Hauptdruckmittelleitung 13 gehindert. Gleichzeitig
wird dabei vom Steuerschieber 24 die Drosselbohrung 67 verschlossen und die Steuerdruckmittelleitung
66 geöffnet, so daß das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel
über die Steuerdruckmittelleitungen 47 und 66 zum Schaltkolben 28 gelangt. Übersteigt
der Druck in der Hauptdruckmittelleitung 10 den gewünschten Wert, so schaltet der
Schaltkolben 28 den Steuerschieber 24 nebst Schaltstift 36 und Anker 40 entgegen
der vorhandenen Magnetkraft in die Ruhestellung zurück, wobei sich das Sitzventil
2 wie der öffnet, so daß das in der Hauptdruckmittelleitung 10 anstehende Druckmittel
über das Sitzventil 2 in die Hauptdruckmittelleitung 13 strömen kann. Nach Abfall
des Druckes in der Hauptdruckmittelleitung 10 wird das Vorsteuerventil 6 erneut
in Arbeitsstellung umgeschaltet, so daß sich das Sitzventil 2 erneut schließt. Die
Höhe des Zuschaltdruckes ist demnach von der Stromstärke in der Wicklung 44 abhängig.
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Wird der Strom in der Wicklung 44 abgeschaltet, so kehrt der Steuerschieber
24 unter Einwirkung der Spiralfeder 32 in die Ruhestellung zurück, wobei das Sitzventil
2 aus bereits beschriebenen Gründen geöffnet wird. Infolge der Ruhestellung des
Steuerschiebers 24 wird die Drosselbohrung 67 geöffnet und die Steuerdruckmittelleitung
66 geschlossen, wodurch die Spiralfeder 32 den Schaltkolben 28 in seine Ausgangslage
zurückschiebt, und das verdrängte Druckmittel über die Steuerdruckmittelleitung
66, die Drosselbohrung 67, den Schaltraum 50 und die Steuerdruckmittelleitung 48
in den Druckmittelbehälter 12 entweichen kann0 Auf die gleiche Weise wird die Ausübung
einer Wegefunktion mit Druckzuschaltung erreicht; bei der das Sitzventil 2 geschlossen
ist, wenn lediglich die elektrischen Kommandos an der Wicklung 44 vertauscht werden.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen das erfindungsgemäße Hydraulikelement,
wobei sich das Anwendungsbeispiel auf die Steuerung des Sitzventils 3 aus Figt 1
bezieht. Das erfindungsgemäße Hydraulikelement ist durch einige Druckmittelleitungtn
gegenüber der Anwendung in Fig. 1 ergänzt, um zeigen zu'können, daß mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Hydraulikelementes alle gewünschten Funktionen ausgeführt werden
können, wenn die dabei nicht benötigten Druckmittelleitungen, wie in Fig. 6 angedeutet,
mittels Stopfen unterbrochen werden.
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Zur Ausübung einer Wegefunktion mit Geschwindigkeitsregulierung, wobei
in Ruhestellung des Vorsteuerventils 7 das Sitzventil 3 geöffnet ist, müssen die
Steuerdruckmittelleitungen 70 und 68 mittels Stopfen unterbrochen werden. Diese
Funktion wurde im Rahmen der Beschreibung der Fig0 1 bereits erwähnt. Die Höhe des
Restdruckes in der Hauptdruckmittelleitung 13 wird dabei von der in der Wicklung
45 vorhandenen Stromstärke bestimmt.
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Auf die gleiche Weise wird die Ausübung einer Wegefunktion mit Geschwindigkeitsregnlierung
erreicht, wobei das Sitzventil 3 geschlossen ist, wenn lediglich die elektrischen
Kommandos an der Wicklung 45 vertauscht werden.
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Auf die gleiche Weise wird die Ausübung einer Wegefunktion mit Druckbegrenzung
Erreicht, wobei in Ruhestellung des Vorsteuerventils 7 das Sitzventil ß geöffnet
ist, wenn zur Erreichung des gewünschten Maximaldruckes in der Hauptdruckmittelleitung
13, die Stromstärke in der Wicklung 45 enttprechend erhöht wird.
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In gleicher Weise wird die Ausübung einer Wegefunktion mit Druckbegrenzung
erreicht, bei der das Sitzventil 3 geschlossen ist, wenn lediglich die elektrischen
Kommandos an der Wicklung 45 vertauscht werden.
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Differential- und Niederdruckfunktion werden zwangsläufig dadurch
ermöglicht, daß bei Gestaltung eines Wegeventils mehrere der erfindungsgemäßen Hydraulikelemente
erforderlich und diese unabhängig von einander steuerbar sind.