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"Wegeventil zur Steuerung eines Arbeitszylinders"
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Die Erfindung betrifft ein Wegeventil zur Steuerung des Druckflüssigkeitszu-
und -abflusses eines Arbeitszylinders, wobei für jeden gesteuerten Zylinderraum
zwei Wege-Sitzventile vorhanden sind, die durch Betätigungskolben hydraulisch betätigt
werden.
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Bekannte Wege-Sitzventile werden von der Arbeitsflüssigkeit unterstützt
geöffnet und gegen die Wirkung der zu steuernden Arbeitsflüssigkeit geschlossen,
wozu große Kräfte erforderlich sind. Ihre Betätigungskolben haben einen Durchmesser,
der größer ist als der von der Arbeitsflüssigkeit durchflossene lichte Ventildurchmesser.
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Sie benötigen eine große Menge an Betätigungsflüssigkeit, woraus sich
lange Schaltzeiten und große Querschnitte für die Zu- und Abführung der Betätigungsflüssigkeit
ergeben. Da die Schaltzeiten dieser Ventile durch die Zeit, in der die Betätigungsflüssigkeit
zu- bzw. abgeführt wird, bestimmt ist, können im Arbeitszylinder, besonders bei
sich verändernder und bei schneller Kolbenbewegung Druckspitzen oder Vakuum auftreten.
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Für eine Fernsteuerung ist auch bekannt, einen Zylinderraum durch
zwei Wege-Sitzventile zu steuern, die über Betätigungskolben aus einer gemeinsamen
Betätigungsleitung betätigt werden. Beide Ventile werden in Ruhelage durch Federn
geschlossen gehalten.
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In die Zuflußleitung ist eine Drossel eingebaut. Druck in der Betätigungsleitung
bewirkt Öffnen des Zuflußventils. Der Arbeitskolben läuft in seine Endlage, wonach
die Strömung der Arbeitsflüssigkeit und der Druckabfall in der Drossel aufhört,
so daß das Zuflußventil wieder schließt. Das Rückflußventil öffnet bei druckloser
Betätigungsleitung durch einen vom Arbeitskolben ausgeübten Druck und schließt in
der anderen Endlage des Arbeitskolbens. Die Steuerung ist speziell für eine Fernsteuerung
entwickelt, bei der ein Arbeitskolben in einer oder der anderen Endlage festgehalten
werden soll. Sie eignet sich nicht für hin- und hergehende Kolbenbewegungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen, insbesondere
bei großen Flüssigkeitsmengen und schnellen hin-und hergehenden Bewegungen des Arbeitskolbens.
Auch sollen während des Schaltens keine Flüssigkeitsverluste durch Unterdeckung
und keine Druckspitzen durch Vollsperrung im Arbeitszylinder entstehen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Betätigungskolben einen
kleineren Durchmesser als die Wege-Sitzventile haben und daß bei der Umsteuerung
zuerst das offene der beiden einen Arbeitszylinderraum steuernden Wege-Sitzventile
durch Druckänderung am Betätigungskolben geschlossen wird und das geschlossene Ventil
erst nach Angleichung des Drucks im Arbeitszylinderraum an den Druck im Zu- bzw.
Rückfluß geöffnet wird.
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Bei in Bewegung befindlichem Arbeitskolben wird die Schließbewegung
des offenen Wege-Sitzventils durch den Betätigungskolben eingeleitet und durch die
strömende Arbeitsflüssigkeit vollendet.
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Danach kann die Druckangleichung zur Öffnung des geschlossenen Wege-Sitzventils
durch die Bewegungsenergie des mit einer Masse verbundenen und während der Umsteuerung
weiterlaufenden Arbeitskolbens erfolgen.
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Bei in Ruhe-befindlichem Arbeitskolben kann die Bewegung beider Ventile
dadurch erfolgen, daß der Hauptschalter eine Anfahrstellung hat, in der nur der
Zufluß von Betätigungsflüssigkeit freigegeben wird, und eine Betriebsstellung, in
der nach erfolgter Schaltung der Wege-Sitzventile in die eine oder die andere Bewegungsrichtung
des Arbeitskolbens der Zufluß von Arbeitsflüssigkeit zugeschaltet wird. Es kann
auch in die Zuflußleitung ein Zuschalt- oder entsperrbares Rückschlagventil o.dgl.
eingebaut sein, das den Zufluß sperrt und erst durch Druck in der Betätigungsleitung
geöffnet wird, wobei die Betätigungsflüssigkeit unmittelbar von der Druckmittelquelle
entnommen wird. Durch solche Mittel wird erreicht, daß die Wege-Sitzventile die
gewünschte Anfahrstellung einnehmen, bevor Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird, die
das Öffnen des geschlossenen Ventils verhindern würde.
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Hat der Arbeitskolben eine Ruhelage, in die er nach Abschaltung,
z.B.
durch Schwerkraft, zurückkehrt, und werden die Ventile von Federn o.dgl. in ihrer
Anfahrstellung gehalten, so sind keine solchen Mittel erforderlich, um aus dieser
Ruhelage anzufahren.
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Die Wege-Sitzventile können durch einen oder zwei Betätigungskolben
betätigt werden. Ein Betätigungskolben kann auch durch eine Feder ersetzt sein.
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Der technische Fortschritt besteht darin, daß nur wenig Betätigungsflüssigkeit
benötigt wird. Dadurch kann das Vorsteuerventil und ggf. dessen Magnet kleiner und
die Schaltgeschwindigkeit bei hin-und hergehender Bewegung des Arbeitskolbens höher
sein als bei bekannten Wege-Sitzventilen. Weiter paßt sich die Schließbewegung des
offenen Ventils der Fließgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit an, und das geschlossene
Ventil öffnet erst nach erfolgtem Druckausgleich, wiederum der Fließgeschwindigkeit
der Arbeitsflüssigkeit angepaßt. Dadurch werden sowohl Druckflüssigkeitsverluste
als auch Druckspitzen vermieden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt: Fig. 1 zeigt
das Wegeventil zur Steuerung eines beliebigen Zylinderraums mit koaxial angeordneten
Wege-Sitzventilen in Ruhestellung bei durch ein Zuschaltventil abgesperrtem Druckflüssigkeitszufluß.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführung des Wegeventils mit nebeneinander angeordneten
Wege-Sitzventilen und einem Hauptschalter mit Anfahrstellung in Ruhestellung.
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Fig. 3 zeigt ein Wegeventil zur Steuerung eines doppelwirkenden Arbeitszylinders,
dessen Kolben eine bevorzugte Ruhelage hat, in Anfahrstellung.
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Die Arbeitsflüssigkeit fließt von der Pumpe 5 über die Zuflußleitung
1, in der ein Hauptschalter 20 und ein Zuschaltventil 2 angeordnet sein können,
zum Ventilgehäuse 3 und über die Rückflußleitung 4 zum Vorratsbehälter 19 zurück.
Die Leitungen 6 und 7
führen zu den Zylinderräumen 21 und 22 des
Arbeitszylinders 8, dessen Kolben 9 mit der Kolbenstange 10 und einer Masse 11 verbunden
ist. Das Wege-Sitzventil 12 steuert den Zufluß und das Wege-Sitzventil 13 den Abfluß
vom Zylinderraum 21.
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Diese beiden Ventile werden durch Betätigungskolben 17 und 18 betätigt,
denen Druckflüssigkeit über die gemeinsame Betätigungsleitung 16 aus beliebiger
Quelle, vorzugsweise aus der Zuflußleitung 1, zufließt. Die Betätigungsflüssigkeit
wird durch ein Vorsteuerventil 25 o.dgl. gesteuert, das durch Sensoren 23, 24 oder
von Hand oder auf andere Weise geschaltet wird.
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Beide Wege-Sitzventile 12 und 13 können in verschiedenartiger Weise,
z.B. nach Fig. 1 oder nach Fig. 2, in ein gemeinsames Ventilgehäuse 3 eingebaut
sein. Jedes Ventil kann auch ein eigenes Gehäuse haben.
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Sobald durch den Hauptschalter 20 Druckflüssigkeit in die Zuflußleitung
1 eintritt und das- Vorsteuerventil 25 den Zufluß zur 16 Betätigungsleitun46freigibt,
werden die Betätigungskolben 17 und 18 beaufschlagt. Sie öffnen das Zuflußventil
12 und schließen das Rückflußventil 13 entgegen der Wirkung der Federn 14 und 15
bzw.
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der Betätigungskolben 33 und 34 (Fig. 2).
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In der Ausführung nach Fig. 1 baut sich nun in der Zuflußleitung 1
Druck auf, der auf das Zuschaltventil 2 wirkt und den Zufluß zum Ventilgehäuse 3
freigibt, wodurch der Zylinderraum 21 des Arbeitszylinders 8 Druck erhält.
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In Fig. 2 ist anstelle des Zuschaltventils 2 ein Hauptschalter 20
mit drei Schaltstellungen eingebaut. In der Anfahrstellung wird nur dem Vorsteuerventil
25 Betätigungsflüssigkeit zugeführt, wodurch die Ventile 12 und 13 die Anfahrstellung
einnehmen. Erst danach wird der Hauptschalter 20 in die Betriebsstellung geschaltet,
wodurch auch der Zufluß 1 mit Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt wird.
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In Fig. 1 und 2 ist der Zylinderraum 22 dauernd von der Zuflußleitung
1 beaufschlagt. Für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder kann ein zweites, gleichgestaltetes
Wegeventil Zu- und Abfluß vom Zylinderraum 22 steuern, wozu es vom Vorsteuerventil
25 im entgegengesetzten Sinn als das Wegeventil 3 mit Betätigungsflüssigkeit beaufschlagt
wird. Das Vorsteuerventil 25 muß dann mit vier Wegen und zwei Stellungen ausgeführt
werden.
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In Fig. 3 ist das Wegeventil zur Steuerung eines doppeltwirkenden
Arbeitszylinders 8 mit bevorzugter Ruhelage dargestellt, wobei das Zuschaltventil
2 entfallen kann und die Betätigungskolben 17, 18, 31, 32 aller vier Wege-Sitzventile
12, 13 aus einer gemeinsamen Betätigungsleitung 16 und mit gleichem Druck beaufschlagt
werden.
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Dadurch braucht das Vorsteuerventil 25 für die Steuerung beider Zylinderräume
nur mit drei Wegen ausgerüstet zu sein.
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Auch bei einfachwirkendem Arbeitszylinder 8 mit bevorzugter Ruhelage
können die Wege-Sitzventile 12, 13 ohne das Zuschaltventil 2 oder den Hauptschalter
20 nach Fig. 2 angewendet werden, sofern Anfahren nur aus dieser Ruhelage erforderlich
ist.
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Zur Umsteuerung des in Bewegung befindlichen Arbeitskolbens 9 auf
Rücklauf wird die Leitung 16 durch das Vorsteuerventil 25 mit der Rückflußleitung
4 verbunden. Dadurch werden beide Betätigungskolben 17 und 18 drucklos. Die Feder
14 bzw. der Betätigungskolben 33 schließt das Zuflußventil 12, wodurch der Druck
in der Leitung 6 infolge fortwirkender Bewegung des Arbeitskolbens 9 sinkt, so daß
die Feder 15 bzw. der Betätigungskolben 34 das Rückflußventil 13 öffnen und in geöffneter
Lage halten kann.
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Die Umsteuerung des in Bewegung befindlichen Arbeitskolbens 9 auf
Vorlauf wird wiederum durch das Vorsteuerventil 25 eingeleitet, das die Betätigungsleitung
16 mit dem Zufluß 1 verbindet, wodurch beide Betätigungskolben 17 und 18 unter Zuflußdruck
kommen Das Rückflußventil 13 schließt. Durch die Eortwirkerlde Bewegungsenergie
der Masse 11 baut sich in der Leitung 6 ein Druck auf, der dem geschlossenen Zuflußventil
12 ermöglicht, sich entgegen der Weder 1Q und mit Hilfe des Betätigungskolbens 17
zu öffnen.
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Das Kölbchen 30 am Ventil 12 (Fig. 1 und 3) hat kleineren Durchmesser
als der Betätigungskolben 17 und ist an seiner Stirnseite immer mit Tankdruck beaufschlagt
Da das Ventil 12 im übrigen allseitig von Druckflüssigkeit umflossen wird, bleibt
es entgegen der Feder 14 geöffnet. In Fig. 2 hat der drucklose Betätigungskolben
33 die gleiche Wirkung.
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Die Patronen 28 mit dem Ventilsitz 29 sind für alle Wege-Sitzventile
gleich und werden mit Federn 14, 15 und Ventilen 12, 13, deren Betätigungskolben
17, 18, 31, 32 unterschiedlich ausgebildet sind, in ein Ventilgehäuse 3 eingebaut.
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In die Zuflußleitung 1 kann ein Hydraulikspeicher 26 und in die Rückflußleitung
4 ein Hydraulikspeicher 27 eingebaut sein.
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In der Beschreibungseinleitung sind als bekannt genannt: a) Wege-Sitzventile
nach Unterlagen der in der zurückgezogenen Anmeldung PA 2542538.1-13 genannten Art.
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b) Fernsteuerung nach DP 1238335, die sich aber so weitgehend von
der Anmeldung unterscheidet, daß dieser Absatz gestrichen werden konnte.
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c) Die OS 2308456 wurde nicht behandelt, weil die Aufgabe zwar ähnlich
ist, die Lösung sich aber weitgehend unterscheidet.
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Sie zeigt ein Vorsteuerventil mit zwei Wegen, das den Rückfluß zum
Tank steuert und einen Stößel hat, der ein Wege-Sitzventil von einem seiner Sitze
abheben kann. Dabei sind die vier Wege-Sitzventile in bekannter Weise mit Betätigungskolben
in Steuerräumen von größerem Durchmesser als der Sitz-Durchmesser des Wege-Sitzventils
ausgebildet und benötigen daher viel Betätigungsflüssigkeit.