DE2654219A1 - Wegeventil zur steuerung eines arbeitszylinders - Google Patents

Wegeventil zur steuerung eines arbeitszylinders

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DE2654219A1
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DE19762654219
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Hugo Dipl Ing Cordes
Hans Kroeger
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves

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Description

  • "Wegeventil zur Steuerung eines Arbeitszylinders"
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei in Bewegung befindlichem Arbeitskolben wird die Schließbewegung des offenen Wege-Sitzventils durch den Betätigungskolben eingeleitet und durch die strömende Arbeitsflüssigkeit vollendet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Wege-Sitzventile können durch einen oder zwei Betätigungskolben betätigt werden. Ein Betätigungskolben kann auch durch eine Feder ersetzt sein.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführung des Wegeventils mit nebeneinander angeordneten Wege-Sitzventilen und einem Hauptschalter mit Anfahrstellung in Ruhestellung.
  • Fig. 3 zeigt ein Wegeventil zur Steuerung eines doppelwirkenden Arbeitszylinders, dessen Kolben eine bevorzugte Ruhelage hat, in Anfahrstellung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • der Betätigungskolben 33 und 34 (Fig. 2).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dadurch braucht das Vorsteuerventil 25 für die Steuerung beider Zylinderräume nur mit drei Wegen ausgerüstet zu sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In die Zuflußleitung 1 kann ein Hydraulikspeicher 26 und in die Rückflußleitung 4 ein Hydraulikspeicher 27 eingebaut sein.
  • In der Beschreibungseinleitung sind als bekannt genannt: a) Wege-Sitzventile nach Unterlagen der in der zurückgezogenen Anmeldung PA 2542538.1-13 genannten Art.
  • b) Fernsteuerung nach DP 1238335, die sich aber so weitgehend von der Anmeldung unterscheidet, daß dieser Absatz gestrichen werden konnte.
  • c) Die OS 2308456 wurde nicht behandelt, weil die Aufgabe zwar ähnlich ist, die Lösung sich aber weitgehend unterscheidet.
  • 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.

Claims (4)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e : P a t entansprüche Wegeventil zur Steuerung des Druckflüssigkeitszu- und -abflusses eines Arbeitszylinders, wobei für jeden gesteuerten Zylinderraum zwei Wege-Sitzventile vorhanden sind, die durch Betätigungskolben hydraulisch betätigt werden1 dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. 2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleichung des Drucks im Arbeitszylinderraum an den Druck im Zu- bzw. Rückfluß durch die Bewegungsenergie einer mit dem Arbeitskolben verbundenen und während der Umsteuerung weiterlaufenden Masse erfolgt.
  3. 3. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 für die eine oder die andere Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens der Zufluß von Arbeitsflüssigkeit zugeschaltet wird.
  4. 4. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuflußleitung ein Zuschalt- oder entsperrbares Rückschlagventil o.dgl. eingebaut ist, das den Zufluß sperrt und durch Druck in der Betätigungsleitung geöffnet wird, wobei die Betätigungsleitung unmittelbar von der Druckmittelquelle beaufschlagt wird.
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