DE29818405U1 - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Hydraulische Steuereinrichtung

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Description

Hydraulische Steuereinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.Eine derartige Steuereinrichtung ist bekannt
Solche hydraulische Steuereinrichtungen werden bei Arbeitsmaschinen verwendet, um einem Arbeitskolben einen Arbeitshub und einen Rückhub zu erteilen. Bevorzugt sind solche Arbeitszylinder horizontal eingebaut und sind keinen äußeren Kräften ausgesetzt.
Die zur Schaltung eingesetzten Mehrwege - Mehrstellungsventile sind Schieberventile, die oft eine, wenn auch nur geringe Leckage aufweisen. Dazu kommt, daß auch die Arbeitszylinderdichtung zumindest nach einer gewissen Zeit nicht mehr 100 */.ig dicht sind. Solche Leckagen bewirken, daß im Arbeitszylinder ungewollte Drücke entstehen, die auf der Seite der größeren Kolbenfläche des Arbeitskolbens in der Arbeitskammer des Zweikammer - Arbeitszylinders immer in Arbeitsrichtung wirken, d.h. der Arbeitskolben driftet unbeabsichtigt aus seiner Grundstellung heraus,was zu Fehlschaltungen, Unfällen oder Notabschaltungen führen kann.
Auch während eines Einrichtbetriebes der Maschine kann der Arbeitskolben ungewollt driftend seine Grundstellung verlassen, worauf die elektrische Steuerung der Maschine ständig Störungsmeldungen abgibt.
5
Unter " Drift " versteht man eine unerwünschte, unkontrollierte und langsame Bewegung eines Arbeitskolbens, welche durch innere Leckagen eines Hydrauliksystemes verursacht wird.
Die Ursachen eines Driftens können vielfältig sein. Bei Arbeitszylindern in horizontaler Einbaulage und ohne erkennbare äußere Krafteinflüsse sind folgende driftverursachende Umstände möglich:
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf den Arbeitszylinder ansteuernde 4/3 Wegemagnetventile, welche sich unbetätigt in ihrer mittleren Ruheposition befinden. Der Pumpendruck steht am Anschluß P an. üblicherweise befindet sich eine Maschine im Einrichtbetrieb in diesem Zustand.
In gesperrter Mittelstellung driftet öl vom Anschluß P zu den gesperrten Anschlüssen A und B. Der hierdurch in diesen Anschlüssen bis zum Pumpendruck ansteigende Druck gelangt in die Arbeitszylinderräume und beaufschlagt beidseitig den Arbeitskolben. Bei den üblicherweise verwendeten Differen-
tialzylindern mit unterschiedlich großer Kolbenfläche führt dies aufgrund der unterschiedlich großen Kräfte zu einer Bewegung des Arbeitszylinderkolbens in Richtung der Kolbenstange, also in Arbeitsrichtung.
Je nach Aufbau des Wegeventiles und der tatsächlich erzielten Maßtoleranzen können unterschiedlich große Leckölströme an den Anschlüssen A und B auftreten, weshalb auch sogenannte Gleichlaufzylinder und Hydraulikmotoren zum Driften neigen können.
Desweiteren führen undichte Kolbendichtungen zu einem ständigen Ausgleich der Öldrücke zwischen den beiden Arbeitskammern. Bei beidseits des Kolbens unter Druck stehenden Differentialzylindern ist der Öldruck auf der Kolbenstangenseite entsprechend dem Flächenverhältnis höher als auf der abgewandten Seite. Bei einem Flächenverhältnis von 2 : 1 ergibt sich somit z.B. der doppelte Druck auf der Kolbenstangenseite.
Das öl der Kolbenstangenseite wird somit zur abgewandten Seite überströmen, wodurch der Kolben in Richtung der Kolbenstange wiederum driftet.
Gründe undichter Kolbendichtungen sind:
- Zulässige Undichtheit gemäß Herstellerangaben.
- Zunehmende Undichtheit durch normalen Verschleiß.
- Sonstige
&zgr; ·
Die Undichtheiten von Kolbendichtungen nehmen Hydraulikventilhersteller immer wieder gern zum Anlaß, die reklamierenden Maschinenhersteller und Maschinenbetreiber auf ihre angeblich dichten Ventile zu verweisen. Sie entziehen sich damit ihrer Verantwortung und lassen die Kunden mit ihren Driftproblemen allein.
Nun gibt es auch bereits Einrichtungen mit einer Ansteuerung mit 4/3 - Wegeventilen in Schieberbauart und mit offener Mittelstellung ( A, B und T verbunden, P gesperrt ) mit entsperrbaren Rückschlagventilen an den Anschlüssen A und B.
Eine solche Lösung ist nach derzeitigem Stand der Technik und Empfehlungen der Fachliteratur angeblich eine Möglichkeit, Driftprobleme zu beheben. Die entsperrbaren Rückschlagventile sollen die beiden Arbeitszylinderkammern leckölfrei abdichten. Die offene Mittelstellung des Wegeventiles soll die Anschlüsse A und B vom Lecköl des An-Schlusses P entlasten.
Bei wirklich dichten entsperrbaren Rückschlagventilen und dichten Kolbendichtungen kommt es angeblich nicht zu der ungewollten Drift des Arbeitskolbens. Um so unerklärlicher erscheint die Tatsache, daß bereits bei neuwertigen Maschinen und Verwendung von Hydraulikkomponenten namhafter Hersteller sofort oder nach kurzer Betriebszeit wiederum Driftprobleme auftreten.
Mögliche Ursachen für eine solche Drift sind:
- undichte Kolbendichtung,
- undichte entsperrbare Rückschlagventile ( teils ab Werk ) oder
- Pulsationen in der Tankleitung, deren Druckspitzen den
Arbeitszylinder speisen und vorwärtstakten.
Außerdem hat die Verwendung entsperrbarer Rückschlagventile den Nachteil, daß je Wegeventil zwei Rückschlagventile verwendet werden müssen, ein Stück je Arbeitsanschluß.
Bei einer sogenannten Parallelschaltung, d.h. ein Arbeitszylinder
wird durch z.B. zwei Wegeventile angesteuert, sind somit vier Stück entsperrbare Rückschlagventile erforderlieh.
Eine weitere Driftursache ist dadurch gegeben, daß ständige Erschütterungen der Maschine und des Arbeitszylinders, in
Kombination mit undichten Kolbendichtungen und Ventilen bewirken, daß sich der oszillierende Arbeitskolben langsam
vorwärtstaktet.
• ··· &phgr;
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und eine hydraulische Steuereinrichtung zu schaffen, bei der der Arbeitskolben in einer gewünschten Endlage verharrt, oder in diese mittels vordefinierter gewünschter Bewegungsrichtung gebracht wird. Dabei soll die Lösung einfach und zuverlässig und preiswert sein. Auch soll es möglich sein, die Einrichtung bei Altanlagen auf einfache Weise und ohne Beeinflussung der Steuerungsfunktion nachzurüsten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruches 1 ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
So ist es zum Beispiel gemäß dem Merkmal des Anspruches 4 von Vorteil, daß als Entlastungsventil ein handelsübliches Rohrbruchventil verwendet werden kann. Ein solches Ventil ist einfach und preiswert und ist zuverlässig in seiner Wirkungsweise.
Weitere Vorteile sind:
- keine elektrische Ansteuerung,
- definierte Driftbewegungsrichtung,
- verwendbar für sämtliche Zylinderbauformen und Hydraulikmotoren,
- sichere Funktion auch bei undichten Kolbendichtungen,
- kein Druckverlust, wie z.B. bei entsperrbaren Rückschlagventilen. Dabei kann der Betriebsdruck niedriger und somit energiesparend eingestellt werden, - keine Beeinflussung der Steuerungsfunktion und
- Eignung für den Einsatz von weich schaltenden Wegeventilen und Proportionalwegeventilen.
Schließlich können derartige Entlastungsventile sowohl als Einschraubventile als auch als Rohrleitungsventile konzipiert werden.
Gemäß den Merkmalen des Anspruches 7 ist es vorteilhaft, daß das Entlastungsventil in eine Sandwich - Platte integriert werden kann, eine Zwischenplatte für eine sogenannte "■ Höhenverkettung ", wie sie in der Hydraulik üblich ist. Neben der leichten Nachrüstbarkeit sind auch der Austausch und die Lagerhaltung vereinfacht.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltschema einer Steuereinrichtung und Figur 2 eine Sandwich - Platte für eine Höhenverkettung mit eingebautem Entlastungsventil in Ansicht von vorn und in Draufsicht.
Beschreibung des Ausführunqsbeispiels
Eine hydraulische Steuereinrichtung 1 für einen Zweikammer - Arbeitszylinder 2 einer nicht dargestellten Maschine hat ein 4/3 Wege Magnetventil 3 mit stromlos geschlossener Mittelstellung, an das einerseits eine Pumpe 4 und ein Behälter 5 und andererseits zwei Steuerleitungen 6 und 7 angeschlossen sind. Die Steuerleitung 5 führt zu einer Arbeitskammer 8 des Arbeitszylinders 2, die mittels eines eine Kolbenstange 9 tragenden Arbeitskolbens 10 von einer Rückhubkammer 11 getrennt ist, zu der die zweite Steuerleitung 7 geführt ist. Der Arbeitskolben 10 ist mit einer doppelte Manschette 12 armiert, deren Dichtlippen sowohl der Arbeitskammmer 8 als auch der Rückhubkammmer 11 zugekehrt sind· In beide Steuerleitungen 6 und 7 ist je ein Drossel Rückschlagventil 13 bzw. 14 eingesetzt.
An die eine Steuerleitung 6, die zu der Arbeitskammer 8 des Arbeitszylinders 2 führt, ist eine Entlastungsleitung 15 angeschlossen, in die ein Entlastungsventil 16 eingesetzt ist.
Das Entlastungsventil 16 hat ein rohrförmiges Ventilgehäuse 17 mit einer Durchgangsbohrung 18, die mit einer einen Ventilsitz 19 bildenden Ringschulter versehen ist. Zur Zusammenarbeit mit dem Ventilsitz 19 ist ein Ventilschließkörper 20 bestimmt, der kugelförmig ausgebildet ist. Zwischen dem Ventilsitz 19 und dem Ventilschließkörper 20 ist eine als Schraubendruckfeder konzipierte Ventilfeder 21 angeordnet, die bestrebt ist, den Ventilschließkörper 20 von seinem Ventilsitz 19 entfernt zu halten, damit das Entlastungsventil 16 drucklos offen ist. Die Rückseite des Entlastungsventils 16 ist auf nicht gezeigte Weise an dem Behälter 5 oder an eine andere Entlastungsstelle angeschlossen. Auf diese Weise befindet sich das erfindungsgemäße Entlastungsventil 16 nicht in einer der beiden Steuerleitungen oder 7 sondern in einer eigens für dieses Ventil 16 bestimmten Entlastungsleitung 15.
Da das Entlastungsventil 16 lediglich Leckölströme abführt und nicht vom ölstrom der Steuerleitungen durchflossen wii~d, entfallen die in der Regel erheblichen Druckverluste der entsperrbaren Rückschlagventile. ( Deren Druckverluste betragen teilweise ca. 5-10 bar )
Der Arbeitskolben 10 wird nun je nach Wahl der angeschlossen Steuerleitung langsam in eine definierte Richtung driften, bzw. seine Grundstellung in Endlage nicht verlassen. Dabei ist es unerheblich, um welche Zylinderbauart es sich handelt, oder ob eventuell ein Hydraulikmotor verwendet wird.
Wie die Figur 2 zeigt, ist es möglich, das Entlastungsventil 16 in eine Sandwich - Platte 22 einzubauen. Solche Sandwich - Platten 22 werden aufeinandergesetzt und dichtend miteinander verspannt zu einer sogenannten " Höhenvei"kettung ". Da jede Platte ihr eigenes Innenleben hat, können ausgehend von einer Grundplatte mit Pumpenanschluß und Behälteranschluß die verschiedensten Hydraulikeinrichtungen aus unterschiedlichen Hydraulikkomponenten zusammengestellt werden.
Im hier vorliegenden Fall kann dann eine solche mit einem erfindungsgemäßen Entlastungsventil 16 bestückte Sandwich Platte 22 in jede beliebige Hydraulikeinrichtung eingebaut werden. Der große Vorteil besteht aber in der problemlosen Nachrüstbarkeit von solchen Altanlagen, die mit Driftproblemen belastet sind. Nach dem Einbau der erfindungsgemäßen Sandwich - Platte 22 sind die Probleme des Driftens auf jeden Fall behoben.
Wirkungsweise
Die in der Figur 1 gezeigte Steuereinrichtung 1 hat ein 4/3 Wege Magnetventil mit einer Sperrmittelstellung.
Das 4/3 Wege Magnetventil 3 steht in dieser Mittelstellung, und der Arbeitskolben 10 in eingefahrener Stellung in Zylinderendlage, d.h. ei- befindet sich in seiner Ausgangsgrundsstellung.
Das Entlastungsventil 16 ist durch seine Ventilfeder 21 geöffnet und läßt Lecköl aus der Arbeitskammer 8 abfließen, so daß sich dort kein Druck aufbauen kann. In der Rückhubkammer 11 kann jedoch durch Leckage Druck entstehen. Dieser Druck ändert aber nichts an der Grundstellung des Arbeitskolbens 10. Schaltfehler und Notabschaltung treten nicht auf.
Wenn das 4/3 Wege Magnetventil 3 im Sinne einer Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 8 umgestellt wird, beispielsweise bei einem Neustart der Maschine, verläßt der Arbeitskolben 10 seine Grundstellung. Dabei schließt das Entlastungsventil 16 aufgrund der Druckdifferenz. Das geschlossene Entlastungsventil 16 hat keinen negativen Einfluß auf den Bewegungsablauf des Arbeitskolbens 10.
Steht der drucklose Arbeitskolben 10 bei einem Neustart der Pumpe 4 nicht in seiner Grundstellung, so sorgt das Lecköl des 4/3 Wege Magnetventiles 3 bei geöffnetem Druckentlastungsventil 16 zu einem definierten Driften des Ar-
12
beitskolbens 10 in seine Grundstellung. Der mögliche Leckölstrom durch das Entlastungsventil 16 ist dabei so gering, daß bei einer Fehlfunktion keinesfalls eine unzulässig hohe Kolbengeschwindigkeit entstehen kann. Wenn der Arbeitskolben 10 in einer mittleren Position und bei geschlossenem 4/3 Wege Magnetventil 3 einer Fremdkrafteinwirkung ausgesetzt wird, versucht diese beispielsweise den Arbeitskolben 10 in Richtung Ausgangsstellung zu Verschieben. Durch die sich in der Steuerleitung 6 aufbauende Druckdifferenz schließt das Entlastungsventil 16, was bewirkt, daß der Arbeitskolben 10 trotz Belastung in seiner vorgewählten Position verbleibt.
Wird der Arbeitskolben 10 aktiv verfahren, schließt das Entlastungsventil 16.
Fährt der Arbeitskolben 10 aktiv in seine Grundstellung, was durch eine Druckeinsteuerung in die Rückhubkammer 11 zu erreichen ist, öffnet das Entlastungsventil 16. Wird schließlich der Arbeitskolben 10 mit Hilfe des 4/3 Wege Magnetventiles 3 aktiv verfahren und in einer mittleren Position gestoppt, so ist das Entlastungsventil 16 geschlossen und bleibt auch nach dem Stoppen des Arbeitskolbens 10 geschlossen.
Der Arbeitskolben 10 behält dann seine vorgewählte Position bei.
Bezuqazeichenlist-e
1 Steuereinrichtung
2 Arbeitszylinder
3 4/3 Wege Magnetventil
4 Pumpe
5 Behälter
6 Steuer· leitung
7 Steuerleitung
8 Arbeitskammnier
9 Kolbenstange
10 Arbeitskolben
11 Rückhubkammer
12 Manschette
13 Drossel - Rückschlagventil
14 Drossel - Rückschlagventil
15 Entlastungsleitung
IS Entlastungsventil
17 Ventilgehäuse
18 Durchgangsbohrung
19 Ventilsitz
20 Ventilschließkörper
21 Ventilfeder
22 Sandwich - Platte

Claims (1)

  1. Ansprüche
    1. Hydraulische Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines hydraulischen Zweikammer - Arbeitszylinders, insbesondere eines großhubigen Zweikammer - Stellzylinders von Arbeitsmaschinen, mit einer Pumpe und mit einem Behälter und mit einem Mehrstellungs - Mehrwegeventil, das eine mittels zweier Steuerleitungen eingerichtete Verbindung von Pumpe und Behälter mit dem Arbeitszylinder überwacht, dadurch gekennzeichnet, daß an die eine (6) der beiden Steuerleitungen (6,7), die zu der zum Bewegen aus der Grundstellung heraus unter Druck zu setzende Arbeitskammmer <8) des Arbeitszylinders (2) führt, eine Entlastungsleitung (15) mit einem Entlastungsventil (16) angeschlossen ist und daß das Entlastungsventil (16) eine Verbindung der Steuerleitung (6) mit einer Entlastungsstelle ( Behälter 5 ) überwacht und bei in die Arbeitskammer (&bgr;) eingesteuertem Arbeitsdruck die Entlastungsleitung (15) selbsttätig verschließt, bei nicht vorhandenem Arbeitsdruck aber die Entlastungsleitung (15) selbsttätig öffnet und offenhält.
    2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (16) einen Ventilsitz (19), eine Ventilfeder (21) und einen Ventilschließkörper (20) aufweist und daß die Ventilfeder (21) bestrebt ist, den Ventilschließkörper (20) von seinem Ventilsitz (19) entfernt zu halten.
    3. Hydraulische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Ventilschließkörper (20) bei ansteigendem Hydraulikdruck in der Steuerleitung (6) mit hydrodynamischer Krafteinwirkung gegen die Kraft der Ventilfeder (21) auf den Ventilsitz (19) drückbar ist.
    4. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Entlastungsventil
    (16) ein sogenanntes " Rohrbruchventil " verwendet ist.
    5. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (21) eine Schraubendruckfeder ist und einerseits an einer Gehäuseschulter anliegt, und sich andererseits am Ventilschließkörper (20) abstützt.
    1J
    6. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet., daß das Entlastungsventil (16) mit der Entlastungsleitung (15) in einer Sandwich Platte (22) angeordnet ist, die für eine sandwichartig aufgebaute hydraulische Steuereinrichtung (1) bestimmt ist und mit der die Steuereinrichtung (1) nachrüstbar ist.
    7. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche
    1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Mehrstellungs - / Mehrwegeventil ein 4/3 Wege Magnetventil (3) mit stromlos geschlossener Mittelstellung verwendet ist.
    &THgr;. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Steuerleitung (6 bzw. 7) ein Stromventil ( Drosselrückschlagventil 13 bzw. 14) eingesetzt ist.
    9. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (15) zwischen Stromventil ( Drosselrückschlagventil 13 bzw. 14 ) und 4/3 Wege Magnetventil (3) angeschlossen ist.
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DE102013208153A1 (de) 2013-05-03 2014-11-06 Hafner-Pneumatik Krämer KG Stellkörper zur Leitung von Fluidströmen
DE102013016272A1 (de) * 2013-09-25 2015-03-26 Wabco Gmbh Ventilanordnung

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