DE3709900A1 - Hydraulische ventilanordnung zum steuern einer hydraulischen kolben-zylinder-einheit - Google Patents
Hydraulische ventilanordnung zum steuern einer hydraulischen kolben-zylinder-einheitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventil
anordnung und insbesondere auf eine hydraulische Ventil
anordnung zum Steuern der Bewegung eines in einem Zylin
der angeordneten Kolbens.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung in Trai
ningsmaschinen, so daß eine Ausführungsform des Erfin
dungsgegenstandes unter Bezug auf eine Trainingsmaschine
erläutert wird. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung
auch zusammen mit anderen Vorrichtungen verwendet werden
kann.
In der US-PS 43 54 676 ist eine Trainingsmaschine be
schrieben, bei der die Bewegung einer Betätigungsstange
durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird. Der
Kolben dieser Einheit ist mit der Betätigungsstange ver
bunden, wobei die Durchflußmenge der hydraulischen Flüs
sigkeit, die durch den Kolben aus dem Zylinder gedrückt
wird, durch ein mittels eines Schrittmotors betätigten
Ventils gesteuert wird. Der Druck der Hydraulikflüssig
keit wird mittels eines Druckaufnehmers gemessen. Ein
mit einem Mikroprozessor versehener Servomechanismus
überwacht den Flüssigkeitsdruck und die Stellung der Be
tätigungsstange und gestattet eine Regelung zum Justie
ren der Stellung des Schrittmotors. Das Ventil wird da
durch zum Einstellen der Durchflußmenge des hydrauli
schen Flüssigkeit geöffnet oder geschlossen. Der Wider
stand auf die Betätigungsstange kann durch Variation der
von dem Benutzer aufzubringenden Kraft und/oder der Ge
schwindigkeit, bei welcher sich die Stange bewegt, ge
steuert werden.
Die Erfindung schafft eine hydraulische Ventilanordnung,
welche ein Servosteuerventil, Rückschlagventile, einen
Druckaufnehmer und einen Flüssigkeitsbehälter in einer
Anordnung umfaßt.
Diese Anordnung ist einfacher und
preiswerter herzustellen, und außerdem verringert eine
kürzere und einfacher aufgebaute Ölströmung den Strö
mungswiderstand und verbessert die Leistungsfähigkeit
des Ventils. Der Flüssigkeitsbehälter steht unter Druck,
um den Einfluß des Druckverlustes zwischen dem Zylinder
und dem Behälter zu verringern, so daß ein Ablesen des
Druckes mit größerer Genauigkeit möglich ist.
Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird
nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung
eines Hydraulikzylinders und
einer hydraulisch betätigten
Ventilanordnung;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Servo
steuerventil und den Schritt
motor;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Buchse
des Steuerventils;
Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt
durch die Buchse des Steuerven
tils;
Fig. 5 eine Endansicht der Buchse gemäß
Fig. 4; und
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den
Steuerkolben des Steuerventils.
Unter Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheit 10 einen Zylinder 11 mit einem
Kopfende 12 und einem Stangenende 13, einem in dem Zy
linder hin- und herbeweglichen Kolben 14 und einer in
dem Stangenende 13 gleitend geführten Kolbenstange 15.
Zwischen der Kolbenstange und dem Stangenende des Zylin
ders ist eine herkömmliche Abdichtung vorgesehen. Das
äußere Ende der Kolbenstange kann an einer, in der US-PS
43 54 676 beschriebenen, Betätigungsstange befestigt
sein.
Hydraulikleitungen 17 und 18 sind mit den Enden des Zy
linders und einer Ventilanordnung 20 verbunden, die die
Flüssigkeitsmenge zwischen den Zylinderenden steuert.
Die Ventilanordnung umfaßt ein Gehäuse oder einen Block
21 mit einem Paar Öffnungen 22 und 23, die mit den Lei
tungen 17 und 18 verbunden sind. Ein innerer Kanal 24
verbindet die Öffnungen 22 und 23.
Ein Behälter 25 für die Hydraulikflüssigkeit ist an dem
Gehäuse befestigt und durch einen Anschluß 27 mit dem
inneren Kanal 26 verbunden. Der Kanal 26 ist durch drei
Kanäle 28, 29 und 30 mit dem Kanal 24 verbunden. Die in
neren Durchgänge bzw. Kanäle in dem Gehäuse können mit
tels Durchbohren des Gehäuses hergestellt sein, und
Stopfen 31, 32, und 33 verschließen die Enden der Durch
gänge bzw. Kanäle 26, 28 und 29.
Ein Steuerkolbenventil 35 ist zum Steuern der Durchfluß
menge vom Kanal 24 zum Kanal 26 in dem Kanal 30 einge
baut. Ein Paar in dem Kanal 24 vorgesehener Rückschlag
ventile 36 und 37 erlauben der Flüssigkeit, die durch
den Kolben 14 aus dem Zylinder 11 herausgedrückt wird,
in den Kanal 24 und in den Kanal 30 zum Steuerkolbenven
til 35 abzuströmen. Ein Paar in den Kanälen 28 und 29
vorgesehene Rückschlagventile 38 und 39 gestatten der
Flüssigkeit von dem Steuerkolbenventil durch den Kanal
26 in einen der Kanäle 28 oder 29 zu strömen. Ein Druck
aufnehmer 40 ist in dem Kanal 24 zwischen den Rück
schlagventilen angeordnet, um den Druck der Hydraulik
flüssigkeit zu messen.
Der Ölbehälter 25 umfaßt ein Gehäuse 42 und eine darin
angeordnete flexible, elastische Gummiblase 43, die mit
dem Anschluß 27 verbunden ist. Ein zwischen dem Gehäuse
42 und der Blase 43 vorhandener Raum 44 wird durch ein
Rückschlagventil 45 mit Luft unter Druck gesetzt.
Wie nachfolgend genauer erläutert, steuert das Steuer
kolbenventil 35 die Durchflußmenge durch den Kanal 30
von dem Kanal 24 zum Kanal 26. Wenn der Kolben 14 nach
unten gedrückt wird, drängt die Hydraulikflüssigkeit un
ter hohem Druck aus dem Kopfende des Zylinders durch die
Leitung 17 und über das Rückschlagventil 36 in den unter
hohem Druck stehenden Kanal 24. Hydraulikflüssigkeit mit
niedrigem Druck strömt von dem Steuerkolbenventil durch
den mit niedrigem Druck beaufschlagten Kanal 26 über das
Rückschlagventil 38 und den Kanal 28 in das Stangenende
des Zylinders. Überschüssige Flüssigkeit strömt in den
Behälter 25. Die zum Bewegen des Kolbens erforderliche
Kraft und/oder die Geschwindigkeit, bei der sich der
Kolben bewegt, wird durch Öffnen oder Schließen des
Steuerkolbenventils 35 gesteuert.
Wenn der Kolben 14 nach oben bewegt wird, drängt die Hy
draulikflüssigkeit unter hohem Druck aus dem Stangenende
des Zylinders über das Rückschlagventil 37 in den unter
hohem Druck stehenden Kanal 24. Die unter niedrigem
Druck stehende Flüssigkeit kehrt zum Kopfende des Zylin
ders durch das Rückschlagventil 39 zurück. Jede zusätz
lich benötigte Flüssigkeit wird aus dem Behälter 25 ab
gezogen.
Der unter Druck stehende Flüssigkeitsbehälter 25 ist ein
Bestandteil der Ventilanordnung, wodurch sonst erforder
liche Rohrleitungen und Verbindungen unnötig werden. Der
Luftdruck zwischen der Blase und dem Behältergehäuse
drückt die Flüssigkeit in den mit niedrigem Druck beauf
schlagten Kanal 26 und verhindert den zwischen dem Be
hälter und dem Zylinder normalerweise existierenden
Druckverlust. Die Trennung von Hydraulikflüssigkeit und
Druckluft mit Hilfe der Gummiblase 43 verhindert ein
Eindringen von Luft in die Flüssigkeit und ein "Spiel"
der Betätigungsstange, das durch zusammenpreßbare Luft
in der Flüssigkeit verursacht werden kann.
Unter Bezug auf Fig. 2 umfaßt das Steuerkolbenventil 35
im allgemeinen eine Zylinderbuchse 48 und einen Steuer
kolben 49. Die Buchse ist in einer Bohrung 50 in dem
Ventilgehäuse 21 angebracht, wobei eine Abdeckung 51 ein
Ende der Bohrungen 50 verschließt und ein Ende der Buch
se sicher befestigt.
Ein Schrittmotor 52 ist an dem Gehäuse 21 mittels eines
Motorbefestigungsblocks 53 befestigt, welcher das andere
Ende der Buchse sichert. Der Schrittmotor ist herkömmli
cher Art und umfaßt eine außenseitige, mit Gewinde ver
sehene Welle 54, die mittels des Motors in jeder Rich
tung gedreht wird. Die Welle 54 ist in einem zylindri
schen Zwischenstück 55 verschraubt, welches gegen Ver
drehen mittels Spannstiften 56 gesichert ist, die in dem
Befestigungsblock 53 befestigt sind und sich durch das
Zwischenstück erstrecken.
Ein fester Draht 58 zum Betätigen des Steuerkolbenven
tils ist an dem inneren Ende des Zwischentücks 55 sicher
befestigt; ferner umfaßt das linke Ende des Antriebs
drahtes einen Gewindeanschluß 59, der mit dem linken En
de des Steuerkolbens 49 in Eingriff steht. Wenn sich die
Motorwelle 54 dreht, bewegt sich das Zwischenstück 55
geradlinig entlang den Spannstiften 56 zum Schrittmotor
hin oder von diesem weg, so daß der Antriebsdraht 58 den
Steuerkolben axial in der Buchse 48 bewegt.
Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, umfaßt die Buchse
eine zylindrische Innenfläche 61 und drei axial beab
standete ringförmige Schultern 62, 63 und 64, die mit
der Oberfläche der Bohrung in dem Gehäuse in Eingriff
sind. Die Schultern 63 und 64 sind mit Nuten 65 und 66
für O-Ringdichtungen versehen. Vier kreisförmige Öffnun
gen 67 erstrecken sich durch die Buchse zwischen den
Schultern 62 und 63, und vier dreiecksförmige Öffnungen
68 erstrecken sich durch die Buchse zwischen den Schul
tern 63 und 64.
In bezug auf Fig. 6 umfaßt der Steuerkolben 49 einen
Hauptabschnitt 70 und ein Paar radial hervorstehende
Stege 71 und 72. Die äußere Oberfläche jedes Steges ist
mit axial beabstandeten Umfangsnuten 73 versehen. Eine
Zentralbohrung 74 erstreckt sich durch den Steuerkolben
und umfaßt einen inneren, mit Gewinde versehenen Ab
schnitt 75 zum sicheren Befestigen des Antriebsdrahtes
58.
Gemäß Fig. 2 steuert das Steuerkolbenventil den Durch
fluß zwischen dem mit hohem Druck beaufschlagten Kanal
24 und dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Kanal 26
mittels Einstellen des Stegs 72 des Steuerkolbens 49 re
lativ zu den dreiecksförmigen Öffnungen 68 in der Buchse
48. Wenn der Steg 72 die Öffnungen 68 vollständig ab
deckt, ist der Flüssigkeitsstrom unterbunden. Sobald der
Steg 72 mittels des Antriebsdrahtes 58 nach rechts be
wegt wird, werden die dreiecksförmigen Öffnungen 68 be
ginnend mit der punktförmigen Spitze der Öffnung allmäh
lich freigelegt. Dadurch kann die Flüssigkeit in das
linke Ende der Buchse durch die kreisförmigen Öffnungen
67 und aus dem rechten Ende der Buchse durch die drei
ecksförmigen Öffnungen 68 strömen. Die Flüssigkeitsströ
mung wird durch den Steg 72 und die dreiecksförmigen
Öffnungen 68 dosiert, wobei die dreiecksförmige Gestalt
jeder Öffnung die Strömungskräfte entlang der Öffnungs
kante reduziert.
Der biegefeste Antriebsdraht 58 kann den Steuerkolben
sowohl zur linken Seite drücken als auch zur rechten
Seite ziehen. Die Verwendung eines Drahtes als Antrieb
für den Steuerkolben verhindert eine Seitenbeanspruchung
des Steuerkolbens gegen die Buchse.
Während in der vorstehenden Beschreibung eine detail
lierte Erläuterung einer Ausführungsform des Erfindungs
gegenstandes gegeben wurde, ist klar verständlich, daß
viele hier dargestellte Details durch den Fachmann er
heblich abgeändert werden können, ohne die technische
Lehre und den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Claims (8)
1. Hydraulische Ventilanordnung zum Steuern einer hy
draulischen Kolben-Zylinder-Einheit, gekennzeichnet
durch ein Ventilgehäuse (21) mit:
- a) ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) zum An schluß an die hydraulische Kolben-Zylinder-Ein heit (10);
- b) einem mit den ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) verbundenen, mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24);
- c) einem in dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüs sigkeitskanal (24) eingebauten ersten Rückschlag ventil (36), welches eine Flüssigkeitsströmung von der ersten Öffnung (22) in den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) ge stattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von dem mit hohem Druck beaufschlagten Kanal (24) zur er sten Öffnung (22) verhindert;
- d) einem zweiten, in den mit hohem Druck beauf schlagten Flüssigkeitskanal (24) eingebauten Rückschlagventil (37), welches eine Flüssigkeits strömung von der zweiten Öffnung (23) in den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeits kanal zur zweiten Öffnung (23) verhindert;
- e) einem mit den ersten und zweiten Öffnungen (22, 23) verbundenen, mit niedrigem Druck beaufschlag ten Flüssigkeitskanal (26);
- f) einem dritten, in den mit niedrigem Druck beauf schlagten Flüssigkeitskanal (26) eingebautes Rückschlagventil (39), welches eine Flüssigkeits strömung von dem mit niedrigem Druck beaufschlag ten Flüssigkeitskanal (26) zur ersten Öffnung (22) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von der ersten Öffnung zu dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal verhindert;
- g) einem vierten, in den mit niedrigem Druck beauf schlagten Flüssigkeitskanal (26) eingebauten Rückschlagventil (38), welches eine Flüssigkeits strömung von dem mit niedrigem Druck beaufschlag ten Flüssigkeitskanal (26) zur zweiten Öffnung (23) gestattet, jedoch eine Flüssigkeitsströmung von der zweiten Öffnung (23) zum mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (26) ver hindert;
- h) einem den mit hohem Druck beaufschlagten Flüssig keitskanal (24) und den mit niedrigem Druck be aufschlagten Flüssigkeitskanal (26) miteinander verbindenden Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30); und einem in dem Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30) sitzenden Steuerventil (35) zur Durchfluß steuerung der Flüssigkeitsströmung durch den Steuerventil-Flüssigkeitskanal (30) von dem mit hohem Druck beaufschlagten Flüssigkeitskanal (24) zu dem mit niedrigem Druck beaufschlagten Flüs sigkeitskanal (26).
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß zum Betrieb des Steuerventils (35) ein Schritt
motor (52) vorgesehen ist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Steuerventil (35) eine Buchse (48) und ei
nen in der Buchse gleitend geführten Steuerkolben (49)
aufweist.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Buchse (48) mit einer V-förmigen spitzen
Öffnung versehen ist und daß der Steuerkolben (49) glei
tend so geführt ist, daß ein Öffnen und Schließen der
V-förmigen spitzen Öffnung relativ zum Buchseninneren
möglich ist.
5. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß der Schrittmotor (52) ein Bewegen des Steuer
kolbens (49) in der Buchse (48) gestattet.
6. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein mit dem mit niedrigem Druck beaufschlagten
Flüssigkeitskanal (26) verbundener Flüssigkeitsbehälter
(25) vorgesehen ist.
7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß der Flüssigkeitsbehälter (25) ein Gehäuse (42),
eine in dem Gehäuse angeordnete elastische Blase (43)
aufweist, die mit dem mit niedrigem Druck beaufschlagten
Flüssigkeitskanal (26) verbunden ist, und daß eine Ein
richtung (45) vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein zwi
schen dem Gehäuse (42) und der Blase (43) angeordneter
Raum (44) mit Druckluft beaufschlagbar ist.
8. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein mit dem mit hohem Druck beaufschlagten
Flüssigkeitskanal (24) verbundener Druckaufnehmer (40)
vorgesehen ist.
Applications Claiming Priority (1)
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US89801386A | 1986-08-19 | 1986-08-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3709900A1 true DE3709900A1 (de) | 1988-02-25 |
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GB (1) | GB2194309B (de) |
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Legal Events
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