EP0473030A1 - Proportional-4-Wegeventil in Sitzbauweise - Google Patents

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EP0473030A1
EP0473030A1 EP91113761A EP91113761A EP0473030A1 EP 0473030 A1 EP0473030 A1 EP 0473030A1 EP 91113761 A EP91113761 A EP 91113761A EP 91113761 A EP91113761 A EP 91113761A EP 0473030 A1 EP0473030 A1 EP 0473030A1
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EP
European Patent Office
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valves
valve
proportional
proportional throttle
seat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP91113761A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Schwelm
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Hydrolux SARL
Original Assignee
Hydrolux SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a proportional 4-way valve in seat construction, in particular a proportional directional valve with individually controlled 2-way cartridge valves, which are combined into a compact unit by mounting on a common valve housing.
  • proportional and servo valves in a piston valve design are predominantly used as the link between signal processing electronics and the hydraulic power section.
  • valves with a hermetic sealing function are required to ensure position locking and pressure maintenance functions.
  • the leaks caused by the fitting play require additional downstream seat valves at high cost.
  • the proportional valves in the spool design according to the prior art require complex external position control of the spool.
  • FIG. 1 An electrohydraulic drive is shown in FIG. 1, a hydraulic cylinder 4 being selected as an application example as the hydraulic power unit.
  • a hydraulic cylinder 4 In certain areas of application, e.g. in the aforementioned, such a cylinder must be able to be locked in a given position for safety and functional reasons, which is basically done by providing seat valves which prevent the hydraulic fluid from flowing back out of the cylinder chamber into the supply lines ZA and ZB of the cylinder.
  • a proportional 4-way valve 6 essentially consisting of two proportional throttle valves C1 and C3 with integrated spring return which are manufactured by the applicant under the designation DPCMEE 16S8, and two pilot-controlled lowering brake valves C2 and C4 in the seat version, whereby check valves R1 and R3 are assigned to the outputs of valves C1 and C3.
  • valve C1 is opened according to the desired piston speed of the cylinder 4 by its control magnet a, whereby the supply line ZA is supplied with pressure oil via the check valve R1 and the working line connection A of the valve 6.
  • valve C4 is opened via control line X1 for throttled oil return from cylinder port ZB to tank port T of valve 6.
  • valve C1 For stopping the hydraulic cylinder piston 8 in a locked position, the valve C1 is closed, so that the connection ZA now lies on the check valve R1, and the connection ZB on the seat valve C4; The control line X1 is relieved via the valve C1 and the leakage oil return 10 to the tank connection T.
  • valves C3 and C2 are activated in an analogous manner (this via the control line X2), while the locking takes place in a similar manner to that previously described.
  • the lowering brake valves C2 or C4 are opened as far as the proportional valve C1 or C3 specifies via control line X1 or X2, i.e. Valves C1 and C4, or C3 and C2 interact depending on the load pressure, with negative loads they act as a discharge throttle and prevent the load from advancing and cavitation on the inflow side.
  • Each function of the hydraulic cylinder can be controlled and regulated accordingly.
  • the invention provides an option part O upstream of the proportional directional control valve 6 according to the invention, essentially consisting of a compensator K with a pressure connection P 'with a superimposed proportional pressure setting PA, PB, for load-independent flow control.
  • a load pressure tap L (connection LS) for flow rate adjustment is also possible when using a control pump RP.
  • part O only serves to supply energy to the proportional 4-way valve according to the invention.
  • FIG 2 shows a practical embodiment of the new proportional directional control valve in section (without option O from Figure 1).
  • the individual valves C1, C2, C3, C4 are designed as production-optimized screw-in valves for cost reduction and screwed into a common valve housing 12, resulting in a compact and robust valve unit (cartridge technology).
  • the newly developed proportional throttle valves C1, C3 have high dynamics and positioning accuracy due to the integrated spring return between the active cartridge of the main stage for pilot control without additional electrical feedback. Opening and closing times of 40 ms are achieved with 100% signal control and approx. 2% hysteresis.
  • valve arrangement shown can, however, be switched over in the simplest manner to differential operation of the cylinder 4, in which the valves C1 and C3 are opened simultaneously by their control magnets a and b for simultaneous pressurized oil application to the cylinder sides A and B, with a corresponding circuit (not shown) that the seat valves C2 and C4 remain closed and the check valve R3 is deactivated.
  • valves in the seat design provides hermetic tightness and thus maximum operational safety by blocking the cylinder 4 in the event of a power and / or pressure oil failure.

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Abstract

Das Ventil besteht aus zwei Proportional-Drosselventilen (C1, C3) denen austrittseitig ein Rückschlagventil (R1, R3) zugeordnet ist und aus zwei durch die Proportional-Drosselventile vorgesteuerten Sitzventile (C2, C4) welche alle in einem Ventilgehäuse mit genormter Schnittstelle untergebracht sind. Die Proportional-Drosselventile (C1, C3) besitzen eine magnetische Aussteuerung wobei jede Funktion eines Hydraulikzylinders proportional angesteuert und geregelt werden kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Proportional-4-Wegeventil in Sitzbauweise, insbesondere ein Proportional-Wegeventil mit einzeln gesteuerten 2-Wege-Einbauventilen, welche durch Montage an einem gemeinsamen Ventilgehäuse zu einer kompakten Einheit zusammengefasst sind.
  • In elektrohydraulischen Antrieben werden als Bindeglied zwischen signalverarbeitender Elektronik und dem hydraulischen Leistungsteil überviegend Proportional-und Servoventile in Kolbenschieber-Bauweise eingesetzt. Für Anwendungen wie z.B. im Pressenbau, bei Kunststoffsowie Metallspritzgiessmaschinen und Hubvorrichtungen werden Ventile mit hermetischer Dichtfunktion benötigt, um Positionsverriegelungen und Druckhaltefunktionen zu gewährleisten. Beim Kolbenschieber erfordern die durch das Einpasspiel bedingten Leckagen zusätzliche nachgeschaltete Sitzventile mit hohem Kostenaufwand. Desweiteren benötigen die Proportionalventile in Kolbenschieber-Bauweise nach dem bisherigen Stand der Technik eine aufwendige externe Lageregelung des Kolbenschiebers.
  • Ausserdem müssen die einzelnen Ventile sowohl untereinander wie auch mit dem Pump-und Tankanschluss separat verbunden werden.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile des Standes der Technik ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Proportional-Wegeventil vorzuschlagen, bei welchem eine hermetische Dichtfunktion gewährleistet ist und gleichzeitig auf eine externe Lageregelung von Kolbenschiebern verzichtet werden kann und wobei die einzelnen Ventile in kompakter Weise in einem Gehäuse untergebracht werden können.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Proportional-Wegeventil der eingangs genannten Gattung, durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmale gelöst. Zusätzliche Merkmale befinden sich in den Unteransprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1, die Ansteuerung eines Hydraulikzylinders mittels des erfindungsgemässen Proportional-4-Wegeventils in sinnbildlicher Darstellung;
    • Figur 2, eine Schnittansicht des erfindungsgemässen Proportional-Wegeventils.
  • In Figur 1 ist ein elektrohydraulischer Antrieb dargestellt, wobei als hydraulischer Leistungsteil ein Hydraulikzylinder 4 als Anwendungsbeispiel gewählt wurde. In bestimmten Anwendungsbereichen, wie z.B. in den eingangs erwähnten, muss ein solcher Zylinder aus Sicherheits- und funktionsbedingten Gründen in einer gegebenen Position verriegelt werden können, was grundsätzlich durch das Vorsehen von Sitzventilen erfolgt, welche ein Zurückströmen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinderraum in die Zuleitungen ZA und ZB des Zylinders verunmöglicht.
  • Erfindungsgemäss wird dies realisiert durch ein Proportional-4-Wegeventil 6, im wesentlichen bestehend aus zwei Proportional-Drosselventile C1 und C3 mit integrierter Federrückführung welche vom Anmelder unter der Bezeichnung DPCMEE 16S8 hergestellt werden, sowie aus zwei vorgesteuerten Senkbremsventilen C2 und C4 in Sitzausführung, wobei den Ausgängen der Ventile C1 und C3 Rückschlagventile R1, bzw. R3 zugeordnet sind.
  • Soll die Zuleitung ZA des Zylinders 4 druckölbeaufschlagt werden, so wird das Ventil C1 entsprechend der gewünschten Kolbengeschwindigkeit des Zylinders 4 durch seinen Ansteuermagnet a geöffnet, wodurch die Zuleitung ZA über das Rückschlagventil R1 und den Arbeitsleitungsanschluss A des Ventils 6 mit Drucköl versorgt wird. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung X1 das Ventil C4 geöffnet für gedrosselten Ölrücklauf vom Zylinderanschluss ZB zum Tankanschluss T des Ventils 6.
  • Für das Anhalten des Hydraulikzylinderkolbens 8 in einer verriegelten Stellung wird das Ventil C1 geschlossen, so dass nunmehr der Anschluss ZA an dem Rückschlagventil R1 liegt, und der Anschluss ZB an dem Sitzventil C4; die Steuerleitung X1 wird über das Ventil C1 und die Leckölrückführung 10 zum Tankanschluss T hin entlastet.
  • Für eine Versorgung des Anschlusses ZB werden in analoger Weise die Ventile C3 und C2 (dieses über die Steuerleitung X2) aktiviert, während die Verriegelung in ähnlicher Weise wie vorher beschrieben erfolgt.
  • Die Senkbremsventile C2, bzw. C4 sind bei positiver Zylinderlast so weit geöffnet, wie das proportionale Ventil C1 bzw. C3 es über die Steuerleitung X1 bzw. X2 vorgibt d.h. es besteht eine gegenseitige Beeinflussung der Ventile C1 und C4, bzw. C3 und C2 je nach Lastdruck, bei negativer Last wirken sie als Abflussdrossel und verhindern ein Voreilen der Last und Kavitation auf der Zuflusseite. Jede Funktion des Hydraulikzylinders kann demgemäss proprotional angesteuert und geregelt werden.
  • Fakultativ sieht die Erfindung ein dem erfindungsgemässen Proportional-Wegeventil 6 vorgeschaltetes Optionsteil O, im wesentlichen bestehend aus einem Kompensator K mit Druckanschluss P' mit überlagerter proportionaler Druckeinstellung PA, PB, zur lastunabhängigen Durchflussregelung vor. Auch ist ein Lastdruckabgriff (loadsensing) L (Anschluss LS) zur Förderstromanpassung bei Einsatz einer Regelpumpe RP möglich. Teil O dient jedoch lediglich zur Energieversorgung des erfindungsgemässen Proportional-4-Wegeventils.
  • Figur 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel des neuen Proportional-Wegeventils im Schnitt (ohne die Option O aus Figur 1). Die Einzelventile C1, C2, C3, C4 sind als fertigungsoptimierte Einschraubventile zur Kostenreduktion ausgeführt und in ein gemeinsames Ventilgehäuse 12 eingeschraubt, wodurch eine kompakte und robuste Ventileinheit entsteht (Cartridge- Technik). Die neu entwickelten Proportional- Drossel-ventile C1, C3 verfügen durch die integrierte Federrückführung zwischen aktivem Cartridge der Hauptstufe zur Vorsteuerung über hohe Dynamik und Stellgenauigkeit ohne zusätzlich erforderliche elektrische Rückführungen. Es werden Öffnungs- und Schliesszeiten von 40 ms bei 100 % Signalaussteuerung und ca. 2 % Hysterese erreicht.
  • Sowohl die einzelnen Ventilkomponenten als auch das hiermit aufgebaute Proportional-Wegeventil wurden industriell erprobt. Im Anwendungsbereich Kunststoff-Spritzgiessmaschinen wird das Proportional-Drosselventil erfolgreich zur Steuerung des Einspritzvorganges sowie der Schneckendrehzahl beim Plastifizieren eingesetzt. Das gesamte Proportional-Wegeventil erbrachte ausgezeichnete Resultate in der Schliesseinheit und der Auswerferfunktion beim Entformen. Weitere positive Ergebnisse liegen aus Anwendungen bei Gleichlaufsteuerungen von Kalandern und Hubeinrichtungen vor.
  • Das erfindungsgemässe Proportional-Wegeventil in Sitzbauweise wurde im vorstehenden in seiner Anwendung mit Senkbremsventilen C2 und C4 beschrieben.
  • Die dargestellte Ventilanordung kann jedoch in einfachster Weise auch auf Differentialbetrieb des Zylinders 4 umgeschaltet werden, in dem für eine gleichzeitige Druckölbeaufschlagung der Zylinderseiten A und B die Ventile C1 und C3 gleichzeitig durch ihre Ansteuermagnete a und b geöffnet werden, wobei durch eine entsprechende Schaltung (nicht gezeigt) dafür gesorgt wird, dass die Sitzventile C2 und C4 geschlossen bleiben und das Rückschlagventil R3 ausser Funktion gesetzt wird.
  • Es sei desweiteren darauf hingewiesen, dass das vorgestellte Proportional-Wegeventil in Sitzbauweise durch seine kompakte Bauweise gemäss Figur 2 und Dank seiner genormten Schnittstelle einen direkten Anbau im Zylinderboden ermöglicht (nicht gezeigt).
  • Dies ist besonders vorteilhaft bei Anlagen und Maschinen mit mehreren Hydraulikzylindern wie z.B. eine Maschine mit einem mehrteiligen Ausleger und verschiedenen Freiheitsgraden des Arbeitsgerätes. Eine Maschine mit z.B. 6 Hydraulikzylinder benötigte bis jetzt für jeden Zylinder zwei Steuerleitungen zwischen dem Zylinder und dem Steuerteil, also 12 Leitungen. Werden die erfindungsgemässen Proportionalventile jedoch wie vorgeschlagen im Zylinderboden eingebaut, so können sie alle an eine gemeinsame Pumpleitung und eine gemeinsame Arbeitsleitung angeschlossen werden, so dass nur mehr zwei Leitungen erforderlich sind weil die Ansteuermagnete elektrisch oder sogar über Funk bedient werden können.
  • Ebenfalls sei abschliessend nochmals hervorgehoben, dass durch das Ausführen der Ventile in Sitzbauweise hermetische Dichtheit und damit höchste Betriebssicherheit durch das Blockieren des Zylinders 4 bei Strom-und/oder Druckölausfall gegeben ist.

Claims (5)

1. Proportional-4-Wegeventil in Sitzbauweise, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (12) nach DIN genormter Schnittstelle und je zwei einzeln daran montierten Proportional-Drosselventilen (C1, C3), denen austrittseitig je ein Rückschlagventil (R1 bzw. R3) zugeordnet ist, sowie ebenfalls je zwei einzeln am Ventilgehäuse (12) montierten, durch die Proportional-Drosselventile vorgesteuerten Sitzventilen (C2, C4), wobei für eine Druckölbeaufschlagung eines angeschlossenen hydraulischen Leistungsaggregates die Ventile (C1, C4) bzw. die Ventile (C3 und C2) zusammenwirken und die Ventile (C1 und C3) Proportional-Drosselventile mit integrierter interner Federrückführung sind.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (12) ein genormetes Anschlussbild nach DIN 24340 aufweist.
3. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Druckzulauf vorgeschalteten Kompensator (K) mit überlagerter proportionaler Druckeinstellung (PA, PB).
4. Ventil nach Anpruch 3 gekennzeichnet durch einen Lastdruckabgriff LS zur Förderstromanpassung beim Einsatz einer Regelpumpe.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass für eine Differentialschaltung eines angeschlossenen Arbeitszylinders (4) die Ventile (C1) und (C3) gleichzeitig geöffnet werden können, wobei die Ventile (C2) und (C4) geschlossen bleiben und das Rückschlagventil (R3) ausser Funktion gesetzt wird.
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