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Die
Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten
Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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In
der
DE 44 05 143 C2 ist
eine derartige Ventilanordnung offenbart. Dieses hat ein stetig
verstellbares Hauptsteuerventil als Hauptstufe und ein elektro-magnetisch
betätigbares Vorsteuerventil als Vorstufe. Das Hauptsteuerventil
dient zum Steuern einer Druckmittelverbindung zwischen einer Druckquelle,
einem Ablauf und einem Verbraucher in Form eines Hydrozylinders.
Ein Hauptsteuerkolben des Hauptsteuerventils ist über zwei
Steuerräume steuerbar und weist eine Federrückstellung
auf. Die Steuerräume zum Verstellen des Hauptsteuerkolbens
werden über das Vorsteuerventil angesteuert. Über
dieses sind die Steuerräume dann mit dem Ablauf- oder der
Druckmittelquelle verbindbar.
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Werden
schnelle Stellzeiten des Hauptsteuerkolbens des Hauptsteuerventils
benötigt, so sind diese bei gegebenen Druckverhältnissen
im Wesentlichen von der Nenngröße des Vorsteuerventils
abhängig. Je größer die Nenngröße
des Vorsteuerventils ist, desto größer ist auch
der Druckmitteldurchsatz über das Vorsteuerventil zum Ansteuern
der Steuerräume des Hauptsteuerventils und desto kürzer
ist damit die Stellzeit.
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Nachteilig
hierbei ist, dass mit steigender Nenngröße des
Vorsteuerventils auch die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand
steigen.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges,
dynamisches vorgesteuertes Ventil zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist
ein vorgesteuertes Ventil einer Ventilanordnung eine Haupt- und
eine Vorstufe auf. Die Hauptstufe hat dabei ein Wegeventil – beispielsweise
ein Sitzventil – mit zumindest einem Steuerraum, der über
ein Wegeventil der Vorstufe mit einer Druckquelle oder einem Ablauf
bzw. Tank verbindbar ist. Parallel zum Wegeventil der Vorstufe ist wenigstens
ein Schaltventil angeordnet.
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Diese
Lösung hat den Vorteil, dass durch das Schaltventil ein
hoher Druckmitteldurchsatz zwischen dem zumindest einen Steuerraum
der Hauptstufe und dem Tank oder der Druckmittelquelle – je nachdem
wie das Schaltventil angeordnet ist – ermöglicht
ist. Dabei kann selbst bei einer kleinen Nenngröße
des Wegeventils der Vorstufe ein hoher Druckmitteldurchsatz und
kurze Stellzeiten der Hauptstufe erreicht werden. Ein Wegeventil
der Vorstufe mit einer kleinen Nenngröße weist
geringe Herstellungskosten, eine hohe Dynamik und eine hohe Robustheit
auf. Da das Schaltventil ebenfalls äußerst kostengünstig
ist, ist ein erfindungsgemäßes vorgesteuertes
Ventil insgesamt äußerst kostengünstige und
robust.
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Zum
genauen Ansteuern des Wegeventils der Hauptstufe kann das Wegeventil
der Vorstufe ein Proportional-Wegeventil bzw. Stetig-Wegeventil
sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Ventilanordnung ist der Steuerraum
des Wegeventils der Hauptstufe über das Proportional-Wegeventil
der Vorstufe mit der Druckquelle oder dem Tank und über zumindest
ein Schaltventil mit dem Tank und/oder über zumindest ein
Schaltventil mit der Druckquelle verbindbar.
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Bei
einer sehr einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung
des Schaltventils hat dieses einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss.
Dabei ist in einer federvorgespannten Sperrstellung eine Druckmittelverbindung
zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss gesperrt. In einer Öffnungsstellung
stehen dann der Eingangs- und der Ausgangsanschluss in Druckmittelverbindung
(es wäre denkbar, die Schaltstellungen genau umgekehrt
auszubilden).
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Zur
Steigerung des Druckmitteldurchsatzes zwischen dem Steuerraum des
Wegeventils der Hauptstufe und dem Tank können mehrere
Schaltventile in der Vorstufe zum Verbinden des Steuerraums mit
dem Tank angeordnet sein.
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Um
eine weitere Erhöhung des Druckmitteldurchsatzes zwischen
dem Steuerraum des Wegeventils der Hauptstufe und der Druckquelle
zu ermöglichen, können mehrere Schaltventile vorgesehen sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat ein
Schaltventil zwei Zulauf- und zwei Ablaufanschlüsse. In
einer federvorgespannten Grundstellung sind die beiden Zulaufanschlüsse
und die beiden Ablaufanschlüsse und in einer Schaltstellung
jeweils ein Zulauf- mit einem Ablaufanschluss verbunden. Über
ein derartiges Schaltventil können vorteilhafterweise zwei
Strömungspfade zwischen dem Steuerraum des Wegeventils
der Hauptstufe und dem Tank oder der Druckmittelquelle verlaufen, bei
gleichzeitig geringem Bauraumbedarf des Schaltventils.
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Mit
Vorteil hat das Wegeventil der Hauptstufe zwei Steuerräume, über
die ein Hauptsteuerkolben proportional über die Vorstufe
verstellbar ist. Bei diesem Wegeven til kann ein jeweiliger Steuerraum
einfach über zumindest ein erstes Schaltventil mit der Druckquelle
und über zumindest ein zweites Schaltventil mit dem Tank
verbindbar sein.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Hydraulikschaltplan mit einer Ventilanordnung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 einen
Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 einen
Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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4 einen
Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel; und
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5 einen
Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel.
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In
der 1 ist ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen
Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten Ventil gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Bei dem Ventil handelt
es sich um ein 2/2-Wegeventil 1, das zum Auf- und Zusteuern
einer Druckmittelverbindung zwischen einem Hydrospeicher 2 bzw.
einer Druckquelle und einem Verbraucher in Form eines Hydrozylinders 4 dient.
Das Wegeventil 1 ist als Hauptstufe 6 eingesetzt,
die von einer Vorstufe 8 vorgesteuert ist.
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Der
Hydrospeicher 2 ist über eine Druckleitung 10 mit
einem ersten Arbeitsanschluss 12 des Wegeventils 1 der
Hauptstufe 6 verbunden. An einem zweiten Arbeitsanschluss 14 des
Wegeventils 1 ist eine Arbeitsleitung 16 angeschlossen,
die mit einem Zylinderraum 18 des Hydrozylinders 4 verbunden
ist. Der Zylinderraum 18 wird von einem im Hydrozylinder 4 geführten
Kolben 20 von einem Ringraum 22 getrennt, der
von einer mit dem Kolben 20 verbundenen Kolbenstange 24 durchsetzt
ist.
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Zum
Auf- und Zusteuern der Druckmittelverbindung zwischen dem Hydrospeicher 2 und
dem Hydrozylinder 4 weist das Wegeventil 1 einen
einem Ventilsitz 26 zugeordneten Stufenkolben 28 auf.
Eine vom Ventilsitz 26 abgewandte Steuerfläche 30 des Stufenkolbens 28 begrenzt
einen Steuerraum 32, der über die Vorstufe 8 mit
der Druckleitung 10 und somit mit dem Hydrospeicher 2 oder
mit einem Tank 34 verbindbar ist. In dem Steuerraum 32 ist
eine Schließfeder 36 angeordnet, die den Stufenkolben 28 über
die Steuerfläche 30 in Richtung des Ventilsitzes 26 mit einer
Federkraft beaufschlagt. An der Steuerfläche 30 stützt
sich ein Wegmesskolben 38 eines Wegaufnehmers 40 zur
Bestimmung des Hubewegs des Stufenkolbens 28 ab.
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Der
Stufenkolben 28 hat einen radial zurückgestuften
Abschnitt 42, der im geschlossenen Zustand des Wegeventils 1 auf
dem Ventilsitz 26 anliegt. Durch den zurückgestuften
Abschnitt 42 hat der Stufenkolben 28 eine von
der Steuerfläche 30 abweisende Ringfläche 44 und
eine Stirnfläche 46. Im geschlossenen Zustand
des Wegeventils 1 ist die Ringfläche 44 in
Druckmittelverbindung mit dem Arbeitsanschluss 12 und damit
der Druckleitung 10 und die Stirnfläche 46 mit
dem Arbeitsanschluss 14 und damit der Arbeitsleitung 16 verbunden.
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Zur
Verbindung mit der Vorstufe 8 ist an dem Steuerraum 32 des
Wegeventils 1 eine Steuerleitung 48 angeschlossen,
die mit einem Arbeitsanschluss A eines Wegeventils 50 der
Vorstufe 8 verbunden ist. Dieses ist ein elektromagnetisch über
einen Proportionalmagneten 52 – denkbar wäre
auch ein Servo- oder Piezoelement – betätig bares
Proportional-Wegeventil bzw. 3/2-Wegeventil. Das Wegeventil 50 hat des
Weiteren einen Druckanschluss P, der über eine Verbindungsleitung 54 mit
der Druckleitung 10 in Druckmittelverbindung steht. Über
einen Tankanschluss T ist das Wegeventil 50 an eine mit
dem Tank 34 verbundene Tankleitung 56 angeschlossen.
Ein Vorsteuerschieber des Wegeventils 50 ist mit einer Ventilfeder 57 in
einer Grundstellung a vorgespannt, in der der Druckanschluss P mit
dem Arbeitsanschluss A verbunden ist – je nach Einsatz
könnte die Grundstellung a auch anders ausgebildet sein. Über den
Proportionalmagneten 52 ist der Vorsteuerschieber in Richtung
von Arbeitsstellungen b verschiebbar, in denen der Arbeitsanschluss
A mit dem Tankanschluss T verbunden ist. Durch das Wegeventil 50 ist die
Position des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 und
der Druck im Steuerraum 32 regelbar.
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In
der in 1 gezeigten Stellung des Wegeventils 50 ist
der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 mit
dem Hydrospeicher 2 in Druckmittelverbindung. Zum Verschieben
des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 in eine Öffnungsrichtung wird
der Vorsteuerschieber des Wegeventils 50 über den
Proportionalmagneten 52 in Richtung der Arbeitsstellungen
b verschoben, wodurch der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 mit
dem Tank 34 verbunden ist und der Druck in diesem Steuerraum 32 abgebaut
wird. Übersteigen die auf die Ringfläche 44 und die
Stirnfläche 46 des Stufenkolbens 28 in Öffnungsrichtung
wirkenden Druckkräfte die auf die Steuerfläche 30 wirkenden
Druckkräfte und die Federkraft der Schließfeder 36,
dann hebt der Stufenkolben 28 vom Ventilsitz 26 ab.
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Um
die zur Verschiebung des Stufenkolbens 28 in die Öffnungsrichtung
benötigte Stellzeit des Wegeventils 1 zu verringern,
sind in der Vorstufe 8 parallel zu dem Wegeventil 50 zwei
Schaltventile 58, 60 angeordnet, über
die eine Druckmittelverbindung zwischen dem Steuerraum 32 des
Wegeventils 1 und dem Tank 34 auf- und zusteuerbar
ist. Die Schaltventile 58, 60 sind elektromagnetisch
verstellbare 2/2-Wegeventile und haben jeweils einen mit der Steuerleitung 48 verbundenen
Arbeitsanschluss A und einen mit der Tankleitung 56 verbundenen
Tankanschluss T. Ein Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 ist über
eine Ventilfeder 62 in eine Sperrstellung x vorgespannt,
in der die Druckmittelverbindung zwischen dem Tankanschluss T und
dem Arbeitsanschluss A getrennt ist. Über einen elektromagnetisch betätigbaren
Aktor 64 ist der Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 in
eine Öffnungsstellung y schaltbar, in der der Arbeitsanschluss
A mit dem Tankanschluss T verbunden ist.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des Wegeventils 1 mit
den Schaltventilen 58, 60 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
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Zum Öffnen
des Wegeventils 1 wird der Steuerraum 32 über
die Vorstufe 8 mit dem Tank 34 verbunden. Hierfür
gibt es mehrere Möglichkeiten. Ist eine lange Stellzeit
des Wegeventils 1 hinreichend, so wird lediglich der Vorsteuerschieber
des Wegeventils 50, wie vorstehend erläutert,
in Richtung der Arbeitsstellungen b verschoben. Zur Verkürzung
der Stellzeit wird zusätzlich der Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 in
die Öffnungsstellung y gebracht, wodurch eine schnellere
Entlastung des Steuerraums 32 zum Tank 34 erfolgt.
Soll die Stellzeit weiter verkürzt werden, wird zusätzlich
das zweite Schaltventil 58 bzw. 60 in die Öffnungsstellung
y gebracht. Die Stellzeit kann somit durch zusätzliche
Betätigung eines oder beider Schaltventile 58, 60 verkürzt
werden. Durch die Druckentlastung des Steuerraums wird der Stufenkolben 28 über
die Ringfläche 44, die vom Druck im Hydrospeicher 2 beaufschlagt ist,
in die Öffnungsrichtung bewegt. Sind beispielsweise 70%
eines erforderlichen Öffnungshubs des Stufenkolbens 28 erreicht,
so werden die Schaltventile 58 und 60 in die Sperrstellung
x geschaltet, womit der restliche Hubweg über das Wegeventil 50 der Vorstufe 8 gesteuert
wird. Mit dem Wegeventil 50 alleine ist eine genaue Positionierung
des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 ermöglicht.
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Zum
Schließen des Wegeventils 1 sind das Wegeventil 50 und
die Schaltventile 58 und 60 stromlos in der Grundstellung
a bzw. Sperrstellung x. Der Steuerraum 32 ist dann über
das Wegeventil 50 mit dem Hydrospeicher 2 verbunden,
wodurch der Stufenkolben 28 über die Steuerfläche 30 mit
dem Druck des Hydrospeichers 2 und der Federkraft der Schließfeder 36 in
Schließrichtung gegen den an der Ringfläche 44 und
der Stirnfläche 46 anliegenden Druck bewegt wird.
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Eine
kurze Stellzeit des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 wird
beispielsweise benötigt, wenn der Hydrozylinder 4 zum
Einspritzen von Spritzgussmittel in eine Spritzgussmaschine eingesetzt
wird. Hierzu ist eine schnelle Druckbeaufschlagung des Kolbens 20 des
Hydrozylinders 4 über den Zylinderraum 18 notwendig
und somit eine schnelle Druckmittelverbindung zwischen der mit dem
Zylinderraum 18 verbundenen Arbeitsleitung 16 und
der mit dem Hydrospeicher 2 verbundenen Druckleitung 10 notwendig.
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2 stellt
in einem Hydraulikschaltplan die Ventilanordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel dar. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel
aus 1 weist die Vorstufe 8 zwei zusätzliche
Schaltventile 66, 68 auf. Diese dienen zum schnellen
Schließen des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6.
Die Schaltventile 66 und 68 haben jeweils einen
mit der Steuerleitung 48 verbundenen Arbeitsanschluss A
und einen mit der Verbindungsleitung 54 und somit mit der
Druckleitung 10 verbundenen Druckanschluss P. Die weitere
Ausgestaltung der Schaltventile 66 und 68 entspricht
denen der in 1 erläuterten Schaltventile 58 bzw. 60.
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Mit
den Schaltventilen 66, 68 ist eine kürzere Stellzeit
des Stufenkolbens 28 in Schließrichtung, im Vergleich
zum ersten Ausführungsbeispiel aus 1, ermöglicht.
Zum schnelleren Bewegendes Stufenkolbens 28 in Richtung
des Ventilsitzes 26 des Wegeventils 1 sind die
Schaltventile 58, 60 und das Wegeventil 50 der
Vorstufe 8 unbestromt und das Schaltventil 66 bestromt,
wodurch der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 der
Hauptstufe 6 über das Schaltventil 66 und
das Wegeventil 50 mit der Druckleitung 10 und
somit mit dem Hydrospeicher 2 in Druckmittelverbindung
steht. Damit ist ein erhöhter Druckmitteldurchsatz vom
Hydrospeicher 2 zum Steuerraum 32 geschaffen,
was zu einer verkürzten Stellzeit führt. Zur weiteren
Verkürzung der Stellzeit ist zusätzlich zum Schaltventil 66 das
Schaltventil 68 betätigbar, wodurch der Druckmitteldurchsatz
weiter erhöht ist.
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Ist
die erforderliche Endposition des Stufenkolbens 28 erreicht
oder liegt dieser auf dem Ventilsitz 26 an, so wird die
Bestromung der Schaltventile 66, 68 unterbrochen.
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Es
ist denkbar, weitere Schaltventile parallel zu den Schaltventilen 58, 60 bzw. 66, 68 in
der Vorstufe 8 anzuordnen, um die Stellzeit der Hauptstufe 6 weiter
zu verringern.
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3 zeigt
einen Hydraulikschaltplan der Ventilanordnung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht etwa dem
ersten Ausführungsbeispiel aus 1, wobei
anstelle der Schaltventile 58, 60 ein einzelnes
Schaltventil 70 in der Vorstufe parallel zum Wegeventil 50 angeordnet
ist. Bei dem Schaltventil 70 handelt es sich um ein 4/2-Wegeventil
mit zwei mit der Steuerleitung 48 verbundenen Arbeitsanschlüssen
A1, A2 bzw. Zulaufanschlüsse und zwei mit der Tankleitung 56 verbundenen Tankanschlüssen
T1, T2 bzw. Ablaufanschlüsse. Ein Ventilschieber des Schaltventils 70 ist über
eine Ventilfeder 72 in einer Grundstellung h vorgespannt,
in der die beiden Arbeitsanschlüsse A1, A2 und die beiden
Tankanschlüsse T1, T2 in Druckmittelverbindung stehen. Über
einen elektromagnetisch betätigbaren Aktor 74 ist
der Ventilschieber in eine Öffnungsstellung i schaltbar,
in der der Arbeitsanschluss A1 mit dem Tankanschluss T2 und der
Arbeitsanschluss A2 mit dem Tankanschluss T1 in Druckmittelverbindung stehen.
Hierdurch verlaufen zwei Druckmittelströmungspfade zwischen
der Steuerleitung 48 und der Tankleitung 56 über
das Schaltventil 70. Der Druckmitteldurchsatz über
dem Schaltventil 70 kann beispielsweise der Summe der beiden
Druckmittelvolumenstromdurchsätze der Schaltventile 58 und 60 aus 1 entsprechen,
wobei nur ein einziges Schaltventil 70 nötig ist
und beispielsweise Bauraum gespart werden kann.
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Um
bei einer Betätigung des Stufenkolbens 28 des
Wegeventils 1 die Stellzeit zu senken, wird der Ventilschieber
des Schaltventils 70 in die Öffnungsstellung i
zusätzlich zu dem in die Arbeitsstellung b geschalteten
Wegeventil 50 betätigt. In der Öffnungsstellung
i wird die Steuerleitung 48 über das Schaltventil 70 zum
einen über den Arbeitsanschluss A1 und den Tankanschluss
T2 und zum anderen über den Arbeitsanschluss A2 und den
Tankanschluss T1 mit der Tankleitung 56 verbunden, womit
der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 und der Tank 34 in
Druckmittelverbindung stehen.
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In
der 4 ist in einem Hydraulikschaltplan die Ventilanordnung
gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
gezeigt. Dieses hat zusätzlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel
aus 3 ein Schaltventil 76, das dem Schaltventil 70 entspricht.
Das Schaltventil 76 dient zur Verringerung der Stellzeit
des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 in Schließrichtung. Über
zwei Arbeitsanschlüsse A1, A2 bzw. Ablaufanschlüsse
ist das Schaltventil mit der Steuerleitung 48 und über
zwei Druckanschlüsse P1, P2 bzw. Zulaufanschlüsse
mit der Verbindungsleitung 54 und somit der Druckleitung 10 verbunden. Ein
Ventilschieber des Schaltventils 76 ist über eine Ventilfeder 78 in
einer Grundstellung k vorgespannt, in der die beiden Arbeitsanschlüsse
A1, A2 und die beiden Druckanschlüsse P1, P2 miteinander
verbunden sind. Mit einem elektromagnetisch betätigbaren Aktor 80 ist
der Ventilschieber des Schaltventils 76 in die Öffnungsstellung
l schaltbar, in der der Arbeitsanschluss A1 mit dem Druckanschluss
P2 und der Arbeitsanschluss A2 mit dem Druckanschluss P1 in Druckmittelverbindung
steht, wodurch die Druckleitung 10 über die Verbindungsleitung 54,
die Druckanschlüsse P1, P2 und die Arbeitsanschlüsse
A1, A2 mit der Steuerleitung 48 und somit mit dem Steuerraum 32 des
Wegeventils 1 verbunden ist.
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Durch
das Zusätzliche Schaltventil 76 ist ein Zusteuern
des Wegeventils 1 mit einer kürzeren Stellzeit
ermöglicht. Die Funktionsweise entspricht dem Ausführungsbeispiel
aus 2.
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5 offenbar
in einem Hydraulikschaltplan eine Ventilanordnung in einem fünften
Ausführungsbeispiel. Die Hauptstufe 6 weist hierbei
ein 4/3-Wegeventil bzw. Stetig-Wegeventil 82 mit zwei Steuerräumen 84, 86 zum
Druckbeaufschlagen und Verschieben eines Hauptsteuerkolbens des
Wegeventils 82 auf. Anstelle eines 4/3-Wegeventils können
auch beispielsweise ein 2/2- oder 3/2-Wegeventil eingesetzt sein.
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Die
Steuerräume 84, 86 sind jeweils über
die Vorstufe 8 mit dem Tank 34 oder einer Druckmittelquelle 88 verbindbar.
Die Vorstufe 8 hat ein elektromagnetisch stetig über
Proportionalmagneten 90, 92 – denkbar
ist beispielsweise auch ein Servo- oder Piezoelement oder ein Linearmotor – verstellbares 4/3-Wegeventil 94 und
vier parallel dazu angeordnete Schaltventile 96, 98, 100, 102.
Das Wegeventil 94 ist über einen Druckanschluss
P mit einer mit der Druckmittelquelle 88 verbundenen Druckleitung 104 verbunden.
Mit einem Tankanschluss T ist das Wegeventil 94 an eine
mit dem Tank 34 verbundene Tankleitung 106 angeschlossen.
Ein erster Arbeitsanschluss A des Wegeventils 94 steht über
eine erste Arbeitsleitung 108 mit dem in der 5 linken
Steuerraum 84 des Wegeventils 82 und ein zweiter
Arbeitsanschluss B steht über eine zweite Arbeitsleitung 110 mit
dem rechten Steuerraum 86 in Druckmittelverbindung.
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Ein
Ventilschieber des Wegeventils 94 der Vorstufe 8 ist über
zwei Ventilfedern 112, 114 in einer Grundstellung
r zentrierbar und durch Bestromung des Proportionalmagneten 90 in
Richtung von Arbeitsstellungen m, in der der Arbeitsanschluss A
mit dem Tankanschluss T und der Arbeitsanschluss B mit dem Druckanschluss
P in Druckmittelverbindung stehen, verschiebbar. In der Grundstellung
r sind beide Arbeitsanschlüsse mit dem Tankanschluss T
in Druckmittelverbindung. Über den Proportionalmagneten 92 ist
der Ventilschieber des Wegeventils 94 in Richtung von Arbeitsstellungen
n verschiebbar, in denen der Arbeitsanschluss A mit dem Druckanschluss P
und der Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T in Druckmittelverbindung
steht. Somit wird in den Arbeitsstellungen m der in der Figur rechte Steuerraum 86 des
Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 mit der Druckquelle 88 und
in den Arbeitsstellungen n der linke Steuerraum 84 mit
der Druckmittelquelle 88 verbunden. Der jeweils nicht mit der
Druckmittelquelle 88 verbundene Steuerraum 84 bzw. 86 in
den Arbeitsstellungen m und n des Wegeventils 94 ist dann
mit dem Tank 34 verbunden.
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Das
Wegeventil 82 der Hauptstufe 6 hat in der 5 vier
Anschlüsse, wobei diese nicht näher erläutert
werden. Wesentlich bei dem Wegeventil 82 ist, dass der
Hauptsteuerkolben über die Steuerräume 84, 86 mit
einer verkürzten Stellzeit durch die Schaltventile 96 bis 102 verschiebbar
ist.
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Mit
den in der 5 rechts von dem Wegeventil 94 der
Vorstufe 8 angeordneten Schaltventilen 100 und 102 ist
der rechte Steuerraum 86 des Wegeventils 82 der
Hauptstufe 6 mit dem Tank 34 oder der Druckmittelquelle 88 und
mit den links von dem Wegeventil 94 angeordneten Schaltventilen 96 und 98 ist
der linke Steuerraum 84 des Wegeventils 82 mit der
Druckmittelquelle 88 oder dem Tank 34 verbindbar.
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Die
Schaltventile 96 bis 102 entsprechen denen aus
den ersten beiden Ausführungsbeispielen aus 1 und 2.
Das Schaltventil 100 ist über einen Arbeitsanschluss
A mit der Arbeitsleitung 110 und mit einem Druckanschluss
P mit der Druckleitung 104 verbunden. Ebenfalls über
einen Arbeitsanschluss A ist das Schaltventil 102 mit der
Arbeitsleitung 110 und mit einem Tankanschluss T mit der
Tankleitung 106 verbunden. Über das Schaltventil 100 ist der
rechte Steuerraum 86 des Wegeventils 82 somit mit
der Druckmittelquelle 88 und über das Schaltventil 102 mit
dem Tank 34 verbindbar.
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Das
Schaltventil 98 ist über einen Arbeitsanschluss
A mit der Arbeitsleitung 108 und über einen Druckanschluss
P mit der Druckmittelquelle 88 und das Schaltventil 96 über
einen Arbeitsanschluss A mit der Arbeitsleitung 108 und
mit einem Tankanschluss T mit dem Tank 34 verbunden. Der
linke Steuerraum 84 des Wegeventils 82 ist damit über
das Schaltventil 98 mit der Druckmittelquelle 88 und
mit dem Schaltventil 96 mit dem Tank 34 verbindbar.
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Der
Hauptsteuerkolben des Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 ist über
Ventilfedern 116, 118 in einer Sperrstellung u
vorgespannt, über den Steuerraum 86 in Richtung
von Arbeitsstellungen w und über den Steuerraum 84 in
Richtung von Arbeitsstellungen v verschiebbar. Ein Wegaufnehmer 120 misst dabei
den Verschiebeweg des Hauptsteuerkolbens.
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Zum
Verstellen des Hauptventilschiebers des Wegeventils 82 der
Hauptstufe 6 in Richtung der Arbeitsstellungen v wird der
in der 5 linke Steuerraum 84 über das
Wegeventil 94 der Vorstufe 8 mit der Druckmittelquelle 88 und
der rechte Steuerraum 86 mit dem Tank 34 verbunden,
in dem der Vorsteuerschieber des Wegeventils 94 in Richtung
der Arbeitsstellungen n verschoben wird. Zur Verkürzung der
Stellzeit des Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 wird
zum einen das Schaltventil 98 bestromt, womit eine weitere
Druckmittelverbindung zwischen dem in der 5 linken
Steuerraum 84 und der Druckmittelquelle 88 aufgesteuert
ist und über das Schaltventil 102 der Steuerraum 86 mit
dem Tank 34 verbunden. Sind beispielsweise 70% des erforderlichen
Verschiebewegs des Hauptsteuerkolbens erreicht, so werden die Schaltventile 98 und 102 in Sperrstellungen
x geschaltet, wodurch die Steuerräume 84 und 86 nur über
das Wegeventil 94 der Vorstufe 8 angesteuert werden.
Damit ist eine genaue Positionierung des Hauptsteuerkolbens des
Wegeventils 82 ermöglicht.
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Zum
Verschieben des Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 in
Richtung der Arbeitsstellungen w wird entsprechend der Steuerraum 86 über
das Wegeventil 94 mit der Druckquelle 88 und der
Steuerraum 84 mit dem Tank 34 verbunden. Zum Verkürzen
der Stellzeit werden dann das Schaltventil 96 und das Schaltventil 100 geöffnet.
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Es
ist denkbar, bei dem Ausführungsbeispiel in 5 weitere
Schaltventile zwischen den Steuerräumen 84 bzw. 86 und
der Druckmittelquelle 88 oder dem Tank 34 in der
Vorstufe 8 anzuordnen. Hierbei sind auch Schaltventile
wie in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel aus 3 und 4 gezeigt einsetzbar.
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Die
Schaltventile aus den 1 bis 5 weisen
eine äußerst kurze Schaltzeit auf. Die Aktoren 74 und 80 der
Schaltventile 70 bzw. 76 aus den 3 und 4 sind
beispielsweise für 12 Volt ausgelegt. Bei Versuchen hat
sich gezeigt, dass eine Bestromung mit Überspannung – beispielsweise
24 Volt – möglich ist, wodurch vorteilhafterweise
die Schaltzeit der Schaltventile 70 und 76 weiter
verkürzt wird.
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Die
Wegeventile 50 und 94 der Vorstufe 8 aus
den 1 bis 5 haben beispielsweise eine Nenngröße 6.
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Die
Schaltventile 58, 60; 66, 68; 96, 98, 100, 102 in
den 1, 2 und 5 können
auch als 3/2-Wegeventils ausgebildet sein. Hierbei ist ein Arbeitsanschluss
A in einer ersten Schaltstellung mit einem Ablauf und in einer zweiten
Schaltstellung mit einer Druckquelle verbindbar.
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Offenbart
ist ein vorgesteuertes Ventil mit einer Haupt- und einer Vorstufe.
Die Hauptstufe weist ein Wegeventil auf, das beispielsweise als
Sitz- oder Schieberventil ausgebildet ist. Ein derartiges Wegeventil
hat zumindest einen Steuerraum, der über ein Wegeventil
der Vorstufe mit einer Druckquelle oder einem Tank verbunden ist.
Zur Verkürzung der Stellzeit des Wegeventils der Hauptstufe
ist parallel zum Wegeventil der Vorstufe wenigstens ein Schaltventil angeordnet.
Dieses ist äußerst kostengünstig und
robust, weist eine geringe Schaltzeit auf und ermöglicht eine
Erhöhung des Druckmitteldurchsatzes durch die Vorstufe.
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- 1
- Wegeventil
- 2
- Hydrospeicher
- 4
- Hydrozylinder
- 6
- Hauptstufe
- 8
- Vorstufe
- 10
- Druckleitung
- 12
- Arbeitsanschluss
- 14
- Arbeitsanschluss
- 16
- Arbeitsleitung
- 18
- Zylinderraum
- 20
- Kolben
- 22
- Ringraum
- 24
- Kolbenstange
- 26
- Ventilsitz
- 28
- Stufenkolben
- 30
- Steuerfläche
- 32
- Steuerraum
- 34
- Tank
- 36
- Schließfeder
- 38
- Wegmesskolben
- 40
- Wegaufnehmer
- 42
- Abschnitt
- 44
- Ringfläche
- 46
- Stirnfläche
- 48
- Steuerleitung
- 50
- Wegeventil
- 52
- Proportionalmagnet
- 54
- Verbindungsleitung
- 56
- Tankleitung
- 58
- Schaltventil
- 60
- Schaltventil
- 62
- Ventilfeder
- 64
- Aktor
- 66
- Schaltventil
- 68
- Schaltventil
- 70
- Schaltventil
- 72
- Ventilfeder
- 74
- Aktor
- 76
- Schaltventil
- 78
- Ventilfeder
- 80
- Aktor
- 82
- Wegeventil
- 84
- Steuerraum
- 86
- Steuerraum
- 88
- Druckmittelquelle
- 90
- Proportionalmagnet
- 92
- Proportionalmagnet
- 94
- Wegeventil
- 96
- Schaltventil
- 98
- Schaltventil
- 100
- Schaltventil
- 102
- Schaltventil
- 104
- Druckleitung
- 106
- Tankleitung
- 108
- Arbeitsleitung
- 110
- Arbeitsleitung
- 112
- Ventilfeder
- 114
- Ventilfeder
- 116
- Ventilfeder
- 118
- Ventilfeder
- 120
- Wegaufnehmer
- P
- Druckanschluss
- A,
A1, A2
- Arbeitsanschluss
- T,
T1, T2
- Tankanschluss
- a,
h, k, r
- Grundstellung
- b,
m, n, w,
- v
Arbeitsstellung
- x,
u
- Sperrstellung
- y,
i, l
- Öffnungsstellung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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