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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische oder pneumatische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung wird in der Regel zwischen einer Betriebsmittelpumpe und einem Verbraucher, beispielsweise einem auf Druck und Zug belastbaren Zylinder oder einem in zwei Richtungen wirkenden Rotationsantrieb Steuerventile angeordnet, mit denen die Bewegungsrichtung des Verbrauchers und ggf. auch die Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden kann. Im letzteren Fall sind die Steuerventile als Proportionalventile ausgebildet.
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Als Steuerventile werden gemäß einem allgemein bekannten Stand der Technik üblicherweise 4/3-Wegeventile verbaut, die in der Mittelstellung sämtliche Ventilanschlüsse sperren. Die 4/3-Wegeventile können als direkt gesteuerte oder als vorgesteuerte Ventile ausgebildet sein, bei denen der Ventilkolben bzw. Steuerschieber an seinen beiden Steuerseiten über Vorsteuerventile mit einem Vorsteuerdruck jeweils beaufschlagbar ist, um den Ventilkolben in die eine oder andere Richtung zu verschieben. Jedoch wird in einem solchen Fall der in den Verbraucher hineingehende und parallel hierzu aus diesem herauskommende Volumenstrom an Betriebsmittel über den selben Ventilkolben des einen Steuerventils geleitet, wodurch die beiden Volumenströme in Abhängigkeit voneinander durch Verschieben des einen Ventilkolbens beeinflusst werden.
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Um diesen grundlegenden Nachteil zu überwinden, schlägt der Stand der Technik eine hydraulische Schaltungsanordnung vor, in der zwei 3/3-Wegeventile für die getrennte Steuerung der Zu- und Ablaufseite eines hydraulischen Verbrauchers vorgesehen sind. Zur
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Vorsteuerung der zwei 3/3-Wegeventile werden vier Vorsteuerventile benötigt, über die die jeweils zwei Steuerseiten der 3/3-Wegeventile mit einem geregelten Vorsteuerdruck beaufschlagbar sind. Da diese Form der Ansteuerung aufgrund der Komplexität der gleichzeitigen Ansteuerung von Zu- und Ablaufkante über eine Regelelektronik erfolgt, sind für die vier in der Regel propbrtional wirkenden Elektromagnete der Vorsteuerventile vier Leistungsausgänge in der Regelelektronik erforderlich.
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Beispielsweise aus der
DE 10 2005 045 035 B4 ist eine hydraulische Schaltungsanordnung bekannt, die zeigt, dass eine solche aufgelöste Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers unter Verwendung von zwei Schaltventilen auch mit nur zwei Vorsteuerventilen und einer hydraulischen Schaltlogik praktisch umgesetzt werden kann. Hierzu ist für beide Vorsteuereingänge des Steuerventilschiebers eines jeweiligen Schaltventils nur ein einziges Vorsteuerventil der Proportionalventilbauart vorgesehen. Zwischen den Ausgängen der dementsprechend zwei Proportional-Vorsteuerventile und den Vorsteuereingängen der zwei Steuerventile ist eine hydraulische Logikschaltung angeordnet, die zwei Umschaltventile mit jeweils zwei hydraulischen Steuereingängen enthält. Die hydraulischen Steuereingänge der Umschaltventile sind mit den Ausgängen der zwei Proportional-Vorsteuerventile derart verbunden, dass die Ausgänge der Proportional-Vorsteuerventile selektiv mit einem paar Steuereingänge der beiden Steuerventile verbunden werden Im Konkreten wird der Ausgang jedes der Proportional-Vorsteuerventile auch mit jeweils einem Steuereingang eines jeden der zwei Umschaltventile derart verbunden, dass je nachdem, welche Seite des hydraulischen Verbrauchers druckbeaufschlagt werden soll, das betreffende Schaltventil über das eine, entsprechend vorgeschaltete Umschaltventil für eine geregelte Druckbeaufschlagung angesteuert und das andere Schaltventil für einen geregelte Druckentspannung über das jeweils vorgeschaltete andere Umschaltventil angesteuert wird.
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Diese vorstehende Erläuterung des Stands der Technik zeigt, dass die hydraulische Logikschaltung, welche die zwei Umschaltventile aufweist, relativ aufwendig ist.
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Angesichts des einschlägigen Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers bereit zu stellen, die eine höhere Funktionalität aufweist. Ein Ziel der Erfindung soll es die Anzahl der Ansteuerelemente insbesondere innerhalb der Logikschaltung zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische oder pneumatische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers zwei Wegeventilen zur Drucksteuerung an jeweils einer Seite des Verbrauchers, vorzugsweise eines Zylinders und zwei Steuerdruckanschlüsse oder -leitungen zur Beaufschlagung der Steuerseiten jedes Wegeventils mit einem Vorsteuerdruck. Ferner ist ein (einziges) Logikventil vorgesehen, zur selektiven Beaufschlagung einer Steuerseite eines der Wegeventile mit einem Vorsteuerdruck aus einer der Steuerdruckleitungen und zur gleichzeitigen Druckentlastung einer Steuerseite eines der Wegeventile in eine Tank. Durch diesen Schaltungsaufbau kann die Anzahl an hydraulischen Komponenten verringert und die Funktionalität erhöht werden.
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Vorzugsweise ist jede der zwei Steuerdruckanschlüsse mit einer Steuerseite eines der zwei Wegeventile fest verbunden, wodurch die jeweilige Steuerseite selektiv mit einem ersten Vorsteuerdruck direkt beaufschlagbar ist. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Logikventil die jeweils gegenüberliegende Steuerseite des mit dem ersten Vorsteuerdruck direkt beaufschlagten Wegeventils mit dem Tank verbindet und die andere Steuerseite des anderen Wegeventils ebenfalls mit dem ersten Vorsteuerdruck beaufschlagt. Hierdurch wird es möglich durch Anlegen eines ausgewählten, niedrigen Vorsteuerdrucks an die Steuerseite des über das Logikventil beaufschlagten Wegeventils die Bewegung (Bewegungsgeschwindigkeit) des Verbrauchers zu steuern.
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Alternativ hierzu kann es aber auch vorgesehen sein, die zwei Steuerdruckanschlüsse mit den Steuerseiten nur eines der zwei Wegeventile fest zu verbinden, wodurch die eine Steuerseite des einen Wegeventils selektiv mit einem ersten Vorsteuerdruck und die andere Steuerseite des einen Wegeventils selektiv mit einem zweiten Vorsteuerdruck direkt beaufschlagbar ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Logikventil an beide Steuerseiten des anderen Wegeventils angeschlossen ist und selektiv eine Steuerseite des anderen Wegeventils mit dem ersten oder die andere Steuerseite des anderen Wegeventils mit dem zweiten Vorsteuerdruck beaufschlagt, wohingegen das Logikventil die gerade nicht beaufschlagte Steuerseite des anderen Wegeventils mit dem Tank verbindet. Hierdurch können Strömungsverluste insbesondere bei großen externen Lasten verringert werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt den Standardaufbau einer hydraulischen oder pneumatischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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2 zeigt eine alternativen Aufbau einer hydraulischen oder pneumatischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden Verbrauchers gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gemäß der 1 besteht die Schaltungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels aus zwei Wegeventilen 1, 2, vorzugsweise 3/3-Wegeventilen, die weiter vorzugsweise als Proportionalventile ausgebildet sind. Diese zwei Wegeventile 1, 2 bilden die Steuerventile zur selektiven Druckbeaufschlagung zweier Seiten A, B eines Verbrauchers 6. Im vorliegenden Fall handelt es sich beim Verbraucher 6 um einen Zylinder (translatorischer Verbraucher), dessen Stangen- oder Ringkammer die eine druckbeaufschlagbare Seite A und dessen Kolbenkammer die andere druckbeaufschlagbare Seite B bilden. Alternativ könnte aber auch ein rotatorischer Verbraucher vorgesehen sein.
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Jedes der zwei Wegeventile 1, 2 ist auf seinen beiden Steuerseiten mittels einer Feder in eine Neutralstellung (Mittelstellung eines Ventilkolbens) vorgespannt, in der alle Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des betreffenden Ventils gesperrt sind. Eine Steuerseite jedes Wegeventils 1, 2 ist an eine eigene (Vor-)Steuerdruckleitung 4, 5 angeschlossen, über die jeweils (unabhängig voneinander) ein geregelter (Vor-)Steuerdruck psta, pstb an die betreffende Steuerseite anlegbar ist, um den jeweiligen Ventilkolben des Wegeventils 1, 2 aus seiner Neutralstellung in Richtung einer zweiten Ventilkolbenstellung zu verschieben, in der die daran jeweils angeschlossene Verbraucherseite A, B mit einem entsprechend der Ventilkolbenstellung geregelten Leistungsdruck beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck ist an jedes der zwei Wegeventile 1, 2 bzw. an deren jeweils zwei Eingangsanschlüsse 8, 10, 12, 14 eine Pumpenleitung 16 und eine Tankleitung 18 angeschlossen. An den jeweils einen Ausgangsanschluss 20, 22 jedes Wegeventils 1, 2 ist die zugehörige Seite A, B des Verbrauchers 6 angeschlossen.
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Des Weiteren ist ein (einziges) Logikventil 24 vorgesehen, das vorliegend als ein 5/3-Wege-Schaltventil ausgebildet ist, mit einem Ventilkolben 26, der durch Federn auf beiden Steuerseiten des Schaltventils 24 in eine Neutralstellung (Mittelstellung des Ventilkolbens 26) vorgespannt ist. Die beiden Steuerseiten des Schaltventils 24 (Logikventils) sind jeweils mit einer der zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 fluidverbunden. Des Weiteren sind auch die beiden Eingangsanschlüsse 28, 30 des Schaltventils 24 jeweils mit einer der zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 verbunden. Die beiden Ausgangsanschlüsse 32, 34 des Schaltventils 24 sind jeweils mit einem der beiden Wegeventile 1, 2 verbunden und zwar mit jeweils jener Steuerseite des betreffenden Wegeventils 1, 2, die der an die Steuerdruckleitung unmittelbar angeschlossenen Steuerseite des betreffenden Wegeventils 1, 2 gegenüber liegt. Schließlich hat das Schaltventil 24 noch einen weiteren Ausgang 36, der mit dem Tank verbunden ist.
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In Neutralstellung des Schaltventils 24 werden die beiden Eingänge 28, 30 mit den beiden Ausgängen 32, 34 des Schaltventils 24 über dessen Ventilkolben 26 verbunden und der Tankausgang 36 gesperrt. Dadurch leitet der Ventilkolben 26 des Schaltventils 24 den Steuerdruck für das eine (erste) Wegeventil 1 an die Steuerseite des anderen (zweiten) Wegeventils 2 und umgekehrt. D. h. in Neutralstellung des Schaltventils 24 werden beide Wegeventile 1, 2 jeweils mit beiden Steuerdrücken aus den zwei vorhandenen Steuerdruckleitungen 4, 5 beaufschlagt.
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In einer zweiten Schaltposition des Schaltventils 24 sperrt der Schaltventilkolben 26 eine der zwei Verbindungen zwischen den zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 und den betreffenden Steuerseiten der zwei Wegeventile 1, 2 und in einer dritten Schaltposition des Schaltventils 24 sperrt der Schaltventilkolben 26 die andere der zwei Verbindungen zwischen den zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 und den betreffenden Steuerseiten der zwei Wegeventile 1, 2. Gleichzeitig entlastet der Schaltventilkolben die jeweils gesperrte Steuerseite des betreffenden Wegeventils über den Tankanschluss 36 in den Tank. Auf diese Weise ist es möglich, durch geregelten Aufbau eines (Vor-)Steuerdrucks in den zwei (Vor-)Steuerleitungen 4, 5 das unmittelbar daran angeschlossene Wegeventil 1, 2 in Richtung einer Schaltstellung zu verschieben, in der die zughörige Seite A, B des Verbrauchers 6 mit einem entsprechend geregelten Druck aus der Pumpenleitung beaufschlagt wird. Gleichzeitig liegt dieser geregelte (Vor-)Steuerdruck an einer Steuerseite des Schaltventils 24 und an einem der zwei Eingänge 28, 30 des Schaltventils 24 an. Hierdurch wird der Schaltventilkolben 26 in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen den (Vor-)Steuerdrücken in den beiden Steuerdruckleitungen 4, 5 in eine Schaltstellung verschoben, in der die eine Steuerseite eines der Wegeventile 1, 2, das mit dem höheren (Vor-)Steuerdruck beaufschlagt ist, mit dem Tank verbunden wird und das andere der Wegeventile 1, 2 das mit dem niedrigeren (Vor-)Steuerdruck beaufschlagt ist mit dem vorstehend genannten geregelten Steuerdruck beaufschlagt wird und hierdurch in eine Richtung verschoben wird, in der die zugehörige Seite B, A des Verbrauchers mit dem Tank verbunden wird. Das Schaltventil 24 stimmt also die Druckentspannung an der einen Seite B, A des Verbrauchers 6 mit der Druckbeaufschlagung an der anderen Seite A, B des Verbrauchers 6 in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den beiden (Vor-)Steuerdrücken psta, pstb ab.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist jede der zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 (Vorsteueranschlüsse) mit einer Steuerseite A, B (Steuerkammer) eines der zwei 3/3-Wegeventile 1, 2 fest verbunden. Durch das Schaltventil 24 (Logikventil) wird die jeweils gegenüberliegende Steuerseite(Steuerkammer) jedes 3/3-Wegeventils 1, 2 entweder mit dem Tank oder mit der jeweils anderen der zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 verbunden. Das Schaltventil 24 wird durch die Druckdifferenz der in den zwei Steuerdruckleitungen 4, 5 herrschenden (Vor-)Steuerdrücke psta, pstb gesteuert. Durch die entsprechende Steuerung des Schaltventils 24 wird an einem der zwei Wegeventile 1, 2 sowohl der (niedrigere) Steuerdruck psta, pstb der einen Steuerdruckleitung 4, 5 auf dessen eine Steuerseite als auch der vom Schaltventil 24 freigegebene (höhere) Steuerdruck psta, pstb der anderen Steuerdruckleitung 5, 4 auf dessen andere Steuerseite angelegt, wohingegen an dem anderen Wegeventil nur der (höhere) Steuerdruck psta, pstb an dessen eine Steuerseite anliegt und die andere Steuerseite über das Schaltventil auf Tank geschaltet ist. Jenes 3/3-Wegeventil, an dem folglich beide Steuerdrücke psta, pstb anliegen, wird weniger weit geöffnet, als das 3/3-Wegeventil, an dem der eine (höhere Steuerdruck psta, pstb gegen den Tankdruck (Atmosphäredruck) wirkt.
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Als ein Beispiel für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels sei die folgende Konstellation angenommen:
Eine Ausfahrbewegung des Zylinders 6 wird mit dem Steuerdruck pstb an der Zulaufsteuerkante des einen 3/3-Wegeventils 1 angesteuert und psta sei zunächst 0 bar. Dann öffnet die Zulauf- und Ablaufsteuerkante beider Wegeventile 1, 2 gleichermaßen. Falls die externe Last am Zylinder in die gleiche Richtung wie die hydraulische Ansteuerung wirkt, lässt sich die Geschwindigkeit mit der Zulaufsteuerkante des einen Wegeventils 1 nicht begrenzen. Dies kann beispielsweise durch einen Druck- und/oder Wegsensor erfasst werden. Durch Erhöhen des anderen Steuerdrucks psta (mit psta < pstb) wird nun an der Ablaufsteuerkante des anderen Wegeventils 2 stärker gedrosselt, so dass eine Geschwindigkeitssteuerung des Zylinders effektiv über den (Vor-Steuerdruck psta in der Steuerdruckleitung 5 erfolgt. Gleiches ist natürlich auch beim Einfahren des Zylinders möglich.
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Im nachfolgenden wird eine Variante zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 2 beschrieben, wobei im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Im Übrigen sind gleiche technische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß der 2 sind im Unterscheid zum ersten Ausführungsbeispiel beide Steuerdruckleitungen 4, 5 an den Steuerseiten nur eines der zwei 3/3-Wegeventile 1, 2 fest angeschlossen. Demzufolge sind die beiden Steuerseiten des anderen 3/3-Wegeventils 2, 1 an die zwei Ausgangsanschlüsse 32, 34 des 5/3-Schaltventils 24 (Logikventil) angeschlossen und werden in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen den (Vor-)Steuerdrücken psta, pstb in den Steuerdruckleitungen 4, 5 selektiv mit dem jeweils höheren (Vor-)Steuerdruck beaufschlagt, wohingegen die andere Steuerseite über das Logikventil 24 auf den Tank geschaltet wird.
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Dieser Schaltungsaufbau bewirkt die nachfolgend beschriebene Funktionsweise:
Soll in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 der Zylinder 6 beispielsweise ausgefahren werden, wird in der Steuerdruckleitung 4 ein (höherer) Vorsteuerdruck pstb aufgebaut, der jeweils an eine Steuerseite beider 3/3-Wegeventile 1, 2 angelegt wird. Im Konkreten liegt der Vorsteuerdruck pstb an dem einen Wegeventil 2 zur Steuerung des Ringkammerdrucks direkt an dessen Steuerseite an, um dieses in Richtung Tankentlastung zu verschieben, wohingegen das andere Wegeventil 1 zur Steuerung des Kolbenkammerdrucks über das Schaltventil 24 (Logikventil) mit dem Vorsteuerdruck pstb an dessen einer Steuerseite beaufschlagt wird, um diese in Richtung Druckbeaufschlagung zu verschieben Um die Ausfahrgeschwindigkeit zu beeinflussen, wird in der anderen Steuerdruckleitung 5 ein (niedrigerer) Vorsteuerdruck psta aufgebaut, der ebenfalls direkt an einer der Steuerseiten des Wegeventils 2 zur Steuerung des Ringkammerdrucks anliegt, und dieses in Richtung Druckaufbau vorspannt. In diesem Fall entspricht die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels jener des ersten Ausführungsbeispiels, wonach die Ausfahrbewegung über die Ablaufsteuerkante des einen Wegeventils 2 (zur Steuerung des Ringkammerdrucks) gesteuert wird. Etwas anderes ergibt sich beim Einfahren des Zylinders 6.
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In diesem Fall wird ein (höherer) Vorsteuerdruck psta in der Steuerdruckleitung 5 aufgebaut, der eine Steuerseite des Wegeventils 2 zur Steuerung des Ringkammerdrucks beaufschlagt. Dieser (höhere) Vorsteuerdruck psta verschiebt das Schaltventil 24 (Logikventil) in eine Schaltstellung, in der der (höhere) Vorsteuerdruck psta auch eine Steuerseite des anderen Wegeventils 1 beaufschlagt und dieses in Richtung einer Schaltposition verschiebt, in der der Kolbenkammerdruck in den Tank entspannt wird. Wir nunmehr in der anderen Steuerdruckleitung 4 ein Steuerdruck pstb für ein Beeinflussen der Einfahrbewegung des Zylinders 6 aufgebaut, wird dieser Steuerdruck pstb nicht zur Steuerung der Ablaufsteuerkante des Wegeventils 1 zur Steuerung des Kolbenkammerdrucks, sondern zur Steuerung der Zulaufsteuerkante an das Wegeventil 2 zur Steuerung des Ringkammerdrucks angelegt. Dadurch ist es möglich, (z. B. bei drückenden Lasten) den Ablauf maximal zu öffnen (um so einen möglichst geringen Verlust zu haben) und die Geschwindigkeit nur über den Zulauf zu steuern, dessen Position von der Druckdifferenz zwischen den Drücken psta, pstb abhängig ist. Diese Effekt wirkt sich besonders vorteilhaft bei großen externen lasten aus, wohingegen bei geringen externen Lasten der Ablaufdruck relativ klein und damit der Verlust niedrig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Proportionalwegeventile
- 4, 5
- Steuerdruckleitungen
- 6
- Verbraucher
- 8–14
- Eingangsanschlüsse an den Proportionalwegeventilen
- 16
- Pumpenleitung
- 18
- Tankleitung
- 20, 22
- Ausgangsanschlüsse an den Proportionalwegeventilen
- 24
- Logikventil
- 26
- Logikventilkolben
- 28, 30
- Eingangsanschlüsse des Logikventils
- 32, 34
- Ausgangsanschlüsse des Logikventils
- 36
- Tankanschluss des Logikventils
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005045035 B4 [0006]