DE3000260A1

DE3000260A1 - Einrichtung zur steuerung eines differentialzylinders

Info

Publication number: DE3000260A1
Application number: DE19803000260
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Parker Hannfin NMF GmbH
Priority date: 1980-01-05
Filing date: 1980-01-05
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE3000260C2

Description

Einrichtung zur Steuerung eines Differential-
zylinders Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange enthaltenden, doppelwirkend.en Arbeitszylinders (Differentialzylinder) mittels eines Mehrwegeventils, das das Arbeitsmedium jeweils einem der größenunterschiedlichen Hubräume des Arbeitszylinders zuführt und von dem anderen Hubraum während des Kolbenhubes mindestens in der einen Richtung zu dem Vorrat abströmen läßt.
Bei der Steuerung von Differentialzylindern wird häufig als störend empfunden, daß diese Zylinder erhöhten Bedarf an Arbeitsmedium für das Ausfahren der Kolbenstange und dabei eine größere Kraft sowie unterschiedliche Dynamik beim Ein-und Ausfahren haben. Die Durchflußquerschnitte des Steuerventils müssen dies-e Umstände berücksichtigen, es, sei denn, sie sind entsprechend der größeren Durchflußmenge ausgelegt, was zweifellos eine Vereinfachung in der Fertigung bedeutet aber die Abmaße vergrößert.
Es gibt ferner eine Reihe von Hilfsschaltungen, die diese Nachteile durch zusätzliche Bauelemente wie Rückschlagven- tile, Drosseln, Schieber oder Kombinationen davon in einem mehr oder weniger guten Kompromiß zum Teil beheben. Die Bauteile sind aber zusätzlich zusammenzubauen und meist auch zu justieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Steuerung ohne zusätzliche Elemente zu bewerkstelligen ist und strömungstechnisch sowie bezüglich des Druckmittelverbrauchs der Steuerung von Gleichlaufzylindern weitgehend gleich kommt und dabei eine maßliche Verringerung des Steuerventils eintritt.
Die Lösung besteht in einer durch das Mehrwegeventil sperrbaren, sonst armaturenfreien Verbindung der Hubräume, die beim Ausfahren des Kolbens frei ist und beim Einfahren desselben unterbrochen und an den Vorrat gelegt ist.
Die Armaturenfreiheit schließt die Einschaltung von Organen in die Verbindung'nicht aus, soweit diese Organe keine Kombination mit der Erfindung darstellen. So können z.B. gesteuerte Rückschlagventile in der Verbindung vorgesehen sein, die lediglich eine zusätzliche Sicherhe.it gewähren, d.h.
neben der Erfindung wirken und bei störungsfreier Funktion der Erfindung jedoch deren Wesen nicht beeinflussen.
Dank der armaturenfreien Verbindung der Hubräume tritt das Arbeitsmedium, in der Regel Öl, beim Ausfahren der Kolbenstange direkt vom kleineren in den größeren Hubraum ein, so daß entsprechend dieser Ölmenge der Durchfluß, d.h, auch die Ventilgröße, gemindert werden kann. Dies zeigt s,ch am günstigsten bei einem Verhältnis der Fläche des Kolbens von 1 : 2, weil dann ein Betrieb wie bei Gleichlaufzylindern erreicht werden kann und die gleiche Menge Öl in beiden Richtungen durch das Mehrwegeventil fließt.
Diese Eigenschaft ist insbesondere bei der Anwendung der Erfindung auf Proportinal und Servoventile vorteilhaft, weil dann alle Steuerkanten im Mehrwegeventil mit der gleichen Menge des Öls beaufschlagt erden, so daß die dynamischen Eigenschaften im Vor und Rücklauf bei gleicher Ausformung der Steuerkanten weitgehend gleich sind. Gegenüber bisherigen Proporti.onal- oder Servoventilen erfährt jetzt das aufs dem kleineren Hubraum abströmende Öl ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen eine stärkere Drosselung, und zwar nicht gegen den Systemdruck, sondern gegen den'im größeren Hubraum herrschenden aktuellen Druck, was für die Empfindlichiceit der Regelung. vorteilhaft ist, insbesondere wenn sämtliche Strömungsquerschnitte des Ventils gleich groß sind.
Ein weiterer Vorteil ist die Verminderung des Kriechens' der Kolbenstange bei einer abgesperrten Mittelstellung. Bei gleicher Passungstolerenz des Ventilkolbens ergibt sich eine Verminderung der Kriechgeschwindigkeit um mindestens 50 % gegenüber bisherigen Mehrwegeventilen.
Zweckmäßig führt' die Verbindung, außerhalb des Mehrwegeventils von diesem zu dem größeren Hubraum. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Steuerungsmögllchkeiten, weil es möglich ist, in die Verbindung von außen einzugreifen.
Eine dieser zusätzlichen Steuerungsmöglichkeiten besteht darin, daß vorteilhaft die Verbindung ein Steuerelement enthält, das in der einen Schaltstellung einen freien Durch fluß gestattet und den kleineren Hubraum in der anderen Schaltstellung an den Vorrat legt. Dadurch wird möglich, daß das Ausfahren der Kolbenstange nur etwa mit dem halben Druckmittelverbrauch erfolgt, In der Endstellung jedoch die volle Kraft erreicht wird.
Bei derartigen Steuerungen ist das Mehrwegeventil gewöhnlich ein Ventil mit sechs hintereinander liegenden, jeweils mit einem Ringkanal kommunizierenden Öffnungen, in denen der Medienfluß durch Ringbunde des Ventilkolbens gesteuert ist.
Es hat sich nun als besonders zweckmäßig erwiesen, die Ringbunde in der Mittelstellung des- Ventilkolbens jeder zweiten Öffnung und dem zugehörigen Ringkanal zuzuordnen, wobei die zwei äußeren oeffnungen -zum Vorrat und die dazwischen liegenden Öffnungen - beginnend am nicht gesperrten Ventilende -zu dem größeren Hubraum, der Pumpe, dem kleineren Hubraum und der Verbindung führen.
Vorteilhaft kann diese Anordnung auch dann beibehalten werden, wenn die äußeren Öffnungen innerhalb des Mehrwegeventils zu einem gemeinsamen Ausgang führen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan zum Steuern eines Di-fferentialzylinders und Fig. 2 den Schaltplan nach Fig. 1 mit einer Ergänzung.
In -den Figuren besteht ein Differentialzylinder aus einem Arbeitszylinder 1 sowie einem sich darin verschiebenden und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden Kolben 2 mit einer Kolbenstange, Der Kolben 2 unterteilt den Arbeitszylinder 1 in einen größeren Hubraum 3 und einen kleineren Hubraum 4. Jeder Zylinderraum besitzt an den Enden je eine Zu- und zugleich Abfuhrleitung 5 bzw. 6 für das Hrbeitsmedi um, als welches nachfolgend einfachheitshalber Öl genannt ist. Das Öl als vorrat 7 befindet sich in einem Behälter (in getrennten Teilen dargestellt) und wird mittels einer Pumpe 8 durch eine Leitung 9 einem Mehrwegeventil 10 zugeführt, um von dort je nach Stellung des Ventilkolbens 11 zu dem Differentialzylinder oder in Abfuhrleitungen 12 und 13 zu dem Vorrat 7 zu strömen, Dabei wurden für das Verständnis der Erfindung nicht wichtige Elemente, wie Druckbegrenzungsventile, Drosselrückschlagventile od. dgl., weggelassen.
Das Mehrwegeventil 10 hat in der Reihe sechs Öffnungen 14, 14a, 14b, 14c, 14d und 14e, die in dieser Reiehnfolge mit der Abfuhrleitung 12, der Zu- und Abfuhrleitung 5, der Leitun 95 der Zu- und Abfuhrleitung 6, einer in die Zu- und Abfuhrleitung 5 mündende Verbindung 15 und der Abfuhrleitung 13 verbunden sind und in der gezeichneten Mittelstellung des Ventilkolbens 11 (O-Stellung) innerhalb des Ventilgehäuses in Ringkanäle 16D 16a, 16b, 16c, 16d und 16e über gehen. Diese Ringkanäle sind durch Ringbunde 17, 17a und 17b in der O-Stellung voneinander getrennt und die Öffnungen 14a, 14c und 14e zugleich gesperrt Dementsprechend ist die Offnungsweite a etwas kleiner'als die Bundbreite b. Neben dem Ringbund 17b befindet sich im Sinne der Zeichnung rechts eine Eindrehung 18,.die auch weggelassen werden kann wie aus der nachfolgenden Funktion ohne weiteres ersichtlich.
Wenn der Ventilkolben 11 nach links versetzt wird, baut sich in dem ganzen System, d.h. auch in den Hubräumen 3 und 4, der Pumpendruck' auf. Es werden nämlich die Öffnungen 14a und 14c gleichzeitig freigegeben, so daß nicht nur in der Zu-und Abfuhrleitung 5 eine Strömung stattfinden kann, sondern auch über die Verbindung 15 und den Ringkanal 16d auch in der Zu- und Abfuhrleitung 6. Da die Fläche des Kolbens 2 an der Seite des größeren Hubraumes 3 doppelt so groß ist wie an der Gegenseite, fährt die Kolbenstange aus und das aus dem kleineren ubraum 4 verdrängte Öl wird über die Verbindung 15 der Zu- und Abfuhrleitung 5 zugespeist. Die Pumpe 8 braucht also in bezug auf den größeren Hubraum 3 nur die halbe Menge zu fördern. Diese Fördermenge bleibt unter ändert, wenn der Ventilkolben 11 nach rechts versetzt wird und die Kolbenstange eingeholt wird. Der größere Hubraum 3 ist jetzt über den Ringkanal 16 und die Abfuhrleitung 12 sowie über die Verbindung 15, den Ringkanal 16d und die Abfuhrleitung 13 an den Vorrat 7 gelegt, in den das Öl abfließt. Durch Aufteilung der Abströme in die Abfuhrleitungen 12 und 13 fließt auch jetzt dieselbe Menge Öl wie vorher durch die Öffnungen 14 bis 14e.
Figur-z entspricht weitestgehend der Fig. 1. Die einzige Ausnahme bildet die Eins-chaltung eines Wegeventils 19 in die Verbindung 15 zu dem Zweck, die Vorlaufbewegung unter Ausnutzung der Differentialwirkung des Zylinders zu bewerkstelligen, aber in der ausgefahrenen Endstellung die volle Kraft einzusetzen. Das Wegeventil f9 hat daher zwei Schaltstellunge'n. Bei der gezeichneten einen Stellung kann der Kolben 2 ein- und ausgefahren werden, wie in Fig, 1. Wenn sich die Kolbenstange außen befindet, schaltet sich das Wegeventil 19 um, unterbricht die Verbindung 15 und legt den kleineren Hubraum 4 über den Ringkanal 16d, den Rest der Verbindung 15 und eine Abfuhrleitung 13a, die an dem Wegeventil 19 angeschl'ossen ist, an den Vorrat. Jetzt wirkt dem an der großen Fläche des Stufenkolbens 2 wirkenden Druck kein Druck in dem kleineren Hubraum 4 entgegen, so daß die Hal-tekraft gegenüber dem vorigen Zustand auf das Doppelte erhöht, wird.

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Steuerung jies einen-Kolben mit einseitiger Kolbenstange enthaltenden , doppelwirkenden Arbeitszylinders (Differentialzylinder) mittels eines Mehrwegeventils, das das Arbeitsmedium jeweils einem der großen unterschiedlichen Hubräumen des Arbeitszalinders zuführt und von. dem anderen Hubraum während des Kolbenhubes mindestens in der einen Richtung zu dem Vorrat abströmen läßt, gekennzeichnet durch eine durch das Mehrwegeventeil (10) sperrbare, sonst armaturenfreie Verbindung (15) der Hubräume (3; 4), die beim Ausfahren des Kolbens (2) frei ist und beim Einfahren desselben unterbrochen und an den Vorrat (7) gelegt ist.
2 Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetD daß die Verbindung (15) außerhalb des Mehrwegeventils (10) von diesem zu dem größeren Hubraum (3) führt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Mehrwegeventil ein Ventil mit sechs hintereinander liegenden, jeweils 9t einem Ringkanal kommunizierenden Öffnungen ist, in denen der Medienfluß durch Ringbunde des Ventilkolbens gesteuert ist, dadurch Sekennzeichnet daß die Ringbunde (17; 17a; 17b) in der Mittelstellung des Ventilkolbens (11) jeder zweiten Öffnung (14a; 14c; 14e) und dem zugehörigen Ringkanal (16aD 16c; 16e) zugeordnet sind, wobei die zwei äußeren Öffnungen (14; 14e) zum Vorrat (7) und die dazwischen liegenden Öffnungen (14a -14d) - beginnend am nicht gesperrten Ventilende - zu dem größeren Hubraum (3), der Pumpe (8), dem kleineren Hubraum (4) und der Verbindung (15) führen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Öffnungen (14; 14e) innerhalb des Mehrwegeventils (10) zu einem gemeinsamen Ausgang führen.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzechnet, daß die sämtlichen Strömungsquerschnitte des Mehrwegeventils (10) gleich groß sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dalS die Verbindung (15) ein Steuerelement (Wegeventil 19) enthält, das in der einen Schaltstellung einen'freien Durchfluß gestattet und den kleineren Hubraum (4) in der anderen Schaltstellung an den Vorrat (7) legt.