[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] Ausserdem müssen die einzelnen Ventile sowohl untereinander wie auch mit dem Pump-und
Tankanschluss separat verbunden werden.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] Das erfindungsgemässe Proportional-Wegeventil in Sitzbauweise wurde im vorstehenden
in seiner Anwendung mit Senkbremsventilen C2 und C4 beschrieben.
[0017] 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.
[0018] 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).
[0019] 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.
[0020] 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.
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.