DE4405143C2

DE4405143C2 - Electro-hydraulic proportional directional valve

Info

Publication number: DE4405143C2
Application number: DE19944405143
Authority: DE
Inventors: Berthold Pfuhl; Hartmuth Kulinna; Joachim Zumbraegel; Markus Faller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2014-02-19
Also published as: JPH07259805A; DE4405143A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem elektrohydraulischen Proportionalwegeventil nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.The invention is based on an electro-hydraulic Proportional directional control valve according to the preamble of the claim 1 specified genus.

Aus der DE 28 40 831 C2 ist ein zweistufiges Proportionalventil bekannt, bei dem der von einem einzigen Proportionalmagneten gegen Federkraft betätigbare Vorsteuerschieber bei Stromausfall in eine federzentrierte, vierte Schaltstellung gefahren wird, in der zwischen den beiden stirnseitig gelegenen Steuerräumen am Hauptsteuerschieber zumindest ein Druckausgleich hergestellt wird. Der federzentrierte Hauptsteuerschieber nimmt daraufhin seine Mittelstellung ein und verhindert eine Fehlfunktion eines am Proportionalventil angeschlossenen, hydraulischen Motors. Mit solchen Proportionalventilen lassen sich gewisse Sicherheitsanforderungen erfüllen. Werden solche Proportionalventile bei hydraulisch angetriebenen Kunststoffmaschinen eingesetzt, so können dabei weitergehende Sicherheitsanforderungen, wie sie von Berufsgenossenschaften bzw. von Unfallverhütungs- Vorschriften für hydraulische Maschinen und Anlagen im Sicherheitsbereich gefordert werden, nicht erfüllt werden. So besagt eine dieser Auflagen, daß eine Form bei geöffneter Schutztür auf- aber nicht zugefahren werden darf, auch nicht bei einem falschen Signal aus der Steuerung. Auch beim Auftreten einer Fehlfunktion darf noch maximal ein Zyklus gefahren werden, bis der Fehler erkannt wird und die Maschine anhält.DE 28 40 831 C2 is a two-stage Proportional valve known, in which the of one only proportional magnets that can be actuated against spring force Pilot valve in the event of a power failure in a spring-centered fourth switching position is driven in which between the two control rooms on the front Main spool at least a pressure equalization becomes. The spring centered main spool takes then set his middle position and prevent one Malfunction of a connected to the proportional valve hydraulic motor. With such proportional valves certain security requirements can be met. Such proportional valves become hydraulic driven plastic machines used so additional security requirements, such as those of Professional associations or accident prevention Regulations for hydraulic machines and systems in Security area required, not met. So one of these conditions states that a shape is open Protective door can be opened but not closed, neither with an incorrect signal from the control. Also at A malfunction may occur for a maximum of one cycle be driven until the error is recognized and the Machine stops.

Um einen Teil dieser Sicherheitsanforderungen bei dem zuvor erwähnten Proportionalventil zu erfüllen, wurde nach der DE 38 12 116 A1 bei einem gattungsgemäßen Proportionalventil bereits vorgeschlagen, ein magnetisch betätigtes 3/2- Schaltventil zusätzlich in den Steuerkreis zwischen Hauptventil und Vorsteuerventil zu schalten. Damit läßt sich die Forderung erfüllen, daß beim Öffnen eines Schutzgitters der angeschlossene Arbeitszylinder in nur einer vorgegebenen Richtung betätigt werden darf. So soll zum Beispiel eine Form aufgefahren werden, um defekte Teile entnehmen zu können. Obwohl bei diesem Proportionalventil mit zwischengeschaltetem 3/2-Schaltventil viele Auflagen erfüllt werden können, ist dessen Sicherheitsverhalten noch nicht ganz optimal. So kann dort der Fall eintreten, daß das Schaltglied im 3/2-Schaltventil in seiner ausgelenkten Stellung hängenbleibt und damit die Sicherheit der Anlage gefährdet. Um ein solches Hängenbleiben festzustellen, wäre es notwendig, die Stellung des Schaltglieds über einen zusätzlichen Sensor abzufragen, was einen kostspieligen Aufwand für Überwachungseinrichtungen erfordert. Auch kann bei speziellen Anwendungsfällen dieses Proportionalventil bei der Ventildynamik ungünstig sein, weil das Zurückstellen des Hauptsteuerschiebers durch die Federn im Hauptventil geschieht, die lediglich eine schwache Rückstellkraft entsprechend wenigen bar Druck ausüben können, wobei das Druckmittel über die kleinen Querschnitte des Vorsteuerventils abfließen muß. Dies führt zu einer unsymmetrischen Ventildynamik, die unter Umständen stören kann.To be part of these security requirements with the previous one To meet the proportional valve mentioned, was after the DE 38 12 116 A1 in a generic proportional valve already suggested a magnetically operated 3/2 Switch valve additionally in the control circuit between Switch main valve and pilot valve. So that can meet the requirement that when opening a protective grille the connected working cylinder in just a given one Direction may be actuated. For example, one Mold to be opened to remove defective parts can. Although with this proportional valve Intermediate 3/2-way valve meets many requirements security behavior is not yet quite optimal. So it can happen that the Switching element in the 3/2 switching valve in its deflected Position remains and thus the safety of the system endangered. To determine such a snag would be it is necessary to change the position of the switching element to query additional sensor, which is a costly Monitoring equipment required. Can too this proportional valve for special applications be unfavorable in valve dynamics because the reset the main spool by the springs in the main valve happens, which is only a weak restoring force can exert correspondingly a few bar pressure, the Pressure medium over the small cross sections of the Pilot valve must drain. This leads to a asymmetrical valve dynamics, which may interfere can.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Proportionalwegeventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es mit relativ geringem Aufwand vielfältigere Sicherheitsanforderungen bei verbessertem dynamischen Verhalten erfüllen kann. So kann die Forderung nach Anlauf des Arbeitskolbens in nur einer vorgegebenen Richtung beim Öffnen eines Schutzgitters erfüllt werden. Ferner werden beim Auftreten einer Fehlfunktion Sicherheitsforderungen erfüllt; wenn zum Beispiel der Schieber im Schaltventil in seiner ausgelenkten Stellung hängenbleibt, so kann nur noch die momentane Anlagenbewegung zuende gefahren werden; eine Umkehr der Bewegung ist nicht mehr möglich. Der Fehler wird spätestens im Verlauf des nächsten Zyklus endeckt, ohne daß zusätzliche Überwachungseinrichtungen, wie zum Beispiel eine Hubabtastung in der Zwischenplatte, notwendig werden. Weiterhin wird die Ventildynamik verbessert. Es werden ungleiche Stellzeiten für Auslenken des Hauptsteuerschiebers durch hydraulischen Druck und für dessen Rückstellung durch Federkraft vermieden, indem das verdrängte Öl mit einem möglichst kleinen Widerstand zum Tank abfließen kann. Zu diesem Zweck sind im Vorsteuerventil die Öffnungsquerschnitte der Ablaufkanten gegenüber denjenigen der Zulaufkanten stark vergrößert, so daß sich beim Rückstellen keine dynamischen Verzögerungen gegenüber dem Auslenken ergeben. The electrohydraulic according to the invention Proportional directional valve with the characteristics of the Claim 1 has the advantage that it is relative with less effort more diverse security requirements can meet improved dynamic behavior. So can the requirement for the piston to start up in just one predetermined direction when opening a protective grille be fulfilled. Furthermore, when a Malfunction safety requirements fulfilled; if at Example of the slide in the switching valve in its deflected Position remains, so only the current one System movement are completed; a reversal of the Movement is no longer possible. The error will be no later than discovered in the course of the next cycle without additional Monitoring devices, such as one Stroke sensing in the intermediate plate may become necessary. The valve dynamics are also improved. It will unequal positioning times for deflecting the main spool by hydraulic pressure and for its resetting by Avoid spring force by using the displaced oil with a resistance to the tank can flow as small as possible. To for this purpose are in the pilot valve Opening cross-sections of the drain edges compared to those the inlet edges greatly enlarged, so that when Reset no dynamic delays compared to that Deflect result.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Proportionalwegeventils möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous further developments and improvements of the Claim 1 indicated proportional directional valve possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein elektrohydraulisches Proportionalwegeventil in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Proportionalwegeventils nach Fig. 1, bei dem vor allem das als Zwischenplattenventil ausgebildete Schaltventil erkennbar ist, Fig. 3 die Volumenstromkennlinien für das Vorsteuerventil nach Fig. 1 und Fig. 4 den Kennlinienverlauf für die Sprungantworten für Gas Proportionalwegeventil nach Fig. 1.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows an electrohydraulic proportional directional control valve in a simplified representation, FIG. 2 shows a longitudinal section through part of the proportional directional control valve according to FIG. 1, in which the switching valve designed as an intermediate plate valve can be seen in particular, FIG. 3 shows the volume flow characteristics for the pilot control valve according to FIG. 1 and FIG. 4 the characteristic curve course for the step responses for gas proportional directional control valve according to FIG. 1.

Description of the embodiment

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung in Form eines Blockschaltbildes ein elektrohydraulisches Proportionalwegeventil 10 zur Steuerung eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders 11. Das Proportionalwegeventil 10 besteht in wesentlichen aus einem hydraulisch gesteuerten Hauptsteuerventil 12, einem elektrisch gesteuerten Vorsteuerventil 13 und einem elektrisch gesteuerten Schaltventil 14, das als Zwischenplattenventil ausgebildet ist und zwischen Hauptsteuerventil 12 und Vorsteuerventil 13 geflanscht ist. Fig. 1 shows in a simplified illustration in the form of a block diagram an electrohydraulic proportional directional valve 10 for controlling a double-acting working cylinder 11. The proportional directional control valve 10 essentially consists of a hydraulically controlled main control valve 12 , an electrically controlled pilot control valve 13 and an electrically controlled switching valve 14 which is designed as an intermediate plate valve and is flanged between the main control valve 12 and the pilot valve 13 .

Das stetig arbeitende Hauptsteuerventil 12 ist als 4/3- Wegeventil mit vier gesteuerten Anschlüssen A, B, P und T und einem in drei Regelstellungen verschiebbaren Steuerschieber 15 ausgebildet, der in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist. Der Steuerschieber 15 wird von zwei Federn 16, 17 in einer Neutralstellung 18 zentriert und ist über zwei hydraulisch beaufschlagbare Steuerräume 19, 21 nach beiden Seiten in eine erste (22) bzw. zweite Arbeitsstellung 23 auslenkbar. Von den vier gesteuerten Anschlüssen sind die Ventilanschlüsse A und B mit jeweils einer Arbeitskammer des doppeltwirkenden Arbeitszylinders 11 verbunden. Je nach Druckbeaufschlagung der einen Arbeitskammer 24 bzw. 25 und Druckentlastung der anderen Arbeitskammer 25 bzw. 24 wird der im Arbeitszylinder 11 axial verschiebliche Arbeitskolben 26 in die eine oder andere Richtung verschoben. Der Ventilanschluß P des Hauptsteuerventils 12 wird über eine Pumpe 27 mit Drucköl versorgt, das die Pumpe 27 aus einem Tank 28 ansaugt. Der vierte Ventilanschluß T des Hauptsteuerventils 12 ist über eine Rücklaufleitung 29 mit dem Tank 28 verbunden. In der Neutralstellung 18 des Hauptsteuerventils 10 sperrt der Steuerschieber 15 alle vier Ventilanschlüsse ab, während in den beiden Arbeitsstellungen 22, 23 jeweils eine der beiden Arbeitskammern 24, 25 mit der Pumpe 27 verbunden und damit druckbeaufschlagt wird und jeweils die andere der beiden Arbeitskammern 25, 24 über die Rücklaufleitung 29 mit dem Tank 28 verbunden und damit druckentlastet wird. Die Stellung des Steuerschiebers 15 wird dabei in an sich bekannter Weise von einem Wegaufnehmer 31 aufgenommen, dessen lageabhängige Signale in einer nicht näher gezeichneten elektrischen Ansteuerung verarbeitet werden.The continuously operating main control valve 12 is designed as a 4/3-way valve with four controlled connections A, B, P and T and a control slide 15 which can be moved in three control positions and which is only shown schematically in FIG. 1. The control slide 15 is centered in a neutral position 18 by two springs 16 , 17 and can be deflected to either side into a first ( 22 ) or second working position 23 via two hydraulically actuatable control spaces 19 , 21 . Of the four controlled connections, the valve connections A and B are each connected to a working chamber of the double-acting working cylinder 11 . Depending on the pressurization of one working chamber 24 or 25 and pressure relief of the other working chamber 25 or 24 , the working piston 26 , which is axially displaceable in the working cylinder 11, is displaced in one direction or the other. The valve connection P of the main control valve 12 is supplied with pressure oil via a pump 27 , which the pump 27 sucks from a tank 28 . The fourth valve connection T of the main control valve 12 is connected to the tank 28 via a return line 29 . In the neutral position 18 of the main control valve 10, the control slide 15 shuts off all four valve connections, while in the two working positions 22 , 23 one of the two working chambers 24 , 25 is connected to the pump 27 and thus pressurized and the other of the two working chambers 25 , 24 is connected to the tank 28 via the return line 29 and is thus relieved of pressure. The position of the control slide 15 is recorded in a manner known per se by a displacement transducer 31 , the position-dependent signals of which are processed in an electrical control (not shown).

Das Vorsteuerventil 13 ist als elektromagnetisch betätigtes 4/4-Wegeventil mit Federrückstellung ausgebildet, dessen Steuerfunktionen aus der vereinfachten Darstellung nach Fig. 1 entnehmbar sind. Das Vorsteuerventil 13 weist vier gesteuerte Anschlüsse A, B, P, T und einen Vorsteuerschieber 32 auf, der von einem einzigen Proportionalmagneten 33 gegen die Kraft einer Feder 34 in vier Schaltstellungen 35, 36, 37 und 38 steuerbar ist. Die Schaltstellung 37 ist dabei als neutrale Regelstellung ausgebildet, in welcher alle vier Anschlüsse A, B, P, T des Vorsteuerventils 13 blockiert sind. Aus dieser neutralen Regelstellung 37 kann der Vorsteuerschieber 32 durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagneten 33 in die beiden Arbeitsstellungen 38 bzw. 36 überführt werden, in denen abwechselnd einer der Anschlüsse A, B mit dem Anschluß P verbunden wird, während der andere Anschluß B, A zum Tankanschluß T entlastet wird. Bei stromlosem Proportionalmagneten 33 drückt die Feder 34 den Vorsteuerschieber 32 in seine Sicherheitsstellung 35, in der beide Anschlüsse A, B miteinander und mit dem Tankanschluß T verbunden sind und der P-Anschluß abgesperrt ist. Für die Lageregelung des Steuerschiebers 32 ist wiederum in an sich bekannter Weise ein Wegaufnehmer 39 vorgesehen.The pilot valve 13 is designed as an electromagnetically actuated 4/4-way valve with spring return, the control functions of which can be found in the simplified illustration in FIG. 1. The pilot valve 13 has four controlled connections A, B, P, T and a pilot valve 32 , which can be controlled by a single proportional magnet 33 against the force of a spring 34 in four switching positions 35 , 36 , 37 and 38 . The switching position 37 is designed as a neutral control position, in which all four connections A, B, P, T of the pilot valve 13 are blocked. From this neutral control position 37 , the pilot spool 32 can be transferred into the two working positions 38 and 36 , respectively, by correspondingly controlling the proportional magnet 33 , in which one of the connections A, B is alternately connected to the connection P, while the other connection B, A to Tank connection T is relieved. When the proportional magnet 33 is de-energized, the spring 34 presses the pilot spool 32 into its safety position 35 , in which the two connections A, B are connected to one another and to the tank connection T and the P connection is shut off. A position transducer 39 is again provided in a manner known per se for the position control of the control slide 32 .

Wie Fig. 1 ferner zeigt, sind von den vier Anschlüssen des Vorsteuerventils 13 die beiden Anschlüsse A und B über Steuerleitungen 41 bzw. 42 mit den Steuerräumen 21 bzw. 19 des Hauptsteuerventils 12 verbunden. Der Anschluß P am Vorsteuerventil 13 ist über einen Versorgungskanal 43 mit einem Steuerölanschluß X im Hauptsteuerventil 12 verbunden, so daß eine externe Steuerölversorgung möglich ist. In entsprechender Weise führt vom Anschluß T des Vorsteuerventils 13 ein Entlastungskanal 44 zu einem Steueranschluß Y, der zu einem Tank 28 entlastet ist. Während der Versorgungskanal 43 und der Entlastungskanal 44 unbeeinflußt vom Schaltventil 14 durch die diesem zugeordnete Zwischenplatte 45 hindurchgeführt sind, sind die beiden Steuerleitungen 41, 42 in steuerbarer Weise über das Schaltventil 14 geführt, so daß die Steuerleitungen 41, 42 jeweils in vorsteuerseitige Abschnitte 46 bzw. 47 sowie in hauptstufenseitige Abschnitte 48 bzw. 49 unterteilt sind. Der konstruktive Aufbau des Vorsteuerventils 13 und des Hauptsteuerventils 12 sowie deren Funktionsweise sind in ihren wesentlichen Punkten an sich bekannt und beispielsweise in der DE-PS 28 40 831 beschrieben, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird.As further shown in FIG. 1, of the four connections of the pilot valve 13, the two connections A and B are connected to the control spaces 21 and 19 of the main control valve 12 via control lines 41 and 42, respectively. The port P on the pilot valve 13 is connected via a supply channel 43 to a control oil port X in the main control valve 12 , so that an external control oil supply is possible. In a corresponding manner, a relief channel 44 leads from the connection T of the pilot valve 13 to a control connection Y, which is relieved to a tank 28 . While the supply channel 43 and the relief channel 44 are passed unaffected by the switching valve 14 through the intermediate plate 45 assigned to it, the two control lines 41 , 42 are guided in a controllable manner via the switching valve 14 , so that the control lines 41 , 42 are respectively in pilot-control-side sections 46 and 47 and are divided into sections 48 and 49 on the main stage. The structural design of the pilot valve 13 and the main control valve 12 and their mode of operation are known per se in their essential points and are described, for example, in DE-PS 28 40 831, so that this is not dealt with in more detail.

Im Unterschied zu der grundsätzlich vorbekannten Bauweise des Vorsteuerventils sind bei vorliegendem Vorsteuerventil 13 die Ablaufsteuerkanten 51 und 52 so ausgebildet, daß sie einen gegenüber den Zulaufkanten 53, 54 stark vergrößerten Öffnungsquerschnitt aufsteuern. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 näher dargestellt, in dem die Volumenstromkennlinien für diese Steuerkanten 51 bis 54 im Vorsteuerventil 13 dargestellt sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Öffnungsquerschnitte der Ablaufkanten ein Vielfaches derjenigen der Zulaufkanten betragen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man für ein vorgesteuertes Ventil der Nenngröße NG 25 zum Beispiel ein Verhältnis des Volumenstroms von Zulauf zu Ablauf von 8,5 : 50 Liter/Minute wählt. Auf diese Weise kann das bei einer Steuerbewegung des Hauptsteuerschiebers verdrängte Steueröl mit einem möglichst kleinen Widerstand zum Tank abfließen.In contrast to the basically known construction of the pilot valve, the drain control edges 51 and 52 are designed in the present pilot valve 13 in such a way that they open up an opening cross section which is greatly enlarged compared to the inlet edges 53 , 54 . This situation is shown in more detail in Fig. 3, in which the volume flow characteristics for these control edges 51 to 54 are shown in the pilot valve 13 . It is useful if the opening cross-sections of the drain edges are a multiple of those of the inlet edges. It is particularly advantageous, for example, to choose a ratio of the volume flow from inlet to outlet of 8.5: 50 liters / minute for a pilot-operated valve of nominal size NG 25 . In this way, the control oil displaced during a control movement of the main control slide can flow off to the tank with as little resistance as possible.

Wie die Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 näher zeigt, ist das Schaltventil 14 als elektromagnetisch betätigbares 5/3- Wegeventil mit Federrückstellung ausgebildet. Die als Gehäuse dienende Zwischenplatte 45 nimmt in einer axial durchgehenden Schieberbohrung 55 einen Schaltschieber 56 auf, der von zwei Federn 57 in einer Mittelstellung 58 zentriert ist und von zwei Schaltmagneten 59, 61 in zwei Schaltstellungen 62 bzw. 63 auslenkbar ist. In der Schieberbohrung 55 sind durch ringförmige Erweiterungen fünf Steuerkammern ausgebildet, von denen die beiden äußeren Steuerkammern 64 und 68 an die vorsteuerseitigen Abschnitte 46 bzw. 47 der Steuerleitungen 41 bzw. 42 angeschlossen sind. Die mittlere Steuerkammer 66 dient als Entlastungskammer und steht deshalb mit dem Entlastungskanal 44 in Verbindung. Die zweite Steuerkammer 65 sowie die vierte Steuerkammer 67 sind über die hauptstufenseitigen Abschnitte 48 bzw. 49 mit den Steuerräumen 21 bzw. 19 am Hauptsteuerventil 12 verbunden. Wie aus Fig. 2 deutlicher hervorgeht, weist der Schaltschieber 56 in seinem mittleren Abschnitt Querbohrungen 69 auf, über welche in der dargestellten Mittelstellung 58 die beiden Steuerräume 19, 21 am Hauptsteuerschieber 12 miteinander Verbindung haben. Ferner sind in dieser Mittelstellung 58 die beiden vorsteuerseitigen Abschnitte 46 und 47 der Steuerleitungen 41 bzw. 42 hydraulisch blockiert; ebenso blockiert ist die dritte Steuerkammer 66, welche über den Entlastungskanal 44 mit dem Steueranschluß Y und damit mit dem Tank verbunden ist. Wird durch Erregung des ersten Schaltmagneten 59 der Schaltschieber 56 aus seiner Mittelstellung 58 gegen die Kraft der Feder 57 in seine erste Schaltstellung 62 verstellt, so werden die beiden Abschnitte 46, 48 der ersten Steuerleitung 41 miteinander verbunden. Gleichzeitig wird der vorsteuerseitige Abschnitt 47 der zweiten Steuerleitung 42 hydraulisch blockiert, während der hauptstufenseitige Abschnitt 49 der zweiten Steuerleitung 42 über die Querbohrungen 69 im Schaltschieber mit der dritten Steuerkammer 66 und damit zum Tank entlastet wird. In entsprechend umgekehrter Weise kann durch Betätigen des zweiten Schaltmagneten 61 der Schaltschieber 56 aus seiner Mittelstellung 58 in die zweite Schaltstellung 63 verstellt werden, wobei nun die zweite Steuerleitung 42 aufgesteuert wird, während die erste Steuerleitung 41 blockiert ist. In dieser zweiten Schaltstellung 63 wird der hauptstufenseitige Abschnitt 48 der ersten Steuerleitung 41 über die Querbohrungen 69 im Schaltschieber 56 zur dritten Steuerkammer 66 und damit zum Tank entlastet. Bei nicht erregtem Schaltmagneten 59, 61 wird der Schaltschieber 56 von seinen beiden Federn 57 in seiner Mittelstellung zentriert.As shown in FIG. 1 in connection with FIG. 2, the switching valve 14 is designed as an electromagnetically actuated 5/3-way valve with spring return. The intermediate plate 45 , which serves as the housing, receives in a axially continuous slide bore 55 a slide switch 56 which is centered by two springs 57 in a central position 58 and can be deflected by two switching magnets 59 , 61 in two switching positions 62 and 63 . In the slide bore 55 , five control chambers are formed by annular extensions, of which the two outer control chambers 64 and 68 are connected to the pilot-side sections 46 and 47 of the control lines 41 and 42 , respectively. The central control chamber 66 serves as a relief chamber and is therefore connected to the relief channel 44 . The second control chamber 65 and the fourth control chamber 67 are connected via the main-stage side portions 48 and 49 with the control chambers 21 and 19 on the main control valve 12th As can be seen more clearly from FIG. 2, the switching slide 56 has transverse bores 69 in its central section, via which the two control spaces 19 , 21 on the main control slide 12 are connected to one another in the illustrated central position 58 . Furthermore, in this middle position 58, the two pilot-side sections 46 and 47 of the control lines 41 and 42 are hydraulically blocked; Also blocked is the third control chamber 66 , which is connected to the control port Y and thus to the tank via the relief channel 44 . If the switching slide 56 is moved from its central position 58 against the force of the spring 57 into its first switching position 62 by excitation of the first switching magnet 59 , the two sections 46 , 48 of the first control line 41 are connected to one another. At the same time, the pilot side section 47 of the second control line 42 is hydraulically blocked, while the main stage section 49 of the second control line 42 is relieved via the transverse bores 69 in the slide switch with the third control chamber 66 and thus to the tank. In a correspondingly reversed manner, by actuating the second switching magnet 61, the switching slide 56 can be moved from its central position 58 into the second switching position 63 , the second control line 42 now being opened while the first control line 41 is blocked. In this second switching position 63 , the section 48 of the first control line 41 on the main stage is relieved via the transverse bores 69 in the slide switch 56 to the third control chamber 66 and thus to the tank. When the switching magnet 59 , 61 is not energized, the switching slide 56 is centered in its central position by its two springs 57 .

Wie Fig. 2 besonders deutlich zeigt, ist der mechanische Aufbau des Proportionalwegeventils so gewählt, daß das Schaltventil 14 mit seiner als Gehäuse dienenden Zwischenplatte 45 zwischen das Vorsteuerventil 13 und das Hauptsteuerventil 12 geflanscht ist. Während der Entlastungskanal 44 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, wurde der durch die Zwischenplatte 45 hindurchführende Versorgungskanal 43 in Fig. 2 nicht näher gezeichnet. Die in der Zwischenplatte 45 von den Steuerkammern 64 bis 68 in die obere bzw. untere Flanschfläche verlaufenden Kanäle sind so ausgebildet, daß die standardmäßigen Ausführungen von Vorsteuerventil 13 und Hauptsteuerventil 12 verwendet werden können.As shown particularly clearly in FIG. 2, the mechanical structure of the proportional directional control valve is selected such that the switching valve 14 with its intermediate plate 45 serving as a housing is flanged between the pilot valve 13 and the main control valve 12 . While the relief duct 44 is shown with dashed lines, the supply duct 43 passing through the intermediate plate 45 was not shown in detail in FIG. 2. The channels running in the intermediate plate 45 from the control chambers 64 to 68 into the upper or lower flange surface are designed in such a way that the standard designs of pilot valve 13 and main control valve 12 can be used.

Die Wirkungsweise des Proportionalwegeventils 10 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätzliche Funktion eines zweistufigen Proportionalventils mit Vorsteuerventil und Hauptsteuervetil aus der eingangs genannten Druckschrift als ansich bekannt vorausgesetzt wird.The mode of operation of the proportional directional control valve 10 is explained as follows, the basic function of a two-stage proportional valve with pilot valve and main control valve from the publication mentioned at the outset being assumed to be known per se.

Bei einer Betätigung des Not-Aus oder auch bei Stromausfall wird im Schaltventil 14 keiner der beiden Schaltmagnete 59, 61 bestromt, so daß der Schaltschieber 56 von seinen Federn 57 in der Mittelstellung 58 zentriert wird. In dieser Mittelstellung 58 sind die Steuerräume 19, 21 des Hauptsteuerventils 12 über die hauptstufenseitigen Abschnitte 48, 49 miteinander verbunden und zugleich von den vorsteuerseitigen Abschnitten 46, 47 der Steuerleitungen 41 bzw. 42 abgetrennt. Der Steuerschieber 15 im Hauptsteuerventil 12 befindet sich dann in seiner federzentrierten Neutralstellung 18 und kann vom Vorsteuerventil 13 nicht ausgelenkt werden.Upon actuation of the emergency stop or in case of power failure in the switching valve 14 is neither of the two solenoids 59, 61 is energized, so that the switching slide is centered 56 of its springs 57 in the central position of 58th In this middle position 58 , the control spaces 19 , 21 of the main control valve 12 are connected to one another via the sections 48 , 49 on the main stage and at the same time are separated from the sections 46 , 47 of the control lines 41 and 42 on the pilot side. The control slide 15 in the main control valve 12 is then in its spring-centered neutral position 18 and cannot be deflected by the pilot valve 13 .

Wird nun im Schaltventil 14 einer der beiden Schaltmagnete, zum Beispiel der Magnet 59, erregt, so verstellt er den Schaltschieber 56 gegen die Kraft der Feder 57 in seine erste Schaltstellung 62. Dadurch werden die beiden Abschnitte 46 und 48 der ersten Steuerleitung 41 miteinander verbunden, so daß das Vorsteuerventil 13 einen Druckaufbau in dem zweiten Steuerraum 21 steuern kann. Gleichzeitig ist der andere Steuerraum 19 im Hauptsteuerventil 12 über den hauptstufenseitigen Abschnitt 49 und das Schaltventil 14 zu dem Entlastungskanal 44 entlastet. Ferner ist der vorsteuerseitige Abschnitt 47 der zweiten Steuerleitung 42 in dieser ersten Schaltstellung 62 blockiert. Dies hat zur Folge, daß der Steuerschieber 15 des Hauptsteuerventils 12 immer nur auf einer Seite mit Druck beaufschlagt werden kann und sich deshalb der Arbeitszylinder 11 immer nur in eine Richtung bewegen kann. Der Steuerschieber 15 wird also in seine erste Arbeitsstellung 22 ausgelenkt, so daß Druckmittel von der Pumpe 27 über den Hauptsteuerschieber 15 in die Arbeitskammer 24 des Arbeitszylinders 11 strömt, während die andere Arbeitskammer 25 zum Tank 28 entlastet ist.If one of the two switching magnets, for example the magnet 59 , is now excited in the switching valve 14 , it moves the switching slide 56 into its first switching position 62 against the force of the spring 57 . As a result, the two sections 46 and 48 of the first control line 41 are connected to one another, so that the pilot valve 13 can control a pressure build-up in the second control chamber 21 . At the same time, the other control chamber 19 in the main control valve 12 is relieved via the section 49 on the main stage and the switching valve 14 to the relief channel 44 . Furthermore, the pilot-control section 47 of the second control line 42 is blocked in this first switching position 62 . This has the consequence that the control slide 15 of the main control valve 12 can only be pressurized on one side and therefore the working cylinder 11 can only ever move in one direction. The control slide 15 is thus deflected into its first working position 22 , so that pressure medium flows from the pump 27 via the main control slide 15 into the working chamber 24 of the working cylinder 11 , while the other working chamber 25 is relieved to the tank 28 .

Bei der geschilderten Auslenkung des Hauptsteuerschiebers 15 aus seiner Neutralstellung 18 in die erste Arbeitsstellung 22 wird der Vorsteuerschieber 32 vom Proportionalmagneten 33 in seine Arbeitsstellung 38 verstellt, so daß das vom Steuerölanschluß X kommende Steueröl über das Vorsteuerventil 13 und die geöffnete erste Steuerleitung 41 zum zweiten Steuerraum 21 gelangen kann. Soll nun aber der Hauptsteuerschieber 15 aus der ausgelenkten Arbeitsstellung 22 zurückgestellt werden, so kann dies nur mit Federkraft erfolgen. Im Vorsteuerventil 13 muß dazu der Vorsteuerschieber 32 in seine Arbeitsstellung 36 gebracht werden, so daß über die Ablaufsteuerkante 51 der Anschluß A zum Anschluß T und damit über den Entlastungskanal 44 zum Tank entlastet wird. Die zum Verstellen des Hauptsteuerschiebers 15 dienende Kraft wird allein durch die Feder 16 bestimmt, welche das Steueröl aus dem zweiten Steuerraum 21 über die erste Steuerleitung 41 und das Vorsteuerventil 13 zum Tank drücken muß. Infolge der relativ schwachen Kraft der Feder 16 soll das verdrängte Steueröl mit einem möglichst kleinen Widerstand zum Tank abfließen können. Dies wird nun dadurch erreicht, daß der Öffnungsquerschnitt der Ablaufkante 51 im Vorsteuerventil 13 gegenüber demjenigen der Zulaufkante 53 wesentlich vergrößert ist, insbesondere ein Vielfaches dessen beträgt. So kann der Öffnungsquerschnitt der Ablaufkante 51 zum Beispiel ungefähr das 6-fache der zugehörigen Zulaufkante 33 betragen. Durch diese unsymmetrische Ausbildung der Ablaufkante zur Zulaufkante läßt sich die Dynamik des Proportionalwegeventils 10 verbessern, wie dies aus Fig. 4 näher hervorgeht. So zeigt die Fig. 4 anhand von Sprungantworten das dynamische Verhalten solcher Proportionalwegeventile. Dabei ist mit der durchgezogenen Kennlinie 71 das Eingangssignal U_Soll dargestellt, mit dem das Proportionalwegeventil 10 angesteuert wird. Mit der gestrichelten Kennlinie 72 wird der Verlauf der Istwertspannung U_ist am Wegaufnehmer 31 dargestellt, wenn als Vorsteuerventil ein vorbekanntes Proportionalwegeventil mit symmetrisch ausgebildeten Steuerkanten verwendet wird, wobei die Rückstellung des Hauptsteuerschiebers 15 durch die Feder 16 relativ langsam verläuft; mit der strichpunktierten Kennlinie 73 wird die Istwertspannung Uist am Wegaufnehmer 31 dargestellt, wobei erfindungsgemäß das Vorsteuerventil 13 mit unsymmetrisch ausgelegten Steuerkanten verwendet wird. Dabei läßt sich erkennen, daß die Stellgeschwindigkeit des Hauptsteuerschiebers 15 beim hydraulischen Auslenken nach Kennlinie 74 sowie beim Rückstellen durch Federkraft nach Kennlinie 73 im wesentlichen gleich schnell verläuft, so daß insgesamt die Dynamik des Proportionalwegeventils 10 verbessert wird.During the described deflection of the main control slide 15 from its neutral position 18 into the first working position 22 , the pilot slide 32 is moved into its working position 38 by the proportional magnet 33 , so that the control oil coming from the control oil connection X via the pilot valve 13 and the opened first control line 41 to the second control chamber 21 can reach. If, however, the main control slide 15 is to be reset from the deflected working position 22 , this can only be done with spring force. In the pilot valve 13 , the pilot valve 32 must be brought into its working position 36 , so that the connection A to the connection T and thus the discharge channel 44 to the tank is relieved via the discharge control edge 51 . The force used to adjust the main control slide 15 is determined solely by the spring 16 , which has to press the control oil from the second control chamber 21 via the first control line 41 and the pilot valve 13 to the tank. As a result of the relatively weak force of the spring 16 , the displaced control oil should be able to flow to the tank with as little resistance as possible. This is now achieved in that the opening cross-section of the drain edge 51 in the pilot valve 13 is significantly enlarged compared to that of the inlet edge 53 , in particular a multiple thereof. For example, the opening cross section of the drain edge 51 can be approximately 6 times the associated inlet edge 33 . This asymmetrical configuration of the trailing edge to the inlet edge allows the dynamics of the proportional directional control valve 10 to be improved, as can be seen in more detail in FIG. 4. Thus, FIG. 4 on the basis of step responses, the dynamic behavior of such proportional directional valves. The solid characteristic curve 71 represents the input signal U _Soll with which the proportional directional control valve 10 is activated. With the dashed curve 72 , the course of the actual value voltage U _{is shown} on the displacement sensor 31 if a previously known proportional directional control valve with symmetrically designed control edges _{is used} as the pilot valve, the resetting of the main control slide 15 by the spring 16 being relatively slow; With the dash-dotted characteristic curve 73 , the actual value voltage U actual is shown on the displacement sensor 31 , the pilot valve 13 with asymmetrically designed control edges being used according to the invention. It can be seen that the actuating speed of the main control slide 15 runs essentially the same speed when hydraulically deflecting according to characteristic curve 74 and when resetting by spring force according to characteristic curve 73 , so that overall the dynamics of the proportional directional control valve 10 are improved.

In entsprechend umgekehrter Weise kann durch Betätigen des zweiten Schaltmagneten 61 das Schaltventil 14 in seine zweite Schaltstellung 63 ausgelenkt werden, wodurch der Hauptsteuerschieber 15 ebenfalls nur auf einer Seite mit Druck beaufschlagt werden kann und somit sich der Arbeitszylinder 11 nur in einer Richtung bewegen kann. Es läßt sich somit bei vorliegendem Proportionalwegeventil 10 mit Hilfe des Schaltventils 14 die Forderung erfüllen, daß eine Form bei geöffneter Schutztür auf- aber nicht zugefahren werden darf.In a correspondingly reverse manner, the switching valve 14 can be deflected into its second switching position 63 by actuating the second switching magnet 61 , as a result of which the main control slide 15 can also be pressurized only on one side and thus the working cylinder 11 can only move in one direction. In the present proportional directional control valve 10, it can thus be met with the help of the switching valve 14 that a mold may be opened but not closed when the protective door is open.

Ferner läßt sich mit dem Proportionalwegeventil 10 auch die Auflage erfüllen, daß beim Auftreten einer Fehlfunktion noch maximal ein Zyklus gefahren werden darf, bis der Fehler erkannt wird und die Maschine anhält. Tritt hier eine Fehlfunktion auf, indem zum Beispiel der Schaltschieber 56 des Schaltventils 14 in einer seiner Schaltstellungen 62, 63 hängenbleibt, so kann nur noch die momentane Anlagenbewegung zuende gefahren werden. Eine Umkehr der Bewegung ist nicht mehr möglich, da das Schaltventil 14 dabei stets nur eine der beiden Steuerleitungen 41 bzw. 42 aufsteuert. Der Fehler wird spätestens im Verlauf des nächsten Zyklus endeckt, so daß keine weiteren Überwachungseinrichtungen, wie zum Beispiel eine Hubabtastung am Schaltventil in der Zwischenplatte, notwendig werden.Furthermore, the proportional directional control valve 10 can also meet the requirement that, if a malfunction occurs, a maximum of one cycle may continue until the error is recognized and the machine stops. Occurs here a malfunction by, for example, the slide switch 56 of the switching valve 14 in one of its switching positions 62, 63 stuck, so only the current system movement can be driven to an end. A reversal of the movement is no longer possible since the switching valve 14 always opens only one of the two control lines 41 and 42 . The error will be detected at the latest in the course of the next cycle, so that no further monitoring devices, such as, for example, stroke sensing on the switching valve in the intermediate plate, are necessary.

Bei Betätigung des Not-Aus oder bei Stromausfall wird das Vorsteuerventil 13 wie auch das Schaltventil 14 stromlos geschaltet. Hat sich dabei der Steuerschieber 32 des Vorsteuerventils 13 in seiner äußersten Arbeitsstellung 38 befunden, so muß er seine neutrale Regelstellung 37 und die Arbeitsstellung 36 durchlaufen, bevor ihn die Feder 34 in seine Sicherheitsstellung 35 drücken kann. Durchläuft dabei der Vorsteuerschieber 32 seine Arbeitsstellung 36, so kann sich kein kurzzeitiger Druckimpuls über die zweite Steuerleitung 42 im ersten Steuerraum 19 am Hauptsteuerventil 12 aufbauen, und dort zu einer unbeabsichtigten Auslenkung führen, da zuvor das Schaltventil 14 seine Mittelstellung 58 einnimmt und die zweite Steuerleitung 42 unterbricht.When the emergency stop is actuated or in the event of a power failure, the pilot valve 13 and the switching valve 14 are de-energized. If the control slide 32 of the pilot valve 13 has been in its outermost working position 38 , it must pass through its neutral control position 37 and the working position 36 before the spring 34 can press it into its safety position 35 . If the pilot spool 32 passes through its working position 36 , no brief pressure pulse can build up via the second control line 42 in the first control chamber 19 at the main control valve 12 , and there lead to an unintentional deflection, since the switching valve 14 previously assumes its central position 58 and the second control line 42 interrupts.

Mit vorliegendem Proportionalwegeventil 10 lassen sich somit vielfältige Auflagen erfüllen, wie sie von der Berufsgenossenschaft aus Sicherheitsgründen bei hydraulisch angetriebenen Kunststoffmaschinen gefordert werden. Neben dem Einhalten dieser Sicherheitsanforderungen ermöglicht das Proportionalwegeventil 10 mit Hilfe relativ einfacher Mittel eine Verbesserung der Ventildynamik; zudem werden keine zusätzlichen Übewachungseinrichtungen erforderlich und es kann das bisherige Vorsteuerprinzip eines zweistufigen, standardmäßigen Proportionalwegeventils beibehalten werden.With the present proportional directional control valve 10 , various requirements can be met, as required by the professional association for safety reasons in hydraulically driven plastic machines. In addition to complying with these safety requirements, the proportional directional control valve 10 enables the valve dynamics to be improved with the aid of relatively simple means; in addition, no additional monitoring devices are required and the previous pilot principle of a two-stage, standard proportional directional control valve can be retained.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann der Grad der Unsymmetrie bei der Auslegung der Steuerkanten im Vorsteuerventil 13 an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden. Ferner lassen sich die Sicherheitsanforderungen auch dann erfüllen, wenn im Schaltventil 14 in der Mittelstellung 58 die beiden hauptstufenseitigen Abschnitte 48 bzw. 49 nicht nur miteinander, sondern zusätzlich auch mit der dritten Steuerkammer 66 und damit mit dem Entlastungskanal 44 Verbindung haben.Of course, changes to the embodiment shown are possible without departing from the spirit of the invention. The degree of asymmetry in the design of the control edges in the pilot valve 13 can thus be adapted to the respective conditions. Furthermore, the safety requirements can also be met if, in the switching position 14 in the middle position 58, the two sections 48 and 49 on the main stage side are connected not only to one another but also to the third control chamber 66 and thus to the relief channel 44 .

Claims

1. Electro-hydraulic proportional directional control valve ( 10 ) with a hydraulically controlled main control valve ( 12 ), the control slide ( 15 ) of which is centered by spring force in a central position ( 18 ) and via hydraulically actuated control spaces ( 19 , 21 ) on both sides in working positions ( 22 , 23 ) can be deflected in order to control the hydraulic connections between four main connections and with an electromagnetically actuated pilot valve ( 13 ) which has four controlled connections and a control element ( 32 ) which can be moved into four switching positions ( 35-38 ) and which is operated by a proportional magnet ( 33 ) and in the opposite direction is acted upon by a return spring ( 34 ) which can be shifted from a neutral control position ( 37 ) to both sides into a first and second working position ( 36 , 38 ) in which the control spaces ( 19 , 21 ) of the Main control valve ( 12 ) via two connected to two valve connections of the pilot valve ( 13 ) Control lines ( 41 , 42 ) are pressurized or relieved of pressure, and which, when the proportional magnet ( 33 ) is not energized, assumes a fourth switching position ( 35 ) through the return spring ( 34 ), in which the two valve connections are connected to one another and relieved to the tank and with a multi-way switching valve ( 14 ) connected to one ( 41 ) of the control lines ( 41 , 42 ) and which can be actuated by a magnet against spring force into a first switching position ( 62 ) in which the switching element ( 56 ) opens the control line ( 41 ), while it interrupts this control line ( 41 ) in a spring-centered starting position, characterized in that the multi-way switching valve ( 14 ) is designed as a 5/3-way valve and is connected in both control lines ( 41 , 42 ) so that its switching element ( 56 ) in the central starting position ( 58 ) is spring-centered and can be deflected by an additional magnet ( 61 ) into a second switching position ( 63 ), in which the other control line ( 42 ) is controlled so that in the first and second switching positions ( 62 , 63 ) the section ( 47 , 46 ) leading to the pilot valve ( 13 ) is blocked by the interrupted control line ( 42 , 41 ) and that to the control chamber ( 19 , 21 ) leading section ( 49 , 48 ) to the tank connection ( 44 , Y) are relieved and that in the pilot valve ( 13 ) the drain control edges ( 51 , 52 ) have greatly enlarged opening cross-sections compared to those of the inlet control edges ( 53 , 54 ).

2. Electro-hydraulic proportional directional control valve according to claim 1, characterized in that the switching valve ( 14 ) in its spring-centered starting position ( 58 ) shuts off the connections ( 64 , 68 , 66 ) connected to the pilot valve ( 13 ) and to the tank (Y, 44 ) , and connects the two connections ( 67 , 65 ) connected to the control spaces ( 19 , 21 ) on the main control slide ( 15 ).

3. Electro-hydraulic proportional directional control valve according to claim 1 or 2, characterized in that in the pilot valve ( 13 ) the opening cross sections of the drain control edges ( 51 , 52 ) are a multiple of that of the inlet control edges ( 53 , 54 ), in particular that the assigned, comparable volume flows of drain about 6: 1 for inflow.