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Steuerventil mit einer Mehrzahl von Schiebern
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der VerschiebungFig. 1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Anlage mit dem erfindungsgemässen Steuerventil, Fig. 2 einen Schnitt durch das bei der Anlage nach Fig. l verwendete Steuerventil, Fig. 3 einenschnitt durch eine Einzelheit des Ventiles nach Fig. 2 in vergrössertem Massstab, Fig. 4 eine Teilansicht nach der Linie A-A der Fig. 2 und Fig. 5 einen Schnitt nach Linie B-B der Fig. 4.
Das in Fig. 1 gezeigte Steuerventil l weist einen Flüssigkeitseinlass 2 und einen Fliissigkeitsauslass 3 auf. Die Auslassseite der Pumpe 4 ist mit dem Einlass 2 verbunden, während der Auslass 3 mit dem Einlass der Pumpe in Verbindung steht. Zur Pumpe 4 gehören ein Rückftihrungskreis 5 und ein Fll1ssigkeits- sumpf 6.
Das Steuerventil l enthält eine Anzahl von Sätzen von Arbeitsanschlüssen 7 ; in Fig. l sind vier solcher Sätze vorgesehen, doch ist es vorteilhaft, sechs Sätze von Arbeitsanschlilssen 7 zu verwenden. Jeder Satz dieser Anschlüsse kann mit einem zu steuernden hydraulischen Kreis verbunden werden, von denen ein Kreis schematisch bei 8 angedeutet ist. Ein solcher Kreis 8 besteht aus einem doppeltwirkenden Kolben 9 in einem Zylinder 10. Jeder Satz der Arbeitsanschlüsse 7 ist mit einem Schieber 11 gekoppelt, der zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung zu und von den verschiedenen hydraulischen Kreisen 8 dient.
Die Schie- ber 11 werden durch Kolben gebildet, die gleitbar in zylindrischen Bohrungen gelagert sind, die in einem Zylinderblock 12 (Fig. 2) angebracht sind.
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dargestellten Stellung in beiden Richtungen axial zu den im Block 12 angebrachten zylindrischen Bohrungen zu ermöglichen. In der zylindrischen Wand jeder Bohrung, welche einen Schieberkolben aufnimmt, sind fünf ringförmige Nuten 18, 19, 20, 21 und 22 angebracht.
Jede der Nuten 18 und 22 steht mit dem zugehörigen Arbeitsanschluss 7 über (nicht dargestellte) Leitungen in Verbindung. Jede der eine Einlasskammer bildenden Nuten 19 ist über die Kanäle 23 und 24 (Fig. 3) mit einem Einlasskanal 25 verbunden. Ein federbelastetes Rückschlagventil 26 trennt jeden Kanal 23 von dem zugehörigen Kanal 24. Der Einlasskanal 25 verläuft in der Längsrichtung durch den Block 12 quer zu den Achsen der Schieberkolben 13, 14 und 15. Er ist allen Schiebern gemeinsam, wogegen jedem Schieber 13,14 bzw. 15 eigene Kanäle 23 und 24 und jeweils ein Rückschlagventil 26 zugeordnet sind. Ein Ende des Kanales 25 ist verschlossen, und das andere Ende ist mit einem Kanal 27 verbunden, der zum Einlass 2 führt.
Der Kanal 27 steht über einen Kanal28 mit der ringförmigen Nut20 in der Bohrung für den Schieberkolben 13 in Verbindung. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die ringförmigen Nuten 20 und 21 voneinander durch ein Feld 29 getrennt. Die dem Kolben 15 zugeordnete ringförmige Nut 21 steht mit ei- nem Kanal 30 in Verbindung, der über Kanäle 31 und 32 zu den Kanälen 16 bzw. 17 führt. Der Kanal 16 steht ferner über einen Kanal 33 mit dem Auslass 3 und über einen Ansatzkanal 34 und ein Entlastungsventil 35 mit dem Kanal 27 in Verbindung.
Die zu den Schieberkolben 13 und 14 gehörigen ringförmigen Nuten 21 sind durch eine Bohrung 36 verbunden, und die ringförmigen Nuten 20, die zu den Schiebern 14 und 15 gehören, sind miteinander über eine Bohrung 37 verbunden. Jeder Kolbenschieber 13, 14 oder 15 enthält im Innern eine axial verlaufende Bohrung 38, wobei das untere Ende jeder Bohrung 38 über einen Satz von radial gerichteten Durch- lässen 39 mit einer an der Aussenfläche des Kolbens angebrachten ringförmigen Nut 40 in Verbindung steht.
Das obere Ende der Bohrung 38 ist mit zwei Sätzen von radial gerichteten Kanälen 41 und 42 verbunden.
Eine kerbartige Vertiefung 43 ist in der Mitte jedes Kolbenschiebers 13, 14 bzw. 15 angebracht und in den Fig. 4 und 5 genauer dargestellt. Jede Kerbe 43 liegt exzentrisch zur Längsachse des zugehörigen Kolbenschiebers. Die Kerben werden vorzugsweise auf der Drehbank hergestellt, u. zw. durch Drehen um eine Achse, die parallel zu der Längsachse des betreffenden Kolbenschiebers liegt, jedoch seitlich gegen diese versetzt ist.
Die besondere Form der Kerbe ergibt eine verhältnismässig glatte Flussigkeitsströmung. Zum Ausgleich des Druckes rings um die Bohrungen (für die Kolbenschieber) im Block 12, und den zugehörigen Schieberkolben kann eine flache, ringförmige Nut (Fig. 5) in jedem der Kolbenschieber angebracht sein, wobei diese Nuten wirkungsmässig eine Fortsetzung der Kerbe darstellen.
Der Aufbau des Entlastungsventiles 35 soll nun im einzelnen betrachtet werden.
Das Ventil 35 enthält ein zylindrisches Ventilglied 44, das einen in einer im Schieberblock 12 angebrachten Hülse 45 gleitbar gelagerten Schaft 44 A besitzt. Das Glied 44 ist durch eine Feder 46 belastet. Es weist einen Kopf 47 auf, dessen Durchmesser grösser als derjenige des Schaftes 44A ist. An der Unterseite des Kopfes 47 ist eine Nylonauskleidung 48 angebracht.'
Der Sitz für das Ventilglied 44 wird durch die Oberseite einer ringförmigen Wand 49 gebildet, deren Innenfläche die Verlängerung des Kanales 34 darstellt, wobei die Längsachse der Wand 49 mit derjenigen des Ventilgliedes 44 zusammenfällt. Der Aussendurchmesser der Wand 49 ist etwas geringer als derjenige des Abschnittes 44A.
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Die Oberseite der Wand 49 kann in Form einer Schneide ausgeführt sein, die als Sitz für das Ventil 44 dient, oder umgekehrt kann der Kopf 47 die Form eines Kegelstumpfes besitzen.
Eine kleine, axial gerichtete Durchbohrung 50 ist in dem Ventilglied 44 angebracht. Diese Bohrung 50 stellt eine Flüssigkeitsverbindung zum Inneren des Ventilgliedes 44 her.
Es ist zu erkennen, dass der Flüssigkeitsdruck auf der einen Seite des Ventiles auf die ringförmige Fläche 47B drilckt. Der Querschnitt der Fläche 47B ist gleich der Differenz zwischen dem Querschnitt der Bohrung und der Aussenkante des Ventilsitzes. Es ist daher eine verhältnismässig geringe Federkraft erforderlich, um das Ventilglied 44 auf seinem Sitz zu halten, d. h. um beträchtliche Flüssigkeitsdrücke zu steuern, wogegen ein verhältnismässig grosser Ventilquerschnitt für die Entlastungsdruckströmung verfügbar ist.
Ferner kann der Druckabfall am Ventil in der offenen Stellung auf eine Fläche wirken, die sehr viel grösser als die ringförmige Fläche ist, so dass ein Flattern des Ventiles vermieden wird.
Die beschriebene Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise :
Es sollen zunächst die Bedingungen untersucht werden, die in der Anlage herrschen, wenn die Kolbenschieber die in Fig. 2 gezeigte Lage einnehmen, d. h. wenn die Flüssigkeitsverbindungen zu den Arbeitsanschlüssen 7 verschlossen sind. Die Flüssigkeit wird von der Pumpe 4 zum Einlass 2 und durch den Kanal 27 gefördert. Die Strömung teilt sich dann in zwei Pfade auf, von denen der eine durch den Kanal 25 und der andere durch den Kanal 28 verläuft.
Die Flüssigkeit strömt vom Kanal 28 über die Nut 20, die Kerbe 43 des Kolbenschiebers 13 und die Nut 21 zu dem Kanal 36, vom Kanal 36 über die Nuten 21 und 20, die zum Kolbenschieber 14 gehören, die Kerbe43 des Schiebers 14 in den Kanal 37 und vom Kanal 37 über die zum Schieber 14 gehörigen Nuten 20 und 21 und die Kerbe 43 in die Kanäle 30 und 31, den Kanal 16 und über den Kanal 33 zurück zur Rückführungsöffnung.
Ein Teil der rückkehrenden Strömung tritt in den Kanal 34 ein und wirkt auf das Entlastungsventil 35.
Falls der auf das Entlastungsventil wirkende Druck unter dem Betriebsdruck des Ventiles 35 liegt, bleibt das Ventilglied 44 auf der Oberseite der Wand 49 sitzen. Wenn einer der hydraulischen Kreise 8 betätigt werden soll, wird der zugehörige Schieber 11 von Hand oder mechanisch relativ zu dem Schieberblock 12 bewegt. Im vorliegenden Fall soll angenommen werden, dass der dem Steuerschieber 14 zugeordnete Steuerkreis so betätigt werden soll, dass der zugehörige Kolben 9 gegenüber seinem Zylinder 10 nach unten bewegt wird, d. h. dass der Oberseite des Kolbens 9 Flüssigkeitsdruck zugeführt werden muss.
Der erforderliche Betätigungshub des Kolbenschiebers bringt den Kanal 42 in eine Linie mit der ringförmigen Nut 18, so dass die Nut 18 über den Kanal 42, den oberen Teil des Kanales 38 und den Kanal 41 in Verbindung mit der Nut 19 gebracht wird. Gleichzeitig wird die Kerbe 43 des Kolbenschiebers 14 so weit nach oben bewegt, dass sie ausser Berührung mit der zugehörigen ringförmigen Nut 21 kommt, so dass die Kerbe 43 keine Flüssigkeit mehr aus dem Kanal 36 überträgt. Dadurch verhindert das dem Schieber 14 zugeordnete Feld 29 die Flüssigkeitsströmung durch den Mittelabschnitt der Schieberanordnung.
Infolge der Aufwärtsbewegung des Steuerschiebers 14 kann die Nut 22 direkt mit dem Kanal 16 in Verbindung kommen, so dass der der Unterseite des Kolbens 9 zugeordnete Arbeitsanschluss 7-mit dem Auslass 3 verbunden wird. Die Strömung von der Einlassöffnung geht über den Kanal 27 und den Kanal 25 zu dem zum Steuerschieber 14 gehörigen Kanal 24, wobei der Flüssigkeitsdruck das Rückschlagventil 26 von seinem Sitz abhebt, so dass Flüssigkeit in den Kanal 23 und zu der ringförmigen Nut 19 gelangen kann. Die Flüssigkeit geht über die Kanäle 41 und 42 in die Nut 18 und von da über den zugehörigenArbeitsanschluss 7 zu der Oberseite des Kolbens 9.
Da die Unterseite des Kolbens 9 in der oben beschriebenen Weise mit der Rückführungsöffnung 3 verbunden ist, kann die Flüssigkeit aus dem unteren Abschnitt des Zylinders 10 unbehindert zum Auslass 3 und von dort zu dem Fliissigkeitssumpf 6 zurückkehren.
Falls es erwünscht ist, den Kolben 9 im Zylinder 10 nach oben zu bewegen, wird der Steuerschieber in entgegengesetzter Richtung nach unten verschoben. Der Betätigungshub des Kolbens 14 ist so gross, dass der Kanal 39 in eine Linie mit der ringförmigen Nut 22 gebracht wird, und das zum Kolbenschieber 14 gehörige Feld 29 verschliesst die Kerbe 43 des Kolbenschiebers 14 und die Nut 21 gegenüber der zugehörigen
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Nut 20. Der Kanal 42 liegttil 14 gehörige Nut 18 steht in Verbindung mit dem Kanal 17. Die Flüssigkeit fliesst vom Kanal 25 über den Kanal 24, das Rückschlagventil 26, den Kanal 23, die Nut 19, den Kanal 42, den Kanal 38, den Kanal 39 und die zugehörige Nut 22 zu dem mit der Unterseite des Kolbens 9 verbundenen. Arbeitsanschluss 7.
Die Flüssigkeit von der Oberseite des Kolbens 9 kann über den mit der zugehörigen ringförmigen Nut 18 verbundenen Arbeitsanschluss 7 und die Kanäle 17,32, 31 und 16 zum Auslass 3 fliessen.
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Control valve with a plurality of slides
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the displacement Fig. 1 a schematic representation of a hydraulic system with the control valve according to the invention, FIG. 2 a section through the control valve used in the system according to FIG. 1, FIG. 3 a section through a detail of the valve according to FIG. 2 on an enlarged scale, FIG Partial view along line AA in FIG. 2 and FIG. 5 shows a section along line BB in FIG. 4.
The control valve 1 shown in FIG. 1 has a liquid inlet 2 and a liquid outlet 3. The outlet side of the pump 4 is connected to the inlet 2, while the outlet 3 is connected to the inlet of the pump. A return circuit 5 and a liquid sump 6 belong to the pump 4.
The control valve 1 contains a number of sets of working connections 7; in FIG. 1 four such sets are provided, but it is advantageous to use six sets of working connections 7. Each set of these connections can be connected to a hydraulic circuit to be controlled, one circuit of which is indicated schematically at 8. Such a circuit 8 consists of a double-acting piston 9 in a cylinder 10. Each set of working connections 7 is coupled to a slide 11 which is used to control the flow of fluid to and from the various hydraulic circuits 8.
The slides 11 are formed by pistons which are slidably mounted in cylindrical bores which are made in a cylinder block 12 (FIG. 2).
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To enable the position shown in both directions axially to the cylindrical bores made in the block 12. Five annular grooves 18, 19, 20, 21 and 22 are made in the cylindrical wall of each bore which receives a spool.
Each of the grooves 18 and 22 is connected to the associated working connection 7 via lines (not shown). Each of the grooves 19 forming an inlet chamber is connected to an inlet channel 25 via the channels 23 and 24 (FIG. 3). A spring-loaded check valve 26 separates each channel 23 from the associated channel 24. The inlet channel 25 runs in the longitudinal direction through the block 12 transversely to the axes of the slide pistons 13, 14 and 15. It is common to all slide, whereas each slide 13, 14 or 15 separate channels 23 and 24 and a check valve 26 each are assigned. One end of the channel 25 is closed and the other end is connected to a channel 27 which leads to the inlet 2.
The channel 27 is connected via a channel 28 with the annular groove 20 in the bore for the slide piston 13. As can be seen from FIG. 2, the annular grooves 20 and 21 are separated from one another by a field 29. The annular groove 21 assigned to the piston 15 is connected to a channel 30 which leads via channels 31 and 32 to the channels 16 and 17, respectively. The channel 16 is also connected to the outlet 3 via a channel 33 and to the channel 27 via an attachment channel 34 and a relief valve 35.
The annular grooves 21 belonging to the slide pistons 13 and 14 are connected by a bore 36, and the annular grooves 20 belonging to the slides 14 and 15 are connected to one another via a bore 37. Each piston slide 13, 14 or 15 contains an axially extending bore 38 inside, the lower end of each bore 38 communicating via a set of radially directed passages 39 with an annular groove 40 provided on the outer surface of the piston.
The upper end of the bore 38 is connected to two sets of radially directed channels 41 and 42.
A notch-like recess 43 is provided in the center of each piston valve 13, 14 or 15 and is shown in more detail in FIGS. 4 and 5. Each notch 43 is eccentric to the longitudinal axis of the associated piston valve. The notches are preferably made on the lathe, u. by rotating about an axis that is parallel to the longitudinal axis of the piston valve in question, but is offset laterally with respect to this.
The special shape of the notch results in a relatively smooth flow of liquid. To equalize the pressure around the bores (for the piston valves) in block 12 and the associated valve piston, a flat, annular groove (FIG. 5) can be made in each of the piston valves, these grooves effectively being a continuation of the notch.
The structure of the relief valve 35 will now be considered in detail.
The valve 35 contains a cylindrical valve member 44 which has a shaft 44 A which is slidably mounted in a sleeve 45 mounted in the slide block 12. The member 44 is loaded by a spring 46. It has a head 47, the diameter of which is greater than that of the shaft 44A. A nylon liner 48 is attached to the underside of the head 47.
The seat for the valve member 44 is formed by the upper side of an annular wall 49, the inner surface of which represents the extension of the channel 34, the longitudinal axis of the wall 49 coinciding with that of the valve member 44. The outside diameter of the wall 49 is slightly smaller than that of the section 44A.
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The top of the wall 49 can be designed in the form of a cutting edge, which serves as a seat for the valve 44, or conversely, the head 47 can have the shape of a truncated cone.
A small, axially directed through bore 50 is made in the valve member 44. This bore 50 establishes a fluid connection to the interior of the valve member 44.
It can be seen that the fluid pressure on one side of the valve pushes on the annular surface 47B. The cross section of surface 47B is equal to the difference between the cross section of the bore and the outer edge of the valve seat. A relatively small spring force is therefore required in order to hold the valve member 44 in its seat; H. to control considerable fluid pressures, whereas a relatively large valve cross-section is available for the relief pressure flow.
Furthermore, the pressure drop across the valve in the open position can act on an area which is much larger than the annular area, so that fluttering of the valve is avoided.
The device described has the following mode of operation:
The first thing to do is to examine the conditions that prevail in the system when the piston valves assume the position shown in FIG. H. when the fluid connections to the working connections 7 are closed. The liquid is conveyed by the pump 4 to the inlet 2 and through the channel 27. The flow then splits into two paths, one through channel 25 and the other through channel 28.
The liquid flows from the channel 28 via the groove 20, the notch 43 of the piston valve 13 and the groove 21 to the channel 36, from the channel 36 via the grooves 21 and 20 belonging to the piston valve 14, the notch 43 of the valve 14 into the channel 37 and from the channel 37 via the grooves 20 and 21 belonging to the slide 14 and the notch 43 into the channels 30 and 31, the channel 16 and via the channel 33 back to the return opening.
Part of the return flow enters channel 34 and acts on relief valve 35.
If the pressure acting on the relief valve is below the operating pressure of the valve 35, the valve member 44 remains seated on the upper side of the wall 49. When one of the hydraulic circuits 8 is to be actuated, the associated slide 11 is moved by hand or mechanically relative to the slide block 12. In the present case it should be assumed that the control circuit assigned to the control slide 14 is to be actuated in such a way that the associated piston 9 is moved downwards with respect to its cylinder 10, i.e. H. that the top of the piston 9 has to be supplied with liquid pressure.
The required actuation stroke of the piston slide brings the channel 42 into line with the annular groove 18, so that the groove 18 is brought into connection with the groove 19 via the channel 42, the upper part of the channel 38 and the channel 41. At the same time, the notch 43 of the piston valve 14 is moved upward so far that it comes out of contact with the associated annular groove 21, so that the notch 43 no longer transfers any liquid from the channel 36. As a result, the field 29 assigned to the slide 14 prevents the flow of liquid through the central section of the slide arrangement.
As a result of the upward movement of the control slide 14, the groove 22 can come into direct connection with the channel 16, so that the working connection 7-associated with the underside of the piston 9 is connected to the outlet 3. The flow from the inlet opening goes via the channel 27 and the channel 25 to the channel 24 belonging to the control slide 14, the fluid pressure lifting the check valve 26 from its seat so that fluid can get into the channel 23 and to the annular groove 19. The liquid passes through the channels 41 and 42 into the groove 18 and from there through the associated working connection 7 to the top of the piston 9.
Since the underside of the piston 9 is connected to the return opening 3 in the manner described above, the liquid from the lower section of the cylinder 10 can return unhindered to the outlet 3 and from there to the liquid sump 6.
If it is desired to move the piston 9 upwards in the cylinder 10, the control slide is moved downwards in the opposite direction. The actuation stroke of the piston 14 is so great that the channel 39 is brought into line with the annular groove 22, and the field 29 belonging to the piston slide 14 closes the notch 43 of the piston slide 14 and the groove 21 opposite the associated one
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Groove 20. The channel 42 is located in the 14 associated groove 18 is in connection with the channel 17. The liquid flows from the channel 25 via the channel 24, the check valve 26, the channel 23, the groove 19, the channel 42, the channel 38, the channel 39 and the associated groove 22 to the one connected to the underside of the piston 9. Working connection 7.
The liquid from the top of the piston 9 can flow to the outlet 3 via the working connection 7 connected to the associated annular groove 18 and the channels 17.32, 31 and 16.