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Hydraulik-Steuerschieber
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulik-Steuerschieber mit einem federbelasteten, sich nach demwechselndenDruckeinesDruckmittelsverschiebenden Steuerkolben. Derartige Schieber dienen dazu, je nach dem vorhandenen Druck des Druckmittels eine Steuerung durchzuführen, also Steuerleitungen, die zu einem eigenen Schaltorgan führen können, zu öffnen oder zu verschliessen.
Beispielsweise werden solche Steuerschieber dazu verwendet, bei sinkendem Druck in einem Wind- kessel über das nachgeordnete Schaltorgan die den Windkessel versorgende Pumpe einzuschalten und letz- tere nach Erreichen des gewünschten Maximaldruckes im Windkessel wieder abzuschalten. Selbstverständ- lich kann auf diese Weise auch eine andere Druckbereitstellungsanlage selbständig gesteuert werden. Bei den bisherigen Steuerschiebern dieser Art sind die Steuerkolben in den entsprechenden Zylinderteilen durchwegs mit Gleitsitz geführt. Dabei müssen, um Verklemmungen oder Verkantungen des Kolbens zu vermeiden, möglichst enge Passungen gewählt werden.
Es tritt also zwischen dem Steuerkolben und den ihn führenden Zylinderteilen eine verhältnismässig starke Reibung auf, die dann vom Druckmittel bzw. von der Feder überwunden werden muss. Daraus ergibt sich bei den bisherigen Steuerschiebern eine ungünstige
Unempfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen, d. h. der Steuerkolben wird zufolge der Reibung erst nach Erreichen einer grösseren Druckdifferenz im Druckmittel in Bewegung gesetzt und die gewünschte Steuerstellung erreichen. Dabei sind die jeweiligen Reibungsverhältnisse kaum beherrschbar, es bleibt also die sich aus der Reibung ergebende Verzögerung der Kolbenbewegung nicht konstant, so dass auch keine exakte Steuerung in Druckabhängigkeit möglich ist.
Der grosse Unterschied zwischen den Werten für die Haft- und Bewegungsreibung trägt dazu bei, die Steuerungenauigkeiten zu verstärken.
Es sind zwar schon Steuerschieber mit Lagerung des Schieberkolbens auf Wälzelementen bekannt, doch handelt es sich hiebei um Konstruktionen mit einem drehbaren Kolben, also um sogenannte Drehschieber. bei denen andere Probleme auftreten. Schliesslich ist es im allgemeinen Apparatebau bekannt, kolbenartige Teile spielfrei mit Hilfe von in einem Käfig angeordneten Kugeln zu lagern, doch dienen diese bekannten Geräte zur Bestimmung von Strom-bzw. Frequenzänderungen und haben mit einem Hydraulik-Steuerschieber nichts zu tun.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile der bisherigen Ausführungen und die Schaffung eines Steuerschiebers der eingangs beschriebenen Art, der sich bei einfacher Konstruktion durch grosse Empfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen im Druckmittel auszeichnet und dabei eine exakte Steuerung ausführt.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass der Steuerkolben in einem eigenen Führungszylinder in an sich bekannter Weise mit Hilfe von in einem Käfig angeordneten Kugeln spielfrei gelagert und in den übrigen Zylinderteilen mit lediglich auf die Dichtheit abgestelltem Radialspiel gehalten ist. Es wird also hinsichtlich der Kolbenführung die bisherige Gleitreibung durch rollende Reibung ersetzt, die nur einen Bruchteil der gleitenden Reibung ausmacht und bei der vor allem nicht der bedeutende Unterschied zwischen Haft- und Bewegungsreibung auftritt. Der Steuerkolben spricht daher bereits auf ganz geringe Druckdifferenzen an, und es ergeben sich kaum Änderungen der Reibungsverhältnisse während des Betriebes.
Dort, wo der Steuerkolben flüssigkeitsbeaufschlagte Zylinderteile durchsetzt, ist er an der Zylinderwandung bzw. in einem Deckel od. dgl. nicht mehr gleitend geführt, sondern besitzt ein Radialspiel, das zwar zur Abdichtung gerade noch ausreicht, aber kein metallisches Berühren mehr ergibt. Es hat sich
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gezeigt, dass das Radialspiel bei üblichen hydraulischen Mitteln 0, 03-0, 04 mm betragen kann, ohne dass merkliche Leckverluste auftreten. Selbstverständlich könnte das Spiel auch vergrössert werden, wenn für eine Labyrinthdichtung oder eine sonstige Dichtung gesorgt ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Führungszylinder zwischen einem als Steuerzylinder dienenden Zylinderteil einerseits und einem den Druckmittelraum abschliessenden Deckelteil od. dgl. anderseits angeordnet und diese Teile sind je für sich zum Steuerkolben zentriert. Auf diese Weise wird einerseits eine günstige Kolbenlagerung und-führung erreicht und anderseits vermieden, dass durch Bearbeitungsungeaauigkeiten das gewünschte Radialspiel im Steuerzylinder bzw. im Deckelteil verloren geht.
Die Steuerbewegung des Steuerkolbens soll möglichst ruckartig erfolgen, damit im Augenblick des beabsichtigten Steuervorganges eindeutige Verhältnisse in der Stellung der Steuerorgane zueinander herrschen. Für diesen sogenannten Schnappeffekt sind verschiedene meist sehr komplizierte Konstruktionen bekannt.
Die Erfindung erlaubt es, den Schnappeffekt mit wesentlich einfacheren Mitteln zu erreichen. Zu diesem Zweck ist der Steuerkolben erfindungsgemäss innerhalb des Druckraumes mit Hilfe eines Endbundes als Differentialkolben ausgebildet, die Lichtweite des Druckraumes übersteigt den Bunddurchmesser und der Deckelteil besitzt eine diesem Durchmesser entsprechende Ausnehmung, in die der Kolbenbund einschiebbar'ist, wobei der Steuerkolben in unmittelbarem Anschluss an den Endbund eine Radialbohrung aufweist, die über eine Axialbohrung zu einer weiteren, während eines Teiles der Kolbenschiebebewegung vom Deckelteil abge4eckten und dann mit einem Ablauf verbundenen Radialbohrung führt.
Bei steigendem Druck des Druckmittels im Druckraum wird der Steuerkolben gegen die Kraft der zweckmässig auf sein anderes Ende wirkenden Feder gegen den den Druckraum abschliessenden Deckelteil verschoben, wobei die auf ihn wirkende Kraft dem Kolbendurchmesser vor dem Endbund entspricht, weil beide Stirnflächen des
Bundes beaufschlagt sind.
Sobald aber der Endbund in die Ausnehmung des Deckelteiles eintaucht, gilt für die weiterhin wirkende SchuBkraft die Endstirnfläche, also eine grössere Kolbenfläche. Diese grössere Kolbenfläche kann aber erst wirksam werden, wenn das in der Ausnehmung des Deckelteiles eingesperrte Druckmittel über die Radial- und Axialbohrungen abfliessen kann. Dann führt jedoch der Steuerkolben eine plötzliche
Bewegung bis zum Anschlag des Endbundes am Ausnehmungsgrund des Deckels aus, welche Stellung einer exakten Stellung der Steuerkanten od. dgl. im Steuerzylinder entspricht. Gleiche Vorgänge aber im entgegengesetzten Sinn spielen sich bei einer Drucksenkung im Druckraum ab.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel im Axialschnitt dargestellt.
Mit l ist der vom Druckmittel beaufschlagte Druckraum bezeichnet, der durch einen Deckel 2 abgeschlossen wird. Der Druckraum 1 steht beispielsweise mit einem Windkessel in Verbindung. Der Steuerkolben 3 ist innerhalb des Druckrahmens 1 mit Hilfe eines Endbundes 4 als Differentialkolben ausgebildet, wobei die Lichtweite des Druckraumes den Bunddurchmesser D übersteigt, wogegen im Deckel 2 eine Ausnehmung 5 vorgesehen ist, die einen dem Bunddurchmesser entsprechenden Durchmesser besitzt.
Der Steuerkolben 3 ist mit Hilfe von in einem Käfig 6 angeordneten Kugeln 7 in einem Führungszylinder 8 spielfrei gelagert. Er stützt sich mit seinem dem Bund 4 gegenüberliegenden Ende an einer Drucl. feder 9 ab und durchsetzt davor einen Steuerzylinder 10. Innerhalb dieses Steuerzylinders 10 und des Deckels 2 hat der Steuerkolben 3 ein solches Radialspiel, dass die Dichtheit gerade noch gewährleistet ist, aber keine metallische Berührung mehr stattfindet. Um dies zu erreichen, sind die Teile 2 und 10 je für sich zum Kolben zentriert und dann am Führungszylinder 8 festgelegt.
Im Steuerzylinder 10 ist eine Leitungsbohrung 11 für den Zufluss eines hydraulischen Mittels vorgesehen, das je nach der Stellung des mit Steuerkanten 12 versehenen Steuerkolbens 3 entweder über eine Leitung 13 oder eine Leitung 14 zu einem nachgeordneten Schaltorgan fliessen kann, wobei die jeweils von der Zuleitung 11 getrennte Leitung 13 oder 14 mit einem Ablauf 15 oder 16 verbunden wird. Ferner besitzt der Steuerkolben im unmittelbaren Anschluss an den Endbund 4 eine Radialbohrung 17, die über eine Axialbohrung 18 zu einer weiteren Radialbohrung 19 führt. Oberhalb des Deckels ist im Führungszylinder 8 eine Ablaufbohrung 20 angeordnet.
Steigt der Druck im Druckraum 1 an, wird der Steuerkolben 3 gegen die Kraft der Feder 9 aufwärts verschoben, wobei die Schubkraft gleich ist dem jeweils vorhandenen Druck multipliziert mit der dem Kolbendurchmesser d entsprechenden Fläche, da zunächst beide Stirnseiten des Endbundes 4 beaufschlagt sind. Sobald bei weiter aufsteigendem Steuerkolben der Endbund 4 in die Ausnehmung 5 des Deckels 2 eintaucht,'gilt für die weiterhin wirkende Kraft die sich aus dem Bunddurchmesser D ergebende, also grössere Kolbenfläche, die jedoch erst wirksam werden kann, wenn das in der Ausnehmung 5 eingesperrte
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Druckmittelüber die Bohrungen 17,18, 19 zum Abfluss 20 gelangen kann. Dann führt der Steuerkolben 3 eine plötzliche Aufwärtsbewegung bis zum Anschlag aus.
In dieser Stellung ist die Leitung 11 mit der Leitung 13, die Leitung 14 mit der Ablaufleitung 16 verbunden, und es wird über das nachgeordnete Schaltorgan beispielsweise die den Windkessel versorgende Pumpe abgeschaltet.
Sobald aus dem Windkessel od. dgl. Druckmittel zur Arbeitsleistung entnommen wird, beginnt der ganze Systemdruck zu fallen und damit auch der Steuerkolben 3 unter der Wirkung der zusammengepressten Feder 9 zu sinken. Die Gegenkraft des Druckmittels entspricht der Stirnfläche des Bundes 4 mit dem Durchmesser D. Bei weiterem Absinken des Steuerkolbens wird die Radialbohrung 19 abgedeckt und die Ausnehmung 5 dem Zutritt des Druckmittels geöffnet. Dadurch kommt aber die dem kleineren Durchmesser d entsprechende Kolbenfläche zur Wirkung, und der Steuerkolben vollführt eine plötzliche Abwärtsbewegung.
In dieser Stellung ist innerhalb des Steuerzylinder 10 die Zuleitung 11 mit der Leitung 14 verbunden, wogegen das aus der Leitung 13 zurückfliessende Mittel durch die Leitung 15 ablaufen kann. Mit Hilfe des Schaltorgans wird nun die Pumpe eingeschaltet. Die Grösse des Druckintervalles, innerhalb dessen die Druckpumpe selbsttätig aus-und eingeschaltet wird, kann durch die Abmessungen des Kolbens und die geometrische Ausführung seiner Elemente sowie durch die Bemessung der Federkraft von vornherein bestimmt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen Steuerschieber zum Ein- und Ausschalten der Pumpe eines Windkessels beschränkt, sondern kann überall dort mit Vorteil angewendet werden, wo in Abhängigkeit vom wechselnden Druck innerhalb eines Drucksystems eine Steuerung durchgeführt werden soll.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulik-Steuerschieber mit einem federbelasteten, sich nach dem wechselnden Druck eines Druckmittels axial verschiebenden Steuerkolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (3) in einem eigenen Führungszylinder (8) in an sich bekannterweise mit Hilfe von in einem Käfig (6) angeordneten Kugeln (7) spielfrei gelagert und in den übrigen Zylinderteile (2,10) mit lediglich auf die Dichtheit abgestelltem Radialspiel gehalten ist.