DE10162819A1 - Hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil mit einem Ventilgehäuse, einem Ventilschieber und einem Steuerkolben, wobei der Ventilschieber und der Steuerkolben im Ventilgehäuse axial verschieblich gelagert sind, der Steuerkolben oder der Ventilschieber an seinem Außenumfang mindestens eine Rastnut aufweist, in welche ein Raststößel einfahrbar ist, wobei der Raststößel in einem Stößelgehäuse verschieblich gelagert und in Richtung der Nut federbelastet ist und wobei die der Rastnut zugewandte Seite des Raststößels gegen die Kraft der Feder mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil mit einem Ventilgehäuse, einem Ventilschieber und einem Steuerkolben, wobei der Ventilschieber und der Steuerkolben im Ventilgehäuse axial verschieblich gelagert sind.
• Aus der DE 94 15 118 U1 ist ein hydraulisches Steuerventil bekannt geworden, mit welchem hydraulische Anlagen und Vorrichtungen, insbesondere Baumaschinen, angesteuert werden können. Der Ventilschieber wird mittels eines Steuerkolbens im Ventilgehäuse verschoben, wobei über den Ventilschieber die entsprechenden Leitungen mit Hydraulikmedien versorgt werden, wohingegen der Steuerkolben lediglich für den Antrieb des Ventilschiebers dient. Zusätzlich zum Steuerkolben ist ein freies Ende des Ventilschiebers auch mit einem Handhebel verbunden, so dass die Verschiebebewegung auch manuell erfolgen kann.
• Es hat sich nun gezeigt, dass vor allem bei Baumaschinen, welche extremen Vibrationen ausgesetzt sind (z. B. Rüttelmaschinen), eine Arretierung der Position des Ventilschiebers erforderlich ist, so dass der Ventilschieber, falls dieser manuell betätigt wird, d. h. falls der Ventilschieber nicht über den Steuerkolben angesteuert wird, seine eingestellte Lage beibehält. Hierfür sind am Handhebel mechanische Rastnasen vorgesehen, welche an entsprechenden vorspringenden Rasthalterungen einrasten. Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass derartige mechanische Rasten einem großen Verschleiß unterliegen und dass ein derart gerasteter Ventilschieber über den Steuerkolben nicht mehr ansteuerbar ist, da die aufzubringenden Kräfte, um die mechanische Rastung zu überwinden, zu groß sind. Außerdem müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die mechanischen Rasten vor Verschmutzung zu schützen, wofür Gummikappen verwendet werden, die mit einer Fettfüllung versehen sind. Diese sind jedoch relativ kurzlebig und wartungsintensiv.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerventil bereitzustellen, bei dem der Ventilschieber relativ einfach und dennoch sicher in einer Position fixiert werden kann.
• Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Steuerventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Steuerkolben oder der Ventilschieber an seinem Außenumfang mindestens eine Rastnut aufweist, in welche ein Raststößel einfahrbar ist, dass der Raststößel in einem Stößelgehäuse verschieblich gelagert und in Richtung der Nut federbelastet ist, und dass die der Rastnut zugewandte Seite des Raststößels gegen die Kraft der Feder mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist.
• Das erfindungsgemäße Steuerventil hat den wesentlichen Vorteil, dass die Haltekraft direkt auf den Steuerkolben oder den Ventilschieber wirkt, indem ein Raststößel in eine am Steuerkolben oder am Ventilschieber vorgesehene Umfangsnut eingreift. Zum Lösen der Rastverbindung ist der Raststößel verschieblich im Stößelgehäuse gelagert und wird hydraulisch gegen die Kraft einer Einrückfeder angehoben. Das unter Druck stehende Hydraulikmedium beaufschlagt die der Rastnut zugewandte Seite des Raststößels. Von Vorteil ist, dass sowohl die Rastnut, da sie am Steuerkolben bzw. am Ventilschieber vorgesehen ist, als auch der Raststößel, da er in einem Stößelgehäuse untergebracht ist, sich im Ölbad befinden, wodurch zum einen eine permanente Schmierung gewährleistet ist, zum anderen kein Verschleiß und keine Verschmutzung zu befürchten sind.
• Um eine automatische Entrastung des Steuerkolbens bzw. des Ventilschiebers zu bewirken, steht die der Rastnut zugewandte Seite des Raststößels, d. h. beim Entrasten die mit Hydraulikmedium zu beaufschlagende Seite des Raststößels, mit einem Druckraum des Steuerkolbens in Verbindung. Wird also in diesem Druckraum das Hydraulikmedium mit Druck beaufschlagt, wodurch der Steuerkolben in Bewegung gesetzt wird, so dass dieser den Ventilschieber verschiebt, dann bewirkt das unter Druck stehende Hydraulikmedium dieses Druckraums auch ein Öffnen der Rastverbindung. Auf diese Weise wird automatisch mit der Ansteuerung des Steuerkolbens auch die Rastverbindung gelöst. Somit wird der Druckraum des Steuerkolbens dann mit Druck beaufschlagt, wenn der Steuerkolben verschoben wird.
• Vorzugsweise wird der Raststößel von einen Rastkolben und einem Stößelfinger gebildet. Dabei ist der Rastkolben verschieblich im Stößelgehäuse gelagert, und der Stößelfinger durchgreift die Wand des Ventilgehäuses. Der Rastkolben besitzt eine relativ große effektive Fläche, so dass bei der Beaufschlagung mit Hydraulikmedium eine rasche Verschiebung und Entrastung erfolgen kann, d. h. der Stößelfinger wird relativ schnell aus der Rastnut ausgehoben.
• Erfindungsgemäß ist der Stößelfinger mit einer Hydraulikmedium vom Ventilschieber zum Rastkolben überleitenden Verbindungsleitung versehen. Diese Verbindungsleitung kann als Nut oder Bohrung ausgebildet sein. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindungsleitung keinerlei Abdichtungen erfordert, da sie aus dem Druckraum des Steuerkolbens ausmündet und direkt in den Kolbenraum des Rastkolbens einmündet.
• Mit Vorzug weist die Verbindungsleitung eine Drosselstelle für das Hydraulikmedium auf, wobei die Drossel vorteilhaft einstellbar ist. Über die Drosselstelle wird eine Verzögerung des Rückflusses des Hydraulikmediums vom Rastkolben in Richtung des Druckraums des Steuerkolbens bewirkt. Auf diese Weise kann der Raststößel zwar relativ schnell aus der Rastnut ausgehoben werden, wohingegen die Verrastung verzögert erfolgt. Dadurch hat der Steuerkolben bzw. der Ventilschieber ausreichend Zeit, seine gewünschte Arbeitslage einzunehmen.
• Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rastkolben mit einer Hubbegrenzung versehen ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Stößelfinger zu weit vom Steuerkolben bzw. vom Ventilschieber, d. h. von der Rastnut, entfernt wird und dadurch wiederum zu lange braucht, um eine erneute Verrastung herzustellen.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass das Stößelgehäuse eine Entlüftungseinrichtung aufweist, über die Luft aus dem Stößelgehäuse entweichen kann. Dabei ist die Entlüftungsvorrichtung jedoch gegen Eindringen von Luft verschlossen. Hierdurch wird vermieden, dass mit der Luft Feuchtigkeit eingeschleust wird, die zu Korrosion führen kann. Außerdem wird vermieden, dass Schmutz angesaugt wird.
• Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass der Raststößel sowohl durch manuelle Bewegung des Steuerkolbens als auch durch Druckbeaufschlagung des Rastkolbens aus der Rastnut aushebbar ist. Hierfür sind die Nutwände in Form von Auflaufschrägen ausgebildet, aus welchen eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Spitze des Raststößels ausgeschoben werden kann.
• Um die erfindungsgemäße Ausgestaltung auf die bereits bestehenden hydraulische Steuerventile implementieren zu können, sind das Stößelgehäuse mit Raststößel und der Steuerkolben mit Rastnut nachrüstbar.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
• In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Hydrauliklage mit einem verrastbaren Steuerkolben; und
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des hydraulischen Steuerventils.
• Die in der Fig. 1 dargestellte Hydraulikanlage besitzt einen Anschluss P, der mit dem Ausgang einer Hydraulikpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist. Mittels eines Druckreglers 10 wird die Anlage z. B. auf zweihundert bar abgeriegelt. Mit dem Anschluss T ist der Ausgang der Anlage zu einem Vorratsbehälter bezeichnet. Mit den Anschlüssen A1, B1 und A2 sind die Arbeitsanschlüsse bezeichnet.
• Insgesamt sind in Fig. 1 zwei Steuerventile 12 in ihren Neutralstellungen dargestellt, wobei das Steuerventil 12.1 zwei Arbeitsstellungen und das Steuerventil 12.2 eine Arbeitsstellung besitzt. Im Steuerventil 12 ist jeweils ein Ventilschieber 14 angeordnet, welcher über einen Steuerkolben 16 hydraulisch bzw. über einen Handhebel 18 manuell betätigt, d. h. axial im Ventilgehäuse 20 (Fig. 2) verschoben wird. Die genaue Funktionsweise der Hydraulikanlage wird nicht im Detail beschrieben, sondern es wird hierfür auf die DE 94 15 118 U1 verwiesen, deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
• Deutlich erkennbar ist, dass am Steuerkolben 16 eine bzw. zwei Rastnuten 22 vorgesehen sind, in welche ein Raststößel 24 eingreift. Der Aufbau dieses Raststößels 24 ist im Einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Durch den Eingriff des Raststößels 24 in die Rastnut 22 bzw. in eine der Rastnuten 22 wird der Ventilschieber 14 in seiner Arbeitslage bzw. in einer seiner Arbeitslagen fixiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Ventilschieber 14 auch dann in dieser Arbeitslage verbleibt, wenn er starken Erschütterungen bzw. Vibrationen ausgesetzt ist.
• Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der dem Ventilschieber 14 zugewandte Druckraum 26 des Steuerkolbens 16 über eine Verbindungsleitung 28 mit dem Raststößel 24 verbunden ist. Wird also der Steuerkolben 16 mit dem Hydraulikmedium angesteuert, dann erfolgt gleichzeitig eine Ansteuerung des Raststößels 24, wodurch dieser aus der Rastnut 22 ausgehoben wird.
• Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Druckraum 26 ein Ringraum ist und dass die beiden Rastnuten 22 des Steuerkolbens 16 mit diesem Druckraum 26 hydraulisch verbunden sind.
• Der Raststößel 24 besitzt einen Rastkolben 30, der in einem Stößelgehäuse 32 axial verschieblich gelagert ist. Der Rastkolben 30 setzt sich in einem Stößelfinger 34 fort, dessen freies Ende mit einer kegelstumpfförmigen Spitze 36 versehen ist. Der Stößelfinger 34 ist in einer im Ventilgehäuse 20 vorgesehenen Querbohrung verschieblich geführt und durch den Druck einer Feder 38 in Richtung des Steuerkolbens 16 vorgespannt.
• Die Verbindungsleitung 28 ist in Form einer Längsnut in den Stößelfinger 34 eingeformt, so dass Hydraulikmedium vom Druckraum 26 in den Hubraum 40 gelangen kann, wodurch der Rastkolben 30 unter Komprimierung der Feder 38 in das Stößelgehäuse 32 geschoben wird. Dadurch wird der Stößelfinger 34 vom Steuerkolben 16 entfernt, wodurch die kegelstumpfförmige Spitze 36 aus der Rastnut 22 ausgehoben wird. Der Rastkolben 30 ist topfförmig ausgebildet und erstreckt sich über einen Großteil des Zylinderraumes des Stößelgehäuses 32. Durch den Abstand des freien Endes des Kolbens vom Zylinderboden wird der Kolbenhub eingestellt. Vorzugsweise ist das freie Ende des Kolbens mit einer Dichtkante versehen, so dass beim Aufsitzen des freien Endes des Kolbens auf den Zylinderboden der Innenraum des Stößelgehäuses 32 sicher nach außen, insbesondere zu einer Entlüftungsbohrung 42 hin, abgedichtet ist. Hierfür wird eine Silikonkappe verwendet, die über eine die Entlüftungsbohrung 42 umgebende Schulter geklipst wird. Diese Silikonkappe liegt auf der Außenseite der Entlüftungsbohrung 42 auf und hebt beim Ablassen von Luft von dieser ab und verschließt diese anschließend, so dass keine Luft angesaugt werden kann.
• Diese Verbindungsleitung 28 wirkt als Drossel für das Hydraulikmedium, so dass bei drucklosem Druckraum 26 das Hydraulikmedium gedrosselt durch die Federkraft der Feder 38 aus dem Kolbenraum 40 verdrängt wird, da sich die Feder 38 entspannt und den Rastkolben 30 sowie den Stößelfinger 34 in Richtung des Steuerkolbens 16 verschiebt. Dies erfolgt jedoch verzögert, da das Hydraulikmedium mit einem geringeren Druck (Federdruck) durch die Verbindungsleitung 28, die als Drossel wirkt, verdrängt wird.
• In Fig. 2 ist außerdem das freie Ende des Ventilschiebers 14 erkennbar, an welchen der Handhebel 18 zur manuellen Betätigung des Ventilschiebers 14 angreift. Bei der manuellen Betätigung wird die kegelstumpfförmige Spitze 36 mechanisch aus der Rastnut 22 ausgeschoben, indem die Spitze 36 an den schräg ausgebildeten Nutwänden entlanggleitet. Auf diese Weise ist neben der hydraulischen auch eine manuelle Entrastung möglich.

Claims (13)

1. Hydraulisches Steuerventil (12) mit einem Ventilgehäuse (20), einem Ventilschieber (14) und einem Steuerkolben (16), wobei der Ventilschieber (14) und der Steuerkolben (16) im Ventilgehäuse (20) axial verschieblich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (16) oder der Ventilschieber (14) an seinem Außenumfang mindestens eine Rastnut (22) aufweist, in welche ein Raststößel (24) einfahrbar ist, dass der Raststößel (24) in einem Stößelgehäuse (32) verschieblich gelagert und in Richtung der Rastnut (22) federbelastet ist, und dass die der Rastnut (22) zugewandte Seite des Raststößels (24) gegen die Kraft der Feder (38) mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Rastnut (22) zugewandte Seite des Raststößels (24) mit einem Druckraum (26) des Steuerkolbens (16) in Verbindung steht.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (26) des Steuerkolbens (16) dann mit Druck beaufschlagt ist, wenn der Steuerkolben (16) verschoben wird.

4. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raststößel (24) von einem Rastkolben (30) und einem Stößelfinger (34) gebildet wird.

5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkolben (30) im Stößelgehäuse (32) verschieblich gelagert ist und der Stößelfinger (34) die Wand des Ventilgehäuses (20) durchgreift.

6. Steuerventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelfinger (34) mit einer Hydraulikmedium vom Ventilschieber (14) zum Rastkolben (30) überleitenden Verbindungsleitung (28) versehen ist.

7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (28) eine Drosselstelle für das Hydraulikmedium aufweist.

8. Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel einstellbar ist.

9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastkolben (30) mit einer Hubbegrenzung versehen ist.

10. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelgehäuse (32) eine Entlüftungseinrichtung (42) aufweist, über die Luft aus dem Stößelgehäuse (32) entweichen kann.

11. Steuerventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (42) gegen Eindringen von Luft verschlossen ist.

12. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raststößel (24) sowohl durch manuelle Bewegung des Steuerkolbens (16) bzw. des Ventilschiebers (14) als auch durch Druckbeaufschlagung des Rastkolbens (30) aus der Rastnut (22) aushebbar ist.

13. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelgehäuse (32) mit Raststößel (24) und Steuerkolben (16) mit Rastnut (22) nachrüstbar sind.