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Selbsttätiger Steuerschieber für hydraulische Antriebe Bei hydraulischen
Antrieben, insbesondere für hydraulisch: angetriebene Winden, Kräne od. dgl. mit
mindestens zwei auf derselben Welle angeordneten hydraulischen Motoren, von denen
einer mittels des Steuerschiebers parallel zu dem anderen kurzschließbar oder bei
steigender Last in den Flüssigkeitskreislauf einschaltbar ist, sind zwei verschiedene
Arten von Steuerungen zu unterscheiden. Es werden entweder handbetätigte oder selbsttätige
Ventile bzw. Schieber verwendet. Handbetätigte Ventile werden verwendet, wenn der
Flüssigkeitsmotor aus dem Vorwärtsgang in den Stillstand oder in den Rückwärtsgang
umgeschaltet werden soll. Daneben wird mit dem handbetätigten Ventil die zugeführte
Flüssigkeitsmenge geregelt.
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Die selbsttätigen Ventile bzw. Schieber dagegen finden Verwendung,
wenn das System bei Überlastungen od. dgl. umgeschaltet werden muß, wobei dieses
Umschalten druckabhängig selbsttätig erfolgen muß. Die bekannten Vorrichtungen dieser
Art sind mit verhältnismäßig starken Federn ausgerüstet. Die Federn haben den Zweck,
eine sichere Rückführung des Verschlußstücks in die Ausgangslage zu bewirken.
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Die selbsttätigen Ventile bzw. Schieber der bekannten Bauart weisen
nun den Nachteil auf, daß das Verschlußstück sich unter Umständen auf Zwischenstellungen
einstellt, statt unmittelbar von einer Endstellung in die andere überzugehen. Dies
ist besonders dann der Fall, wenn als Gegenkraft Federn zur Anwendung kommen. Es
ist zwar bekannt, auf der Druckseite am Verschlußstück Flächen vorzusehen, die stufenförmig
gestaltet sind, damit der Öldruck beim Losrücken des Verschlußstücks vom Sitz bei
seiner Verschiebung unmittelbar gegen eine sich vergrößernde Fläche wirkt, um dadurch
eine einwandfreie Überführung des Verschlußstücks in die andere Endstellung zu sichern.
Nun soll aber das Verschlußstück auch bei Drucksenkungen wieder in die Ausgangslage
gebracht werden. Dabei ergeben sich wiederum unkontrollierbare Zwischenstellungen
und Pendelbewegungen des Verschlußstücks.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen selbsttätigen Steuerschieber
zu schaffen, bei dem vermieden ist, daß das Verschlußstück bei seiner druckabhängigen
Verschiebung in Zwischenstellungen stehenbleibt oder im Bereich von Zwischenstellungen
pendelt. Als Lösung sieht die Erfindung vor, daß der in der bei den Motoren gemeinsamen
Zuflußleitung herrschende Flüssigkeitsdruck sowohl auf einen den Zufluß zum Motor
regelnden Bund des Schieberkolbens des Hauptschiebers als auch über den Kalben eines
Hilfsschiebers auf einen am anderen Ende des Schieberkolbens angeordneten Bund einwirkt,
so daß der Kolben des Hilfsschiebers bei Überdruck selbsttätig eine Verschiebung
erfährt, durch welche der Druckraum des Bundes des Schieberkolbens von der ihm zugeordneten,
von der Leitung abzweigenden Zuflußleitung getrennt und mit dem Abfluß verbunden
wird, worauf sich der Schieberkolben verschiebt und mit einem von ihm getragenen
Bund den Kurzschlußdurchlaß für den Motor verschließt und der Bund den Zufluß zum
Motor freigibt.
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Eine besonders günstige Verwirklichung der Maßnahmen nach der Erfindung
kann dadurch erfolgen, daß der Schieberkolbendurch eine Stangegebildet ist, an deren
einem Ende ein Bund, an deren anderem Ende ein weiterer Bund und an der zwischen
diesen ein dritter Bund angeordnet ist. Dabei arbeiten die Bunde des Schieberkolbens
mit Zylinderbohrung des Gehäuses zusammen, in welchen der eine Endbund eine Axialbewegung
ausführen kann, ohne die zum Motor führende Leitung freizugeben, wobei seine Zylinderbohrung
etwas länger ist als die Wegstrecke des mittleren Bundes des Schieberkolbens für
die Schließung des Kurzschlußdurchlasses im Gehäuse. Die Bewegung des Schieberkolbens
kann entgegen der Kraft einer auf den Bund am Ende des Schieberkolbens wirkenden
Feder erfolgen, die in dem zugehörigen Druck-, raurn angeordnet ist.
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Weitere Maßnahmen zur Verwirklichung der- Erfindung sind im Zusammenhang
mit den Figuren im einzelnen beschrieben. Von den Figuren zeigt als Ausführungsbeispiel
Fig. 1 die Anordnung- eines Steuerschiebers nach der Erfindung innerhalb eines hydraulischen
Antriebes,
Fig.2 den Steuerschieber mit dem Schieherkolben in einer
anderen Arbeitsstellung und Fig. 3 den Hilfsschieber nach Fig. 1 und 2 in vergrößerter
Darstellung.
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Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte hydraulische Antrieb besitzt
die Pumpe 2, die über die Hauptleitung 1 z. 13. Öl in ein und derselben Richtung
zum handbetätigten Steuerventil 3 fördert. Durch dessen Verstellung in verschiedene
Stellungen kann die Flüssigkeit entweder durch eine Hauptrücklaufleitung 4 unmittelbar
zur Pumpe 2 zurückgeleitet werden oder in den Kreislauf der Motoren 10 und 82 gelangen,
wozu an das Steuerventil 3 die Zuflußleitung 13 angeschlossen ist. Die aus dem Motor
10 ausströmende Flüssigkeit fließt durch die Leitung 16 über die Hauptrücklaufleitung
4 zur Pumpe 2 zurück. Von der Zuflußleitung 13 zweigt die Zweigleitung 80 ab. die
zu dem insgesamt mit 81 bezeichneten Steuerschieber führt, über den die Verbindung
mit dem zweiten Motor 82 herstelbar ist. Dieser ist mit dem Steuerschieber 81 mit
Hilfe der Leitungen 83 als Einlaß und 84 als Auslaß verbunden. Als Verbindung zwischen
dem Steuerschieber 81 und der Abflußleitung 16 dient die mit 85 bezeichnete Leitung,
die in Abweichung vom Ausführungsbeispiel gegebenenfalls auch unmittelbar zum Steuerventi13
oder zur Pumpe 2 führen kann.
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Der Steuerschieber 81 besitzt das Gehäuse 101, das durch die Zwischenwand
104 in die obere Kammer 102 und die untere Kammer 103 aufgeteilt ist. Für das Anflanschen
des Gehäuses 101 an das nicht dargestellte Gehäuse des Motors 82 ist der Flansch
105 vorgesehen. Die Leitung 80 mündet axial in die Zylinderbohrung 106, die durch
die Platte 107 verschlossen ist. Gleichfalls axial liegen die Zylinderbohrungen
108 und 109, die einen etwas größeren Durchmesser als die Zylinderbohrung 106 besitzen.
In der Verlängerung der einen Druckraum bildenden Zylinderbohrung 109 befindet sich
das Federgehäuse 110, in dem die Feder 119 lagert. In den Zylinderbohrungen 106,
108 und 109 ist der Schieberkolben 111 verschiebbar gelagert, der mit den Bunden
112, 114 und 115 versehen ist. Sie befinden sich an der Schieberstange
113. In dem Ausführungsbeispiel ist der Bund 114 mit einer Reihe durchgehender Löcher
116 versehen, die eine Verbindung zwischen den sich gegenüberliegenden Seiten des
Bundes 114 herstellen. Die Löcher 116 sind durch die axial verschiebbar auf der
Stange 113 angeordnete Scheibe 117 abgedeckt, die als Rückschlagventil wirkt. In
der Schließstellung wird sie durch eine schwache Feder 118 auf die Löcher 116 aufgepreßt.
Die Feder 118 liegt zwischen dem oberen Bund 112 und der Scheibe 117. Die als Rückschlagventil
dienende Scheibe 117 wird von den Löchern 116 abgehoben, wenn in der Kammer 102
ein Unterdruck auftritt.
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Bei einem Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt sich, daß die Bunde 112
und 114 derart an der Schieberstange 113 angeordnet sind, daß der Bund 112 dann
die oberste Stellung einnimmt, wenn sich der Bund 114 von der Zylinderbohrung 108
entfernt hat und eine freie und ungedrosselte Verbindung zwischen der oberen Kammer
102 und der unteren Kammer 103 freigibt. Bei dieser Lage befindet sich der Bund
115 im oberen Ende des Druckraumes 109. Wird der Kolbenschieber 111 nach unten verschoben,
dann entsteht eine ungedrosselte Verbindung zwischen der Leitung 80 und der oberen
Kammer 102, während sich der Bund 114 in der Zylinderbohrung 108 befindet und die
beiden Kammern voneinander trennt. Der Bund 115 befindet sich in dieser Lage des
Kolbenschiebers 111 im unteren Ende des Druckraumes 109. Der Abstand der Bunde 112
und 114 voneinander ist derart gewählt, daß der Bund 114 die Bohrung 108 schließt,
bevor der Bund 112 die Verbindung zwischen der Leitung 80 und der oberen Kammer
102 freigibt. Der Kolbenschieber 111 befindet sich normalerweise unter der Kraft
der Druckfeder 119 in seiner obersten Stellung entsprechend der Fig. 1.
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Eine selbsttätige Steuerung erfährt der Steuerschieber 111 durch den
Hilfsschieber, der in vergrößerter Darstellung in der Fig. 3 gezeigt ist und dessen
Gehäuse 120 an dem Gehäuse 101 befestigt ist. In dem Gehäuse 120 befindet sich die
zylindrische Bohrung 121, in der der Kolben 122 längs verschiebbar angeordnet ist.
Der Kolben 122 ist mit Eindrehungen 123 und 124 versehen, über welche verschiedene
in das Gehäuse 120 einmündende Flüssigkeitsleitungen 127, 128, 129 und 133 miteinander
je nach der Stellung des Kolbens 122 in Verbindung kommen. Der Kolben 122 steht
unter der Wirkung der der Druckflüssigkeit entgegenwirkenden Feder 130. Die Länge
der oberen Eindrehung 123 ist größer als die der unteren Eindrehung 124. Letztere
steht über radial angeordnete Kanäle 125 mit dem den Kolben 122 axial durchdringenden
Kanal 126 in Verbindung. Die Flüssigkeitsleitung 127 mündet axial in die Bohrung
121 des Gehäuses 120 ein und leitet die Druckflüssigkeit von der Leitung 80 zum
Kolben 122. Dabei wird die untere Eindrehung 124 durch die Kanäle 126 und 125 in
allen Stellungen des Kolbens 122 mit Druckflüssigkeit versorgt. Die obere Eindrehung
123 dagegen erhält Drucköl mittels der Flüssigkeitsleitung 128, die mit der unteren
Kammer 103 des Gehäuses 101 in Verbindung steht. Die Leitung 129 mündet in die Bohrung
121 an einer Stelle ein, an der sich die Eindrehung 124 bei einer Stellung des Kolbens
122 gemäß Fig. 3 oder gemäß Fig. 1 befindet. Die Leitung 129 führt in das Federgehäuse
110 am Gehäuse 101 des Steuerschiebers. Die Breite der oberen Eindrehung
123 ist derart, daß die Leitung 128 mit der Leitung 129 verbunden ist, wenn sich
der Kolben 122 in seiner untersten Stellung nach Fig. 2 befindet. In seiner oberen
Lage befindet sich der Kolben 122 gewöhnlich durch die Kraft der Feder
130,
die sich zwischen der unteren Stirnfläche des Kolbens 122 und der Stellschraube
131 befindet, die eine Regelung der Vorspannung der Feder 130 erlaubt.
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In dem Gehäuse 120 ist noch die Leitung 133 größeren Querschnitts
vorgesehen, durch die aus der unteren Kammer 103 in die Bohrung
121 unter den Kolben 122 Flüssigkeit gelangen kann. Infolgedessen ist der
Kolben 122 dem Druckunterschied zwischen dem von oben wirkenden Zufluß- und denn
von unten wirkenden Abflußdruck unterworfen. Da vorzugsweise Öl a,ls Antriebsflüssigkeit
dient, ist eine Schmierung des Kolbenschaftes 132 gewährleistet, der in der Stellschraube
131 geführt und gelagert ist. Zum Auffangen des Lecköls dient die abnehmbare Kappe
134, durch die auch der mögliche Verschiebungsweg des Kolbens 122 bestimmt ist.
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Die durch die Leitung 128 hindurchfließende Flüssigkeitsmenge kann
gegebenenfalls mit Hilfe der Drosselschraube 135 gedrosselt werden. Das obere Ende
des Kolbens 122 mit der geneigten Außenfläche bildet das Kopfstück 136. Dessen der
Mündung der Leitung 127 zugekehrte Kolbenfläche ist wesentlich kleiner als der Gesamtquerschnitt
des Kolbens.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Wie bereits erwähnt, wird der Kolben
122 durch die Kraft der Feder 130 nach oben gedrückt und bleibt in dieser Stellung,
solange der Druckunterschied zwischen der Leitung 80
und der Kammer
103 nur unbedeutend ist. Dabei ist entsprechend den Fig. 1 und 3 der Druckraum 109
über die Leitung 127, den Kanal 126, die untere Eindrehung 124 und die Leitung 129
mit Drucköl versorgt. Bei dem Steuerschieber 111 wirkt so auf seine untere Endfläche
der gleiche Druck wie auf seine obere. Da aber der obere Bund 112 einen etwas kleineren
Durchmesser als der untere Bund 115 aufweist, ergibt sich eine resultierende, aufwärts
gerichtete Kraft. Da außerdem auch die Kraft der Feder 119 aufwärts wirkt, wird
der Steuerschieber 111 in seiner obersten Stellung entsprechend Fig. 1 so lange
gehalten, wie die Druckflüssigkeit zum Druckraum 109 Zugang hat. Erfährt nun der
Druck in der Leitung 80 eine Steigerung, so wächst die auf den Kolben 122 einwirkende
abwärts gerichtete Kraft entsprechend. Wird diese größer als die aufwärts gerichtete
Kraft der Feder 130, löst sich das Kopfstück 136 von seinem Sitz in der Öffnung
der Leitung 127, wodurch die gesamte Oberfläche des Kolbens 122 von der Flüssigkeit
beaufschlagt wird. Entsprechend wächst die abwärts gerichtete Kraft, wodurch der
Kolben 122 in die Stellung gemäß Fig. 2 verschoben wird. Dabei wird die Leitung
128 über die obere Eindrehung mit der Leitung 129 in Verbindung gebracht, wodurch
die Verbindung zwischen dem Druckraum 109 und der unteren Kammer
103 im Gehäuse 101 hergestellt ist. Infolgedessen steht der untere Bund 115
nicht mehr länger unter dem auf seiner unteren Stirnfläche wirkenden Druck, so daß
der Steuerschieber 111 abwärts verschoben wird. Dies bringt ein Herausdrücken der
Flüssigkeit aus dem Druckraum 109 mit sich, was mit Hilfe der Drosselschraube 135
reguliert werden kann, um die Bewegung zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
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Beim Abwärtsgehen des Steuerschiebers 111 schließt der Bund 114 die
Zylinderbohrung 108, bevor der Bund 112 den Durchlaß in die obere Kammer 102 freigibt.
Wäre nun nicht die Scheibe 117 als Rückschlagventil im Zusammenwirken mit den Löchern
116 vorhanden, ergäbe sich ein Blockieren der Motoren. Durch. die Saugwirkung des
Motoreinlasses aber ist die Scheibe 117 angehoben und läßt Flüssigkeit so lange
durchfließen, bis der obere Bund 112 vollständig aus seiner Zylinderbohrung 106
herausbewegt ist. Es ist also der Unterdruck in der Kammer 102 durch den Überdruck
in der Hauptleitung über die Leitung 80 ersetzt, so daß die Scheibe 117 die Löcher
116 schließt und die Verbindung zwischen der oberen Kammer 102 und der unteren Kammer
103 unterbricht. Soll die Umsteuerung ohne jede Verzögerung erfolgen, so können
sowohl die Drosselschraube 135 als auch das Rückschlagventil 117 fortfallen.
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Sobald die Flüssigkeit in die obere Kammer 102 eingetreten ist, wirkt
der Druck auf die Oberseite des Bundes 114. Dies bringt ein Anwachsen der abwärts
gerichteten Kraft mit sich, weil der Durchmesser des Bundes 114 etwas größer ist
als der des Bundes 112. Infolgedessen erfolgt ein Verschieben des Steuerschiebers
111 entsprechend der Fig. 2 in die unterste Stellung, ohne dabei in Zwischenstellungen
anzuhalten. Die Kraft der Feder 119 ist nur gering, da sie nur als Rückholfeder
wirken soll, um die Rückbewegung des Steuerschiebers 111 zu erleichtern. Der Steuerschieber
111 bleibt in seiner untersten Stellung, bis sich der Kolben 122 erneut so weit
aufwärts bewegt hat, daß die untere Eindrehung 123 mit der Leitung 129 in. Verbindung
steht. Der Druckunterschied, der bei dieser Verbindung auftritt, hängt von der abwärts
gerichteten Kraft ab, die der aufwärts gerichteten Kraft der Feder 130 entgegenwirkt.
Es lassen sich genaue Werte einstellen.
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Aus dem Aufbau des Steuerschiebers nach der Erfindung und seiner Wirkungsweise
ergibt sich, daß der Steuerschieber 111 in den Zylinderbohrungen 106, 108 und 109
gewisse Längsbewegungen durchführen kann, ohne eine Verbindung der einzelnen Räume
des Gehäuses 101 herbeizuführen. Dies trägt mit dazu bei, eine unerwünschte Umsteuerung
oder ein Pendeln in Zwischenlagen zu verhindern. Sollte beispielsweise der hydraulische
Antrieb einer plötzlichen Druckwelle ausgesetzt sein, die eine Einstellung auf einen
niederen Druckzustand bewirken könnte, so wird sich der Steuerschieber 111 nur um
ein geringes Spiel bewegen, ohne in die entgegengesetzte Stellung überzuwechseln.
Der Druck, bei dem der Wechsel auftreten soll, wird mit Hilfe der Stellschraube
131 eingestellt, mit der sich die Feder 130 mehr oder weniger vorspannen läßt.