DE1105247B - Steuerschieber - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschieber für doppeltwirkende Druckmittelmotore, dessen Schieberkolben in einer ersten Stellung die beiden Motorkanäle voneinander und von dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal trennt, in einer zweiten und in einer dritten Stellung den Einlaßkanal von dem Auslaßkanal trennt und den Einlaßkanal mit dem ersten bzw. dem zweiten Motorkanal verbindet, während er den Auslaßkanal mit dem zweiten bzw. mit dem ersten Motorkanal verbindet, und in einer vierten Stellung die beiden Motorkanäle mit dem Einlaßkanal und diese drei Kanäle mit dem Auslaßkanal verbindet.

Die bei den bekannten Schiebern der obengenannten Art vorgesehene vierte Stellung ist eine sogenannte »Schweben«-Stellung, in welcher die Durchführung von zwei Arbeitsgängen möglich sein soll. Erstens soll sich die von dem Arbeitsmotor gehobene Last, die beispielsweise im Falle einer erdbewegenden Maschine das Schaufelblatt ist, frei herabbewegen können, und zweitens soll diese Last bei gewissen Arbeitsgängen, im Falle einer erdbewegenden Maschine beispielsweise beim Zurückziehen der Schaufel, frei beweglich sein.

Beim Herabfallen der Last kann es nun vorkommen, daß sich der Motorkolben mit so großer Geschwindigkeit bewegt, daß das Druckmittel beim Einströmen in die sich vergrößernde Kammer des Motors nicht Schritt halten kann, und daß dadurch in dieser Kammer ein Vakuum entsteht. Dieses Vakuum hat die nachteilige Wirkung, daß bei einem nachfolgenden Steuerbefehl »Senken« dieser Steuerbefehl so lange verzögert wird, bis das Vakuum aufgefüllt ist. Eine Möglichkeit, die Vakuumbildung zu verhindern oder zumindest zu verkleinern, bestünde beispielsweise darin, in den Weg des Druckmittels von der Pumpe bis zum Speicherbehälter eine Drosselstelle einzuschalten. Durch diese Drosselstelle würde ein Gegendruck erzeugt, der einen Teil des aus der Pumpe strömenden Druckmittels in die sich vergrößernde Kammer des Druckmittelmotors treibt, wodurch der Vakuumbildung entgegengewirkt würde. Eine solche Drosselstelle würde sich also auf den ersten der beiden erwünschten Arbeitsgänge vorteilhaft auswirken, für den zweiten Arbeitsvorgang wäre sie aber von Nachteil.

Der zweite Arbeitsvorgang, beispielsweise das Zurückziehen der Schaufel, erstreckt sich gewöhnlich über einen verhältnismäßig großen Zeitraum. Die an der Drosselstelle naturgemäß auftretenden Energieverluste würden während dieser Zeit zu einer unerwünschten Erwärmung des hydraulischen Mediums und darüber hinaus natürlich auch zu einem unerwünschten erhöhten Treibstoffverbrauch führen. Es zeigt sich also, daß einerseits der Rückdruck und damit die vorteilhafte Wirkung einer in den Strö-

Anmelder:

New York Air Brake International, S.A.,
Panama (Panama)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Dezember 1957

Henry A. Vander Kaay, Kalamazoo, Mich. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

mungsweg eingeschalteten Drosselstelle auf den ersten Arbeitsvorgang um so größer ist, je stärker diese Verengung ist, daß aber anderereits mit stärker werdender Drosselung auch die Energieverluste wachsen, was für den zweiten Arbeitsvorgang von großem Nachteil ist.

Bei den bekannten Steuerschiebern, die nur eine einzige Schwebestellung, nämlich die oben beschriebene vierte Stellung, aufweisen, würde daher die Einschaltung einer solchen Drosselstelle nur einen sehr bedingten Vorteil mit sich bringen, denn es müßten entweder die Vakuumbildung oder unerwünschte größere Energieverluste in Kauf genommen werden, wenn einer der beiden Arbeitsvorgänge unter optimalen Bedingungen stattfinden soll. Ansonsten wäre nur eine Kompromißlösung möglich, die einen optimalen Betrieb in jedem der beiden Fälle ausschließt, da die Forderungen gegenläufig sind.

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, einen Steuerschieber zu schaffen, der es gestattet, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und die vorstehend erläuterten Arbeitsvorgänge so auszuführen, daß weder unerwünschte Energieverluste auftreten noch ein Vakuum gebildet wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine fünfte Stellung vorgesehen ist, in welcher der Schieberkolben die beiden Motorkanäle mit dem Einlaßkanal verbindet und eine verengte Verbindung zwischen diesen drei Kanälen und dem Auslaßkanal herstellt.

109577/221

Der erfindungsgemäße Steuerschieber besitzt somit zwei Schwebestellungen, von denen die eine die Ausführung des einen Arbeitsvorganges und die andere die Ausführung des anderen Arbeitsvorganges unter optimalen Bedingungen gestattet, da das Druckmittel 5 in der vierten Stellung des Schieberkolbens, die beispielsweise beim Zurückziehen der Schaufel eingeschaltet wird, frei strömen kann und nur in der fünften Stellung des Schieberkoibens gedrosselt wird, welche für den kurzzeitigen Arbeitsvorgang des Fallenlassens der Schaufel gewählt wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt die Zeichnung. Darin ist

Fig. 1 ein axialer Schnitt bei der »neutralen« Stellung des Schieberkolbens, Fig. 2 ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnitt ähnlich der Fig. 1 bei der »Heben«-Stellung,

Fig. 4 ein Schnitt ähnlich der der Fig. 1 bei der »Senkens-Stellung,

Fig. 5 ein Schnitt ähnlich der der Fig. 1 bei der »Schwebend—Stellung und

Fig. 6 ein Schnitt ähnlich der der Fig. 1 bei der »Schweben«-Stellung unter Belastung.

Gemäß Fig. 1 und 2 hat der Steuerschieber ein Gehäuse 11, das Einlaß- und Auslaßkanäle 12 bzw. 13 und zwei Motorkanäle 14 und 15 besitzt. Durch das Gehäuse erstreckt sich eine von elf in Längsrichtung voneinander getrennten ringförmigen Kammern 17 bis 19 und 21 bis 28 umgebene Bohrung 16. Die Bohrung 16 ist bei 29 und 31 erweitert, um einen stets offenen Strömungsweg zwischen den Kammern 17 und 18 bzw. zwischen den Kammern 21 und 22 herzustellen. Die Kammern 22 und 24 sind mit dem Einlaßkanal 12 über den Durchlaß 32 verbunden, während die Kammern 17, 23 und 28 über den Durchlaß 33 mit dem Auslaßkanal 13 Verbindung haben. Ein eingegossener Durchlaß 30 verbindet die Kammern 21 und 25 miteinander. Ein Überdruckventil 34 üblicher Bauart kann Druckmittel vom Durchlaß 32 zum Durchlaß 33 ableiten.

In die Bohrung 16 ist ein Schieberkolben 35 eingebaut, der mit drei in Längsrichtung voneinander in Abstand angordneten, die Abschnitte 39, 41, 42 und 43 abgrenzenden Ausnehmungen 36, 37 und 38 versehen ist. Von den entgegengesetzten Enden des Schieberkolbens 35 erstrecken sich nach innen zwei axiale Bohrungen 44 und 45, deren äußere Enden durch eingeschraubte Pfropfen 46 und 47 geschlossen und abgedichtet sind. Zwei um den Umfang herum angebrachte Reihen von radialen Bohrungen 48 und 49 durchkreuzen die axiale Bohrung 44 und drei ähnliche Reihen 51, 52 und 53 die Bohrung 45. Ein durch eine Feder vorbelastetes Rückschlagventil 54 üblicher Bauart ist zur Verhinderung des Rückstromes aus der radialen Bohrung 48 in die Bohrung 44 eingebaut.

Mit dem linken Ende des Schieberkolbens 35 ist, wie in Fig. 1 zu sehen ist, eine Zentriereinrichtung 55 verbunden. Diese hat eine mit Bolzen im Gehäuse 11 befestigte zweiteilige Kapsel 56, die an ihrem inneren Umfang eine ringförmige Nut 57 enthält. In diese Nut ist ein Sprengring 58 eingesetzt, der in der Schieberstellung nach Fig. 1 an einer abgeschrägten Schulter 59 anliegt, die ihrerseits an einer den Schieberkolben 35 umgebenden Hülse 61 ausgebildet G5 ist. Am äußeren Umfang des Pfropfens 46 befindet sich ein verschiebbarer Anschlagring 62, der als Sitz für das eine Ende der Feder 63 dient. Das andere Ende der Feder 63 stützt sich gegen einen auswärts gebogenen Bund der Hülse 64, die ihrerseits einen einwärts gebogenen Bund hat. Dieser Bund legt sich an die im Pfropfen 46 ausgebildete Schulter 65. Ein Anschlag 66 für den verschiebbaren Anschlagring 62 ist in das äußere Ende des Pfropfens 46 eingeschraubt.

Arbeitsweise

Der Einlaß- und der Auslaßkanal 12 bzw. 13 sind mit der Pumpe bzw. mit dem Rücklaufbehälter und die Motorkanäle 14 und 15 über die Leitungen 68 bzw. 69 mit dem Kolbenmotor 67 verbunden. In der »neutralen« Stellung des Kolbenschiebers (Fig. 1 und 2) strömt das durch den Einlaßkanal 12 eintretende Druckmittel über den Durchlaß 32, die Ringkammern 22 und 24, die Kolbenausnehmungen 36 und 37, die Ringkammer 23, den Durchlaß 33 und den Auslaßkanal 13 zum Rücklaufbehälter. Die Motorkanäle 14 und 15 sind voneinander und von den Einlaß- und Auslaßkanälen 12 bzw. 13 durch die Abschnitte 39 bzw. 42 getrennt.

Es sei angenommen, daß der Motor 67 mit dem erdbewegenden Schaufelblatt des Bulldozers verbunden ist. Um das Schaufelblatt zu heben, wird der Schieberkolben 35 nach rechts in die in Fig. 3 gezeigte »Heben«-Stellung, und zwar gegen die Belastung der durch den Anschlagring 62 und den Anschlag 66 wirkenden Feder 63 bewegt. In dieser Stellung unterbrechen die Abschnitte 39 und 41 die Verbindung zwischen dem Einlaß- und Auslaßkanal 12 und 13, und das von der Pumpe gelieferte Druckmittel fließt zum Kolbenstangenende des Motors 67 über den Durchlaß 32, die Ringkammer 22, die radialen Bohrungen 49, die axiale Bohrung 44, das Rückschlagventil 54, die radialen Bohrungen 48, die Ringkammer 19, den Motorkanal 14 und die Leitung 68. Das Druckmittel wird dem Kolbenstangenende des Motors 67 auch entlang eines den Durchlaß 32, die Ringkammer 24, die Kolbenausnehmung 37, die Ringkammer 25, den Durchlaß 30, die Ringkammer 21, die erweiterte Bohrung 31, die radialen Bohrungen 49 und die axiale Bohrung 44 enthaltenden Weges geliefert. Das Druckmittel wird vom Kolbenende des Motors über die Leitung 69, den Motorkanal 15, die Ringkammer 26, die radialen Bohrungen 52, die axiale Bohrung 45 und entweder über die radialen Bohrungen 51, die Ringkammer 23, den Durchlaß 33 und den Auslaßkanal 13 oder über die radialen Bohrungen 53, die Ringkammer 27, die Kolbenausnehmung 38, die Ringkammer 28, den Durchlaß 33 und den Auslaßkanal 13 in den Rücklaufbehälter ausgelassen. Wenn der Motor 67 die gewünschte Strecke zurückgelegt hat, wird der Schieberkolben 35 freigegeben, und die Feder 63 wird ihn in die »neutrale« Stellung zurückstellen, dadurch den Fluß zum und vom Motor absperren und die Pumpe entlasten.

In der Ringkammer 19 besteht ein Überdruck, wenn sich das Schaufelblatt in angehobener Stellung befindet. Das Rückschlagventil 54 verhindert die Freigabe dieses Druckes, wenn sich der Schieberkolben 35 in der »Heben«-Stellung befindet, und es dient so dazu, das Schaufelblatt in seiner jeweiligen Einstellung während des Zeitraumes festzuhalten, der für die Pumpe nötig ist, damit sie den Betriebsdruck in der axialen Bohrung 44 aufbauen kann.

Um das Schaufelblatt abzusenken, wird der Schieberkolben 35 von der Stellung nach Fig. 1 aus nach links in die »Senken«-Stellung nach Fig. 4 bewegt. Dieser Bewegung wird durch die über die Hülse 64 und die Schulter 65 wirkende Feder 63 Widerstand entgegengesetzt. In dieser Stellung unterbrechen

die Abschnitte 41 und 42 die Verbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 12 und 13. Druckmittel fließt über den Durchlaß 32, die Ringkammern 22 und 24, die radialen Bohrungen 51 und 52, die axiale Bohrung 45, die radialen Bohrungen 53, die Ringkammer 26, den Motorkanal 15 und die Leitung 69 zum Kolbenende des Motors 67. Das Kolbenstangenende des Motors 67 wird über die Leitung 68, den Motorkanal 14, die Ringkammer 19, die radialen Bohrungen 49, die axiale Bohrung 44, das Rückschlagventil 54, die radialen Bohrungen 48, die Ringkammer 18, die erweiterte Bohrung 29, die Ringkammer 17, den Durchlaß 33 und den Auslaßkanal 13 in den Rücklaufbehälter entleert. Wird der Schieberkolben 35 freigegeben, führt ihn Feder 63 wieder in die »neutrale« Stellung zurück.

Das Zurückziehen kann durch Bewegen des Schieberkolbens 35 aus seiner »neutralen« Stellung von Fig. 1 nach links in die »Schwebens-Stellung der

V-förmigen Kerbe 68 springt und dadurch die nicht endgültige Sperre freigibt. Nun wird sich die Feder 63 entspannen und die Hülse 61 nach rechts schieben. Eine weitere Bewegung des Schieberkolbens 35 wird die Hülse 61 in die Stellung bewegen, in der der Ring 58 sich wieder gegen die abgeschrägte Schulter 59 legt. Jetzt kann der Bedienende den Schieberkolben 35 freigeben, und die Feder 63 wird ihn in die »neutrale« Stellung zurückbringen.

Das Herabfallen des Schaufelblattes kann durch Verschieben des Kolbenschiebers 35 nach links aus der Stellung nach Fig. 1 in die »Schwebens-Stellung unter Belastung nach Fig. 6 bewirkt werden. Diese Stellung wird dadurch erreicht, daß der Schieberkolben 35 zuerst in die »Schweben«-Stellung geschoben wird und die Verschiebung dann gegen die Spannung der Feder 53 fortgesetzt wird, bis der Anschlag 66 die Kapsel 56 berührt. In dieser Stellung sind die beiden Motorkanäle 14 und 15 und der Ein-

Stelle dieses Weges sind die zwei Kanäle 12 und 13 durch die Ringkammer 22, die erweiterte Bohrung 31, die Ringkammer 21, die Kolbenausriehmung 36, die radialen Bohrungen 51, die axiale Bohrung 45, die

Fig. 5 ausgeführt werden. Während der Bewegung in 20 laßkanal 12 miteinander in der gleichen Weise verdie »Schweben«-Stellung bewegt sich der Kolben- bunden wie in der »Schweben-Stellung. Jetzt ist schieber 35 zuerst in die »Senken«-Stellung nach jedoch die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 12 Fig. 4, in welcher die Feder 63 vollständig zusammen- und dem Auslaßkanal 13 über die Ringkammer 22, die gepreßt ist, und es entsteht eine zwischen dem Schieber- Kolbenausnehmung 37, die Ringkammer 23 und den kolben 35 und der Hülse 61 durch den einwärts ge- 25 Durchlaß 33 durch den Abschnitt 42 unterbrochen. An bogenen Bund der Hülse 64 und den verschiebbaren
Anschlagring 62 hergestellte starre Verbindung. Eine
weitere Bewegung aus der »Senken«-Stellung nach
links verursacht, daß die abgeschrägte Schulter 59 den

Sprengring 58 nach außen in die Nut 57 drückt. Der 30 radialen Bohrungen 52, die Ringkammer 23 und den Sprengring 58 und die Nut 57 bilden eine nicht end- Durchlaß 33 verbunden. Wesentlich ist, daß der gültige Sperre und zeigen dem Bedienenden an, daß er Durchlaßquerschnitt zwischen den linken Kanten der den Schieberkolben 35 durch die »Senken«-Stellung radialen Bohrungen 52 und der rechten Kante der hindurchbewegt hat. Die Bewegung der abgeschrägten Ringkammer 23 sehr eng ist. Dieser verengte DurchSchulter 59 nach links über den Sprengring 58 hinaus 35 laßquerschnitt erzeugt einen Rückdruck in der axialen löst die Sperre und gestattet eine Verschiebung der Bohrung 45, der das Druckmittel in beide Seiten des Hülse 61 in die in Fig. 5 angegebene Stellung. Dabei Motors 67 treibt.

rastet der Sprengring 58 in die V-förmige Kerbe 68 Um die sich ausdehnende Kammer des Motors 67

ein. Die Stellung der Hülse 61 relativ zum Schieber- mit Druckmittel gefüllt zu halten, ist ein bestimmter, kolben 35 ist die gleiche wie die in Fig. 1. Der Be- 40 von den Eigenarten der besonderen Anordnung abdienende kann nun den Kolben freigeben, und die hängiger Grad der Drosselung erforderlich. Die Größe durch den Sprengring 58 und die V-förmige Kerbe 68 des Durchlaßquerschnitts, der diese Drosselung hergebildete, zeitweilig wirksame Sperre wird ihn in der vorruft, errechnet sich somit aus den Eigenarten der Stellung nach Fig. 5 festhalten. . jeweiligen Anordnung. In manchen Fällen kann es zur

In der »Schweben«-Stellung sind die beiden Motor- 45 Erzielung der angestrebten Wirkung notwendig sein, kanäle 14 und 15 durch die Ringkammer 19, die KoI- die Strömung nicht nur mehr oder weniger zu drosseln, benausnehmung 36, die radialen Bohrungen 51, die sondern überhaupt zu unterbinden, d. h. statt des veraxiale Bohrung 45, die radialen Bohrungen 53, die engten Durchlaßquerschnitts einen gänzlichen Ver-Kolbenausnehmung 38 und die Ringkammer 26 mit- schluß vorzusehen. Der Ausdruck »verengt« soll demeinander verbunden. Diese Verbindung ist über die 50 gemäß auch die Bedeutung von »teilweise versperrt« radialen Bohrungen 51, die Kolbenausnehmung 36, die und »geschlossen« decken.

erweiterte Bohrung 31 und den Durchlaß 32 auch mit Im Falle einer nicht ausreichenden Pumpenleistung

dem Einlaßkanal 12 verbunden. Eine andere Ver- kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Kabindung wird durch die Kolbenausnehmung 36, die vitation natürlich nicht gänzlich verhindert, sondern Ringkammer 21, den Durchlaß 30, die Ringkammer 25 55 nur verringert werden.

und die Kolbenausnehmung 38 gebildet. Der den Wenn der Bedienende den Schieberkolben freigeben

Durchlaß 32, die Kolbenausnehmung 37, die Ring- sollte, während er in der »Schweben«-Stellung unter kammer 23 und den Durchlaß 33 enthaltende, un- Belastung ist, wird ihn die Feder 63 in die »Schweben«- belastete Weg zwischen Einlaßkanal 12 und Aus- Stellung zurückbringen. Der Schieberkolben kann laßkanal 13 ist nicht gedrosselt. Deshalb kann sich der 60 dann auf die oben beschriebene Weise in die »neutrale« Motor 67 in dieser Stellung unter dem Einfluß äußerer Stellung zurückgebracht werden. Kraft über lange Zeiträume frei hin und her bewegen,

und die Pumpe ist vollständig entlastet.

Um den Schieberkolben 35 in seine »neutrale«
Stellung zurückzustellen, muß ihn der Bedienende nach rechts ziehen. Dabei drückt er die Feder 63 zusammen und bringt durch den Anschlag 66, den verschiebbaren Anschlagring 62 und die Hülse 64 den
Kolben in starren Kontakt mit der Hülse 61. Eine
zusätzliche Kraft verursacht, daß der Ring 58 aus der

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerschieber, dessen Schieberkolben in einer ersten Stellung die beiden Motorkanäle voneinander und von dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal trennt, in einer zweiten und in einer dritten Stellung den Einlaßkanal von dem Auslaßkanal
trennt und den Einlaßkanal mit dem ersten bzw.

dem zweiten Motorkanal verbindet, während er den Auslaßkanal mit dem zweiten bzw. mit dem ersten Motorkanal verbindet und in einer vierten Stellung die beiden Motorkanäle mit dem Einlaßkanal und diese drei Kanäle mit dem Auslaßkanal 5 verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine fünfte Stellung vorgesehen ist, in welcher der Schieberkolben (35) die beiden Motorkanäle (14, 15) mit dem Einlaßkanal (12) verbindet und eine verengte Verbindung (23, 52) zwischen diesen drei Kanälen (12, 14, 15) und dem Auslaßkanal (13) herstellt.

2. Steuerschieber gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die fünfte Stellung des Schieberkolbens (35) auf entgegengesetzten Seiten der ersten Stellung liegen und daß sich die vierte Stellung zwischen der ersten Stellung und der fünften Stellung und die dritte Stellung zwischen der ersten Stellung und der vierten Stellung befinden.

3. Steuerschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stellung der Einlaßkanal (12) und der Auslaßkanal (13) miteinander verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 619 596;
französische Patentschrift Nr. 1 049 139;
britische Patentschrift Nr. 754 868;
USA.-Patentschriften Nr. 2 608 824, 2 610 022,
617 257, 2651324.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 577/221 4.61