DE1110013B - Druckmittelsteuerung fuer den Druckmittelzu- und -abfluss zu einem hydraulischen Servo-Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittel-Steuerung für den Druckmittelzu- und -abfluß zu einem hydraulischen Servo-Motor, die mindestens ein Ventil aufweist, dessen Ventilglied ein in einer Ventilbohrung zwischen zwei koaxialen Ventilsitzen beweglicher, an seinen Stirnflächen zu diesen hin verjüngter Rotationskörper ist, der wechselweise von dem ständig wirkenden Druck des Druckmittels der an der einen Sitzfläche einmündenden Druckmittelzuleitung auf die andere Sitzfläche gedrängt wird, an der er die hier mündende Druckmittelableitung verschließt und wobei er den Druckmittelzufluß zu einer zum Arbeitszylinder führenden, zwischen den Ventilsitzen in die Bohrung einmündenden Leitung freigibt, und der unter elektromagnetischer Schiebersteuerung des Druckmittelzuflusses zu einem in der Ventilbohrung verschiebbar gelagerten Kolben auf die gegenüberliegende Sitzfläche gedrückt wird, an der er die hier mündende Druckmittelzuleitung schließt und wobei er den Druckmittelabfluß vom Arbeitszylinder freigibt.

Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Ausbildung eines Dreiwegeventils in sehr vielen Fällen unzureichend ist, weil das Ventilglied, meist eine Kugel, dabei notwendigerweise, infolge der viskosen Reibung der Druckmittelströmung, nach den Seiten hin, an denen sich die zum Arbeitszylinder führende Druckmittelleitung über einen zwischen den beiden Ventilsitzen liegenden Ringkanal anschließt, verdrängt werden kann. Die Ventilkugel kann infolgedessen seitlich in diesem Ringkanal hängenbleiben oder in ihrer Bewegung verzögert werden, so daß entweder die Druckmittelzuleitung oder die -ableitung geöffnet bleibt. Diese Mißstände ergeben sich um so mehr, wenn eine Einbaulage gewählt wird, bei der die Ventilkugel sich nicht lotrecht zwischen den Ventilsitzen bewegt, sondern sich ihre Bewegung in waagerechter Richtung vollzieht. In besonders hohem Maße treten diese Mißstände bei geringen Druckmitteldrücken und/oder geringen Durchflußmengen und/oder hoher Schalthäufigkeit auf.

Bei der Beseitigung der genannten Mißstände ergeben sich bei einer Druckmittelsteuerung der eingangs genannten Art insgesamt die folgenden Aufgaben, die nach der Erfindung gelöst werden:

a) Schnelle und genaue Umschaltung auch bei geringen Durchflußmengen bzw. geringen Durchflußmengen pro Zeiteinheit;

b) Unabhängigkeit vom vorgegebenen Druck in der Druckmittelzuflußleitung und Verwendbarkeit auch für geringe solche Drücke;

c) hohe Schalthäufigkeit bei großer Lebensdauer;

Druckmittelsteuerung

für den Druckmittelzu- und -abfluß

zu einem hydraulischen Servo-Motor

Anmelder:
Franz Schmidt,
ίο Schmitten (Taunus), Im Gelände

Franz Schmidt, Schmitten (Taunus),
ist als Erfinder genannt worden

d) Unabhängigkeit von der Viskosität des jeweils verwendeten Druckmittels;

e) Unabhängigkeit von der Lage des Einbaues, sei es des Ventils im ganzen, sei es der angeschlossenen Leitungen und insbesondere des Druckmittelabflusses;

f) Unempfindlichkeit gegen den inneren Druck, der vom Druckmittel ausgeübt wird;
g) Unabhängigkeit von Druckeinwirkungen, die z. B. durch Stau an der zum Servo-Motor führenden Leitung oder an der Abflußleitung auftreten können.

Zur Lösung dieser Aufgaben sieht die Erfindung vor, daß zwischen den Ventilsitzen in der Ventilbohrung ein das Ventilglied axial verschiebbar führendes und ringförmig umgebendes Führungsstück angebracht ist, das zwischen sich und den Ventilsitzen um das Ventilglied herum Ringkanäle frei läßt und das im Bereich dieser Ringkanäle mit Öffnungen versehen ist, die in die zum Arbeitszylinder führende Leitung münden.

Infolge der umlaufenden Rippe des Führungsstückes greift der Druckmitteldruck während der ganzen Hubbewegung des Ventilgliedes praktisch lediglich auf der der Zuströmseite des Druckmittels zugewandten Stirnfläche des Ventiigliedes an. Das Ventilglied hat gegen die Führungsrippe ein gewisses seitliches Spiel, um die Kugelbewegung, die Schaltschnelligkeit und die Schalthäufigkeit nicht durch Reibung zu beeinträchtigen. Die durch den durch das Spiel bedingten Spalt zwischen Ventilkugel und Führungsrippe während einer Ventilkugelbewegung seitlich an der Ventilkugel hindurchströmende Druckmittelmenge ist jedoch so gering, daß sie die Kugel

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von der Seite her nicht beeinflussen, d. h. gegenüber der Achsrichtung der beiden Ventilsitze wesentlich verlagern kann. Dies gilt sowohl für das ständig unter Druck stehende Druckmittel der Zuleitung als auch für das in der Leitung zum Arbeitszylinder strömende Druckmittel. Im letzteren Fall ist die der Druckmittelzuleitung abgewandte und beaufschlagte Stirnfläche des Ventilgliedes wesentlich größer als der zu vernachlässigende Bereich des oberhalb der Rippe des Führungsstückes gelegenen, zwischen dem Führungsstück und der Wandung des Ventilgehäuses gebildeten Ringkanals. Auf diese Weise kann das Ventilglied auch bei nur kurzzeitiger Beaufschlagung mit nur sehr geringen Durchflußmengen mit Sicherheit im wesentlichen axial zum gegenüberliegenden Ventilsitz hingeführt und auf diesen aufgedrückt werden. Es kann nie der Fall eintreten, daß das Ventilglied eine Lage einnimmt und in einer Lage hängenbleibt, in der die Öffnungen an beiden Ventilsitzen geöffnet sind, wie dies bei einer Druckmittelsteuerung der eingangs genannten Art ohne weiteres möglich ist, wobei dann der Arbeitskolben des Servo-Motors in seiner Lage stehenbleiben würde.

Trotz der axialen Führung des Ventilgliedes durch die Rippe des Führungsstückes gewährleisten die von ihm frei gelassenen Ringkanäle zwischen der Rippe und dem einen bzw. dem anderen Sitz, daß das von der Druckmittelzuflußleitung herkommende Druckmittel nahezu drosselfrei zum Arbeitszylinder gelangt bzw. umgekehrt das von diesem abströmende Druckmittel drosselfrei in die Druckmittelableitung gelangt.

Die Unabhängigkeit der Steuerung des Ventilgliedes vom Druckmitteldruck und der Druckflußmenge macht es möglich, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ventil auch mit Druckmitteln geringer Viskosität zu betreiben, also z. B. mit in vielen Fällen billiger zur Verfügung stehenden Gasen bzw. Druckluft statt mit Drucköl.

Es ist ferner möglich, statt mit einer Kugel als Ventilglied einen in axialer Richtung der beiden Ventilsitze länglichen Rotationskörper zu verwenden, der es gestattet, auch mit sehr großen Durchflußmengen in der Zeiteinheit zu arbeiten, weil ein größerer Hub bei der Bewegung des Ventilgliedes ermöglicht wird.

Bei einer bekannten Druckmittelsteuerung der eingangs genannten Art sind zwei Dreiwegeventile derart in einem Gehäuse zusammengefaßt, daß sie zusammen ein Vierwegeventil bilden und in Abhängigkeit voneinander den Druckmittelzufluß eines Arbeitszylinders einerseits und den Druckmittelabfluß des gleichen Zylinders andererseits steuern. Unter den bereits genannten Verhältnissen, nämlich insbesondere bei sehr großen Schalthäufigkeiten und auch bei geringem Druckmitteldruck und/oder geringen Durchflußmengen ergeben sich bei dieser bekannten Druckmittelsteuerung jedoch Schwierigkeiten, da sich die beiden Ventilglieder, die axial hintereinander geschaltet und von einem Doppelkolben gesteuert sind, gegenseitig beeinflussen. Dieser gemeinsame Kolben bedingt bei der bekannten Druckmittelsteuerung die zusätzliche Verwendung einer an dem nicht ständig vom Druckmittelzufluß beaufschlagten Ventilglied angreifenden Feder, die dem ihr zugeordneten Kolben entgegenwirkt. Diese gegenseitige Beeinflussung der Ventilglieder und der Nachteil, daß bei den bekannten Steuereinrichtungen die Ventilglieder von ihrer Bewegungsbahn seitlich abgedrängt werden können, machen ein auf Bruchteile von Sekunden genaues Schalten unmöglich. Zur Vermeidung dieser Nachteile ergibt sich in Verbindung mit den eingangs genannten Zielen der Erfindung die Aufgabe, eine Anzahl von einzelnen Steuereinrichtungen so zusammenzufassen, daß eine gegenseitige Beeinflussung der zusammengebauten Ventile nicht auftritt und daß ein möglichst einfacher Zusammenbau mehrerer Steuereinheiten unter Einsparung von Zu- und Abflußkanälen ermöglicht wird.

Diese Anwendung der erfindungsgemäßen Druckmittelsteuerung auf mehrere einander zugeordnete Steuervorgänge begegnet besonderen Schwierigkeiten, wenn, wie es häufig der Fall ist, diese Vorgänge in sehr kurzen zeitlichen Abständen, z. B. an Teilstrecken ein und desselben zu verschiebenden Arbeitskolbens aufeinanderfolgen.

Die Erfindung behebt auch diese Schwierigkeiten dadurch, daß bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mehrere Ventile in Form einer Batterie in der Weise zusammengebaut werden, daß jedes Ventil mit einer gesonderten Druckmittelleitung, von denen jede zu einer besonderen Arbeitsstelle führt, verbunden ist und unabhängig von den anderen Ventilen mittels je eines frei fliegenden Kolbens gesteuert wird, während die Druckmittelzuleitung und Druckmittelableitung jedes Ventils für alle Ventile jeweils miteinander fluchtend und nur an einem gemeinsamen Druckmittelzufluß bzw. einem gemeinsamen Druckmittelabfluß angeschlossen sind. Infolge der erfindungsgemäßen Ventilführung sind bei einer solchen zusammengebauten Druckmittelsteuerung keine Rückwirkungen von einem Ventil auf benachbarte Ventile zu befürchten, die die Verwendung von gemeinsamen Druckmittelzu- und -ableitungen für alle Ventile verbieten würden. Gerade bei Verwendung von zu einer Batterie zusammengefaßten Steuereinheiten mit mehreren je ein Ventil enthaltenden Druckmittelsteuerungen ist es besonders wichtig, daß die Batterie wegen ihres Platzbedarfs in beliebiger Lage an der zu steuernden Maschine an- bzw. in diese eingebaut werden kann, d. h., daß die einzelnen Ventilglieder von der Lage unabhängig sind. Dies ist bei den Ventilen der erfindungsgemäßen Druckmittelsteuerung der Fall.

Auch die Steuerung einer Vielzahl von gleichzeitig ablaufenden Arbeitsfunktionen einer Maschine ist mit einer Batterie von erfindungsgemäßen Ventilen besonders gut möglich, da jedes Einzelventil infolge der genauen axialen Führung des Ventilkörpers eine besonders kurze Ansprechzeit besitzt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen durch die Ventilebene gelegten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Druckmittelsteuerung und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch zwei zu einer Batterie zusammengefaßte Ventile in einer zur Schnittebene der Fig. 1 senkrechten Ebene.

In einem flüssigkeitsdichten Gehäuse 1 ist eine Flüssigkeitszuleitung 2 angeordnet, in die eine senkrecht zu ihr verlaufende Bohrung 2' mündet. Diese Bohrung 2' nimmt die eigentlichen Ventilteile auf. Diese bestehen aus einer als Ventilkörper dienenden Kugel 3 und einem Kolben 8. In die Bohrung 2' eingesetzte Ringe 4, 4' bilden die Ventilsitze für das Ventilglied 3. Die Sitzringe 4, 4' werden durch ein Führungsstück 5 im Abstand voneinander gehalten, das ringförmig ausgebildet ist und eine nach innen

ragende Rippe 5' aufweist, die das Ventilglied 3 ringförmig umgibt und in dessen Mittelstellung an dessen größerem Durchmesser dessen axiale Führung bildet. Das heißt: Die Rippe 5' bildet eine Führung für das Ventilglied derart, daß dieses sich in axialer Richtung zwischen den Sitzringen 4, 4' bzw. seinen Ventilsitzen bewegen und seitlich nur so weit ausweichen kann, wie es das Spiel zwischen Rippe und Kugel und die Eigenschaften sowie der Zustand des durch den Spalt zwischen Rippe und Kugel während eines Schaltvorganges hindurchtretenden Druckmittels gestatten.

Das Führungsstücks weist ferner Öffnungen5" auf, die in eine Flüssigkeitsleitung 6 münden, an die ein zu steuernder Arbeitszylinder angeschlossen ist. Unterhalb der das Ventilglied umschließenden Teile 4, 4' und 5 ist in der Gehäusebohrung 2' eine Führungsbüchse 7 für einen Kolben 8 angeordnet. Dieser frei fliegend gelagerte Kolben 8 ist nach seinem oberen Ende hin verjüngt ausgebildet und greift mit diesem Ende an dem Ventilglied 3 an. Etwa in Höhe des oberen Drittels des Kolbens 8 ist eine Druckmittelableitung 9, parallel zur Druckmittelzuleitung 2 und die Bohrung 2' durchdringend, durch das Gehäuse geführt. Die Führungsbüchse 7 weist Durchbrechungen T und eine ringförmige Ausnehmung 7" auf, die in die Druckmittelableitung 9 münden.

Befindet sich das Ventilglied 3 in einer angehobenen Stellung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, so ist der Druckmittelzufluß von der Zuleitung 2 zu der zum Arbeitszylinder führenden Druckmittelleitung 6 gesperrt, dagegen ist die Druckmittelableitung aus dem Arbeitszylinder über den Ventilsitz des Sitzringes 4 in die Druckmittelableitung 9 geöffnet. Der Kolben 8 ist so gestaltet, daß er dieser Druckmittelströmung aus dem Arbeitszylinder in die Druckmittelableitung 9 möglichst wenig Strömungswiderstand entgegensetzt. Schließt das Ventilglied 3 den Ventilsitz des Sitzringes 4, so ist die Druckmittelzuleitung von der Leitung 2 her über den Sitz des Sitzringes 4' zur Leitung 6 zum Arbeitszylinder geöffnet.

Unterhalb des Kolbens 8 und innerhalb der Führungsbüchse 7 befindet sich ein Druckmittelraum 11, in den eine Zuleitung 15 mündet, die in einem unterhalb des Gehäuses 1 an dieses flüssigkeitsdicht angeschlossenen Schiebergehäuse 12 angeordnet ist. Das Schiebergehäuse 12 besitzt eine durchgehende Längsbohrung für einen Steuerschieber 13, der ein Ventilelement 13' führt. Die Leitung 15 ist mit einer Leitung 15' des Schiebergehäuses 12 verbunden, die in eine Bohrung 14 des Ventilgehäuses 1 mündet, die ihrerseits mit der Druckmittelleitung 2 verbunden ist.

Der Schieber 13 ist mit dem Anker 18 eines doppeltwirkenden Elektromagneten 18' fest verbunden und wird von diesem in Achsrichtung nach der einen oder der anderen Seite bewegt. Nach Maßgabe dieser Bewegung schließt oder öffnet das Ventilelement 13' des Schiebers 13 an einem Sitz 12' die Druckmittelabfuhr von der Leitung 15 zu einer Leitung 16 bzw. öffnet oder schließt die Druckmittelzufuhr von der Leitung 15' zur Leitung 15. Damit wird entweder die Druckmittelzufuhr von der Leitung 2 über Leitungen 14, 15' und 15 zum Druckmittelraum 11 des Kolbens 8 oder die Druckmittelableitung von dem Druckmittelraum 11 über Leitung 15 zur Ableitung 16 geöffnet.

Der Angriffsquerschnitt des Kolbens 8 für das Druckmittel ist größer als der Angriffsquerschnitt des Ventilgliedes 3 gewählt. Erhält der Druckmittelraum 11 von der Druckmittelzuleitung 2 her Druck, so wird der Kolben 8 angehoben und bewegt das Ventilglied 3 in die in Fig. 1 dargestellte Lage und öffnet damit den Druckmittelabfluß vom Arbeitszylinder über Leitung 6 in die Druckmittelableitung 9. Wird der Ventilsitz bei 12' geöffnet, so wird die Druckübertragung von Leitung 15' auf Leitung 15 gesperrt und der Druckmittelraum 11 an die Druckmittelableitung 16

ίο angeschlossen. Dadurch wird das Ventilglied 3 von dem Druck des Druckmittels in der Zuleitung 2 von dem Sitzring 4' weg gegen den Sitzring 4 gedrückt und die Druckmittelzuleitung zum Arbeitszylinder von der Zuleitung 2 über Leitung 2 freigegeben.

Um rückwirkende Druckstauungen in der Abflußleitung 9 zu unterbinden, ist es zweckmäßig, die

'- Spitze des Kolbens nicht mit dem Ventilglied 3 fest zu verbinden, sondern lediglich diese berühren zu lassen. Bei gelegentlichen Druckstauungen weicht der

ao Kolben 8 allein nach unten aus, findet jedoch seinen Anschluß an das Ventilglied 3 bei seinem nächsten Hub wieder.

Die Flüssigkeitszuleitung 2 und die Flüssigkeitsableitung 9 sind quer durch das Gehäuse 1 und die Druckmittelableitung 16 ist quer durch das Schiebergehäuse 12 gelegt, so daß mehrere dieser Gehäuse nebeneinandergereiht werden können, wobei die Leitungen 2, 9 und 16 miteinander fluchten. Die aus mehreren Gehäusen bestehende Batterie wird an beiden Enden durch Deckel 20 abgeschlossen, welche auf der einen Seite einen Anschluß für die Ableitungen 9 und 16 und auf der anderen Seite einen Anschluß für die Zuleitung 2 aufweisen. Mit Hilfe von Zentrier- und Dichtungsringen 19 können die Stoßstellen der einzelnen Gehäuse an den Bohrungen der Leitungen 2, 9 und 16 wahlweise überbrückt oder gegebenenfalls auch gesperrt werden. In Fig. 1 sind Bohrungen 10 sichtbar, durch die die einzelnen Gehäuse und die Deckel zusammenhaltende Verschraubungsbolzen hindurchgeführt werden können. Die Bohrungen 10 liegen sich diametral gegenüber, wobei die Ventilteile 4, 4' und 5 mit dem von ihnen umschlossenen Ventilglied 3 möglichst genau in der Mitte zwischen den Bohrungen 10 liegen. Die einzelnen Gehäuse 1 sind mittels Befestigungsschrauben 22 an einer gemeinsamen Montage- oder Grundplatte 21 befestigt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Druckmittelsteuerung für den Druckmittelzu- und -abfluß zu einem hydraulischen Servo-Motor mit mindestens einem Ventil, dessen Ventilglied ein in einer Ventilbohrung zwischen zwei koaxialen Ventilsitzen beweglicher, an seinen Stirnflächen zu diesen hin verjüngter Rotationskörper ist, der wechselweise von dem ständig wirkenden Druck des Druckmittels der an der einen Sitzfläche einmündenden Druckmittelzuleitung auf die andere Sitzfläche gedrängt wird, an der er die hier mündende Druckmittelableitung verschließt und wobei er den Druckmittelzufluß zu einer zum Arbeitszylinder führenden, zwischen den Ventilsitzen in die Bohrung einmündenden Leitung freigibt, und der unter elektromagnetischer Schiebersteuerung des Druckmittelzuflusses zu einem in der Ventilbohrung verschiebbar gelagerten Kolben auf die gegenüberliegende Sitzfläche gedrückt wird, an der er die hier mündende Druckmittelzuleitung schließt

und wobei er den Druckmittelabfluß vom Arbeitszylinder freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ventilsitzen (4) in der Ventilbohrung ein das Ventilglied axial verschiebbar führendes und ringförmig umgebendes Führungsstück (5) angebracht ist, das zwischen sich und den Ventilsitzen um das Ventilglied herum Ringkanäle frei läßt und das im Bereich dieser Ringkanäle mit Öffnungen versehen ist, die in die zum Arbeitszylinder führende Leitung (6) münden.

2. Druckmittelsteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusammenbau der Gehäuse (1) mehrerer Ventile nach Anspruch 1 in Form einer Batterie in der Weise, daß jedes Ventil

zwischen seinen Ventilsitzen (4) mit einer gesonderten Druckmittelleitung (6), von denen jede zu einer besonderen Arbeitsstelle führt, verbunden ist und unabhängig von den anderen Ventilen mittels je eines frei fliegenden Kolbens (8) gesteuert wird, während die Druckmittelzuleitung (2) und Druckmittelableitung (9) jedes Ventils für alle Ventile, jeweils miteinander fluchtend, aneinander und an nur einem gemeinsamen Druckmittelzufluß bzw. einem gemeinsamen Druckmittelabfluß angeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 831058, 763 594.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen