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Druckmittelbetätigter Steuerschieber Die Erfindung betrifft einen
druckmittelbetätigten Steuerschieber mit einem durch eine Feder belasteten, vom
Druck gegen die Kraft dieser Feder bewegten Schleberkolben, welcher die Druckmittelzufuhr
zu einem zweiten Schiebe.rkolben steuert, welcher mit einer Steuerkante den Abfiuß
des Druckmittels in den Ablauf steuert.
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Der erfindungsgemäße Steuerschieber ist insbesondere zu einer von
einem Steuerdruck abhängigen Betätigung eines Umführungsventils im Kühlsystem einer
flüssigkeitsgekühlten Diesellokomotive bestimmt. Da sich der von einer direkt vom
Motor angetriebenen volumetrischen Pumpe gelieferte Steuerdruck in weiten Grenzen
ändert, muß der erfindungsgemäße Steuerschieber nicht nur bei einem im voraus bestimmten
Druck die von ihm gesteuerte Leitung öffnen und bei einem anderen, niedrigeren Druck
schließen, sondern er muß auch während seiner Öffnungszeit den Steuerdruck in der
freigegebenen Rohrleitung auf einen gegebenen Wert begrenzen, um eine Beschädigung
des Umführungsventils durch Überdruck zu verhindern.
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Bekannte Ausführungen von druckmittelbetätigten Ventilen oder Steuerschiebern
sind für diesen Zweck nicht geeignet. Diese bewirken nur eine völlige Öffnung oder
völlige Schließung der Leitung zu der gesteuerten Vorrichtung. Andererseits sind
überdruckventile bekannt, welche nur das Überschreiten eines bestimmten Druckes
verhindern, jedoch keine weitere Funktion ausüben.
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Der erfindungsgemäße Steuerschieber ist dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Schieberkolben in bekannter Weise ebenfalls durch die Kraft einer Feder
belastet ist, welche dem Druck auf eine der Feder entgegengesetzten Stirnfläche
dieses Schieberkolbens entgegenwirkt, und der der Stirnfläche zugehörige Druckraum
gleichzeitig mit Öffnungen für den Durchfluß des Druckmittels zur gesteuerten Vorrichtung
versehen ist, derart, daß bei geöffnetem Durchfluß zur gesteuerten Vorrichtung der
zweite Schieberkolben gleichzeitig durch Steuerung des Abflusses in den Ablauf den
der gesteuerten Vorrichtung zugeführten Druck unter einem eingestellten Wert hält.
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Die Erfindung, von der verschiedene Ausführungsformen möglich sind,
wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung des erfindungsgemäßen Steuerschiebers
im Kühlkreislauf einer Diesellokomotive, Fig. 2 bis 5 den erfindungsgemäßen Steuerschieber
in verschiedenen Stellungen. In Fig. 1 ist ein Motor 1 mit einem Kühler 2 durch
eine Kühlwasser führende Rohrleitung 3 verbunden, in welcher eine Umwälzpumpe 4
angeordnet ist. Eine Umführungsleitung 5, welche durch ein Umführungsventil6 geöffnet
und geschlossen wird, gestattet eine Umführung des Kühlwassers um den Kühler, wenn
dieses kalt ist und eine Kühlung nicht erwünscht ist. Zum Zwecke der Steuerung der
Kühlung ist ein Steuerkreislauf vorgesehen, welcher durch eine mit dem Motor 1 verbundene
hydrostatische Pumpe 7 gespeist wird. Die Pumpe 7 übernimmt Öl aus einem Behälter
8 durch eine Rohrleitung 10 und drückt dieses mit einem von der Drehzahl des Motors
1 abhängigen Druck in eine Druckleitung 11, welche zu einem hydrostatischen Motor
12 führt, der einen Ventilator 13, welcher Kühlluft für den Kühler 2 liefert, antreibt.
Nach verrichteter Arbeit gelangt das Öl durch eine Rückströmleitung 14 in den Behälter
8 zurück. In der Kühlwasserleitung 3 ist zwischen dem Motor 1 und dem Kühler 2 ein
thermostatisches Ventil 15 angeordnet, welches in Abhängigkeit von der Temperatur
des Kühlwassers in bekannter Weise eine Verbindung zwischen den Rohrleitungen 11
und 14 öffnet oder drosselt und auf diese Weise den dem hydrostatischen Motor 12
zugeführten Druck steuert, wodurch die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von der
Kühlwassertemperatur verändert wird. Zu diesem Zweck ist das thernnostatische Ventil
15 mittels einer Rohrleitung 16 an die Rohrleitung 11 und mittels einer Rohrleitung
17 an die Rohrleitung 14 angeschlossen. Der erfindungsgemäße Steuerschieher
18,
welcher das Umführungsventil 6 ebenfalls in Abhängigkeit vom in der Rohrleitung
11 herrschend ten Druck betätigt, ist mittels Rohrleitungen 20, 21 an die Rohrleitungen
11, 14 angeschlossen und ist durch eine Rohrleitung 22 mit dem Umführungsventil
6 verbunden.
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Bei dieser Anordnung soll das Umführungsventil beispielsweise schließen,
wenn der Druck im Steuerkreislauf ungefähr 12 at beträgt, und wieder öffnen, wenn
der Druck im Steuerkreislauf auf ungefähr 2 at sinkt. Der Druck im Steuerkreislauf
kann auf einen hohen Wert ansteigen, z. B. 100 at. Der erfindungsgemäße Steuerschieber
18 begrenzt jedoch den dem Umführungsventil durch die Rohrleitung 22 zugeführten
Druck auf ungefähr 5 at.
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Der erfindungsgemäße Steuerschieber (Fig. 2) enthält einen Zylinder
30, in welchem ein Schieberkolben 31 und eine Büchse 32 verschiebbar sind. Kanäle
verbinden bestimmte Öffnungen mit einer Austrittsöffnung 33 und einer Eintrittsöffnung
34, welche in einer aufgeschrumpften Büchse 35, die den Zylinder 30 umschließt,
ausgebildet sind. Die Eintrittsöffnung 34 ist mit dem Steuerkreislauf durch die
Rohrleitung 20 verbunden, und die Austrittsöffnung 33 ist an die zum Umführungsventil6
führende Rohrleitung 22 angeschlossen.
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Die beiden Enden des Zylinders 30 sind mit Abschlußteilen 36, 37 versehen,
von denen der eine, 37, mit einem Ablauf 38 versehen ist, an welchen sich die Ablaufleitung
21 anschließt. Der Einfachheit halber wird der Steuerschieber unter der Annahme
beschrieben, daß er mit seiner Längsachse vertikal angeordnet ist, mit dem letztgenannten
Abschlußteil37 nach unten.
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Der Schieberkolben 31 hat zwei bundförmige Enden 39, 40 mit
entsprechenden Stirnflächen größeren Durchmessers, welche im Zylinder dichtend geführt
sind, und einen Mittelteil 41 kleineren Durchmessers.
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Die Büchse 32 ist mit geringem Spiel dichtend auf dem Mittelteil 41
und im Zylinder 30 geführt. Sie hat am unteren Ende einen Vorsprung 42 kleineren
Durchmessers, welcher das untere bundförmige Ende 40 des Schieberkolbens 31 berührt,
wenn sich die Büchse 32 bezüglich des Schieberkolbens 31 in ihrer unteren Endlage
befindet. Der Vorsprung 42 sichert jederzeit einen Zwischenraum 43 zwischen der
äußeren Gleitfläche der Büchse 32 und der Gleitfläche des unteren. bundförmigen
Endes 40. Der Zwischenraum 43 ist in dauernder Verbindung mit der Eintrittsöffnung
34. Die Büchse 32 wird in ihre untere Endlage durch eine Druckfeder 44 gedrückt,
deren oberes Ende sich gegen das obere bundförmige Ende 39 des Schieberkolbens 31
stützt. Die Feder 44 ist vorgespannt, wodurch die Büchse 32 in ihrer unteren Endlage
mit einer Kraft gehalten wird, welche einem Druck von ungefähr 8 at entspricht,
der im Zwischenraum 43 wirken muß, um die Büchse 32 gegenüber dem Schieberkolben
31 zu verschieben.
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Zwischen dem unteren Abschlußteil37 und dem unteren bundförmigen Ende
40 befindet sich eine Druckfeder 45, welche eine aufwärts gerichtete Kraft
auf den Schieberkolben 31 ausübt und diesen in einer Lage zu halten sucht, in welcher
ein auf dem Schieberkolben angeordneter Vorsprung 46 sich gegen den oberen Abschlußteil
36 stützt. Der- Vorsprung 46 gewährleistet jederzeit einen Zylinderendraum 47 zwischen
der Stirnfläche des Endes 39 des Schieberkolbens 31 und dem oberen Abschlußteil
36 des Zylinders 30.
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Der Schieberkolben 31 ist mit einer Längsbohrung 48 versehen, deren
oberes Ende sich in den oberen Zylinderraum 47 öffnet und die unten in eine Öffnung
50 mündet, welche durch die Büchse 32 geschlossen ist, wenn sich diese in
ihrer unteren Endlage befindet.
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Im Zylinder 30 sind unterhalb der höchsten Stellung der Oberkante
der oberen Stirnfläche des Endes 39 Öffnungen 51, 52 angeordnet, wobei die Öffnung
51 mittels eines Kanals 53 mit der Eintrittsöffnung 34 und die Öffnung 52 mit der
Austrittsöffnung 33 verbunden ist. Unter den Öffnungen 51 und 52 befinden sich zwei
Öffnungen 54, 55. Die Öffnung 55 steht ebenfalls mit der Austrittsöffnung
33 in Verbindung. Die Öffnung 54 führt in einen Kanal 56. Wenn sich der Schieberkolben
3I. in oder in der Nähe seiner oberen Endstellung befindet, wirkt die Öffnung 55
mit einer Nut 57 in dessen oberem bundförmigem Ende 39 zusammen, die mit dem Zylinderraum
47 durch eine Drosselöffnung 58 verbunden ist.
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Die Büchse 32 ist mit einer Nut 60 versehen, welche mit Öffnungen
61 und 62 im Zylinder 30 zusammenwirkt, wenn sich die Büchse zusammen mit dem Schieberkolben
31 in der oberen Endstellung befindet, und welche in der unteren Endlage der Büchse
32 mit Öffnungen 63 und 64 zusammenwirkt, die im Zylinder 30 etwas tiefer
angeordnet sind als die öffnungen 61 und 62. Die öünungen 54, 61 und 63 sind untereinander
durch den Kanal 56 verbunden.
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Im Zylinder 30 ist in geringem Abstand unterhalb der höchsten Stellung
der Oberkante des unteren bundförmigen Endes 40 eine Öffnung 65 angeordnet. Eine
Öffnung 66 befindet sich in der Zylinderwand zwischen der Büchse 32 und der Stirnfläche
des Endes 39 und eine Öffnung 67 unterhalb der Stirnfläche des Endes 40. Die Öffnungen
62, 64, 65, 66 und 67 sind untereinander durch einen Kanal 68 verbunden, welcher
sie gleichzeitig mit dem Ablauf 38 und mit der Rohrleitung 21 verbindet.
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Das Umführungsventil 6 hat einen Antriebszylinder 70, in welchem ein
durch eine Feder 71 belasteter Kolben 72 verschiebbar ist. Der Kolben 72 ist durch
eine Kolbenstange 73 mit einem Schieber 74 verbunden. In den zu der Rohrleitung
3 führenden Anschlüssen 75, 76 sind mit dem Schieber zusammenwirkende Abschlußteile
77, 78 vorgesehen.
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Während des Betriebes, wenn sich die Büchse 32 in ihrer unteren Endlage
auf dem Schieberkolben 31 befindet und der Schieberkolben 31 in seiner oberen Endlage
steht, kann ein Druck bis zu 8 at durch die Eintrittsöffnung 34 zugeführt werden,
ohne daß sich einer der Steuerteile bewegt. In diesem Zustand wird die Büchse 32
durch die Feder 44 gegen das untere Ende 40 des Schieberkolbens 31 gedrückt, und
der Schieberkolben 31 wird durch die Feder 45 nach oben gedrückt, wobei der Vorsprung
46 am oberen bundförmigen Ende 39 sich gegen den oberen Abschlußteil 36 stützt.
Der Schieberkolben 31 ist in dieser Stellung im Gleichgewicht, da der Steuerdruck
auf ihn nach oben und nach unten mit gleichen wirksamen Flächen wirkt. Andererseits
wirkt der zugeführte Steuerdruck auf die Büchse 32 gegen die Vorspannkraft der Feder
44. Wenn der Steuerdruck die Höhe von 8 at erreicht, wird die Vorspannung der Feder
44 überwunden, und die Büchse 32 beginnt sich mit steigendem Druck auf dem Kolbenmittelteil
41 zu verschieben. Wenn ein
Druck von 12 at erreicht ist, ist die
Büchse 32 genügend gehoben, um die Öffnung 50 im Schieberkolben 31 freizugeben (Fig.
3). Das erlaubt dem Steuerdruck, durch die Längsbohrung 48 im Mittelteil 41 des
Schieberkolbens 31 durchzudringen und in den Zylinderendraum 47 einzutreten. Der
Schieberkolben 31 ist nun nicht mehr im Druckgleichgewicht, da der Steuerdruck auf
die ganze Fläche des oberen Endes 39 wirkt. Das in den oberen Zylinderendraum 47
eintretende Druckmittel drückt den Schieberkolben 31 zusammen mit der Büchse 32
nach unten (Fig. 4). Falls jedoch im Steuerdruckmittel nur kurze.Druckstöße, welche
1.2 at überschreiten, auftreten, wobei der Mittelwert des Steuerdruckes sich unter
diesem Druck befindet, wird eine Abwärtsbewegung des Schieberkolbens 31 durch eine
geringe Abströmung des Druckmittels aus dem oberen Zyl'inderendraum durch die Drossellöffnung
58, die Öffnung 54, den Kanal 56 und die Öffnungen 63, 64 in die Rohrleitung 21
verhindert.
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Kurz nachdem der Schieberkolben 31 seine Abwärtsbewegung beginnt,
gelangt die Drosselöffnung 58 aus dem Bereich der Öffnung 54, so daß keine weitere
Ausströmung aus dem Zylinderendraum 47 erfolgt. Darauf entsteht eine Verbindung
zwischen den Öffnungen 51 und 52, so daß das Druckmittel von der Eintrittsöffnung
34 in der äußeren Büchse 35 durch die Öffnung 51 in den Zylinderraum 47 und von
dort durch Öffnungen 52, 33 zum Zylinder 70 des Umführungsventils 6 gelangen kann
und dieses schließt. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Schieberkolbens 31 gibt
die Oberkante seines unteren bundförmigen Endes 40 die Öffnung 65 frei (Fig. 4),
wodurch der wirksame Steuerdruck sinkt und die Feder 44 die Büchse 32 auf dem Schieberkolben
31 in ihre untere Endstellung verschieben kann. Der Schieberkolben 31 und die Büchse
32 bewegen sich nun als ein Stück, wobei die Lage des Schieberkolbens 31 durch den
im Zylinderendraum 47 wirkenden Druck bestimmt wird, welchem die Feder 45 entgegenwirkt.
Da der obere Zylinderendraum 47 in Verbindung mit dem Zwischenraum 43 steht, bestimmt
die Oberkante des unteren Kolbenendes 40 im Zusammenwirken mit der Öffnung 65 den
Druck im oberen Zylinderendraum 47. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß, wenn
der Steuerdruck eine im voraus bestimmte Höhe, z. B. 5 at, übersteigt, der Schieberkolben
31 nach unten bewegt wird und einen größeren Querschnitt der Öffnung 65 freigibt
und auf diese Weise den Druck im Endraum 47 auf dem vorgegebenen Wert hält. Demzufolge
kann im Betätigungszylinder 70 des Umführungsventils 6 kein bedeutend höherer Druck
als 5 at wirken.
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Fällt nun der Steuerdruck auf ungefähr 2 at zurück, steigt der Schieberkolben
31 unter dem Einfluß der Feder 45, schließt durch die Oberkante seines oberen Endes
39 die Öffnungen 51 und 52 des Zylinders 30 und sperrt auf diese Weise die Verbindung
aus der Steuerdruckleitung zum Umführungsventil. Gleichzeitig stellt die Nut 57
im oberen Kolbenteil 39 eine Verbindung zwischen den Öffnungen 55 und 54 her, so
daß die Flüssigkeit aus dem Betätigungszylinder 70 des Umführungsventils 6 in die
Ablaufleitung 21 austreten kann. Dadurch gelangt das Umführungsventil 6 in die in
Fig. 2 dargestellte Lage und öffnet die Umführungsleitung 5. Der Steuerdruck muß
wieder auf 12 at steigen, bevor das Umführungsventil6 wieder geschlossen wird. Eine
Drosselstelle 80 ist zwischen dem Steuerkreislauf und der Eintrittsöffnung 34 angeordnet,
um die Strömung vom Steuerkreislauf durch den Steuerschieber zu beschränken.
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Um von dem Beschriebenen abweichende Öffnungs-und Schließverhältnisse
zustande zu bringen, ist es nötig, die Kennlinie der Federn und die Anordnung der
Öffnungen entsprechend zu ändern.