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Druckmittelbetätigter Steuerschieber mit Vorsteuerung Die Erfindung
bezieht sich auf einen druckmittelbetätigten Steuerschieber mit Vorsteuerung, bei
dem innerhalb eines Schiebergehäuses ein Schieberkolben mit zentraler Längsbohrung
angeordnet ist, durch die sich eine vorzugsweise durch einen Elektromagneten verstellbare
Ventilstange von geringerem Durchmesser als die Längsbohrung erstreckt, die zur
Umschaltung von zwei Hilfsventilen dient, mittels derer der Druck in den stirnseitig
an den Schieberkolben angrenzenden Antriebsdruckräumen gesteuert wird, welche an
die Druckmittelzuleitung und an eine Rücklaufleitung anschließbar sind, und bei
dem die Längsbohrung des Schieberkolbens an die Druckmittelzuleitung angeschlossen
ist.
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Bei einem bekannten Steuerschieber der vorgenannten Art sind als Hilfsventile
Zweiwegeventile vorgesehen, von denen verhältnismäßig lange axiale Kanäle zu den
sich stirnseitig an den Schieberkolben anschließenden Antriebsdruckräumen führen,
die zudem noch über Drosselleitungen ständig mit den Rücklaufleitungen in Verbindung
stehen. Sobald dieser Steuerschleber in eine Schaltstellung gebrachi ist, fließt
ständig Druckmittel über eins der Zweiwegeventile in einen Vorsteuerdruckraum und
von dort über eine Drossel zur Rücklaufleitung ab. Bei anderen bekannten Steuerschiebern.
mit als Hilfsventile dienenden Zweiwegeventilen erfolgt der ständige Druckmittelverlust
bei einer mittleren Stellung des Schieberkolbens. Neben diesem zumindest lästigen
ständigen Druckmittelverlust weisen die bekannten Steuerschieber mit als Zweiwegeventil
ausgebildeten Hilfsventilen insbesondere den Nachteil auf, daß bei diesen die Umstellung
des Schieberkolbens verhältnismäßig langsam erfolgt, was teils durch die Verluste
an den Drosselstellen und zum anderen durch die verhältnismäßig großen Räume des
Druckaufbaus und/oder -abbaus bedingt ist.
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An sich ist es zwar bekannt, daß man für eine geringe Ansprechzeit
eines Ventils oder Schiebers die Räume des Druckaufbaus und/oder -abbaus volumenmäßig
gering und entfernungsmäßig möglichst kurz halten muß. Auch ist die Verwendung von
Dreiwegeventilen zur Vermeidung eines ständigen Druckmittelverlustes bei Steuerschiebern
und damit eine Ursache für die Verlangsamung der Umstellung des Schieberkolbens
bekannt. Einzeln sind diese bekannten Maßnahmen bereits bei verschiedenartigsten
Steuerschiebern verwirklicht worden, jedoch sind bei diesen andere Grundforderungen
nicht erfüllt, weshalb diese noch immer verhältnismäßig lange Umstellzeiten aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerschieber der
eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei diesem eine schnelle Umstellung
des Schieberkolbens erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Hilfsventile
an sich bekannte Dreiwegeventile sind, daß in an sich bekannter Weise an den die
Antriebsdruckräume nach außen abgrenzenden Stimwänden je eine unter Belassung
von Ringkanälen die Ventilstange umschließende Hülse befestigt ist, welche Hülsen
sich in die Längsbohrung hinein erstrecken und auf welchen der Schieberkolben mit
Gleitdichtungen verschiebbar ist, daß die Ringkanäle entlang der die Stirnwände
durchsetzenden Ventilstange in sich anschließende Ringkanäle übergehen, die mit
den Rücklaufleitungen in Verbindung stehen, daß von den ineinander übergehenden
Ringkanälen zu den Antriebsdruckräumen führende Kanäle vorgesehen sind und daß auf
der Ventilstange Dichtungen angeordnet sind, welche die ineinander übergehenden
Ringkanäle voneinander trennen und welche entlang der ringkanalseitigen Mündung
der Kanäle verstellbar sind.
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Als besonders charakteristisches Merkmal sind bei der Erfindung die
die zentrale Innenbegrenzung der Antriebsdruckräume bildenden Hülsen anzusehen,
welche die Ausbildung der Hilfsventile als in unmittelbarer Nähe der Antriebsdruckräume
liegende Dreiwegeschieberventile ermöglichen. Hierdurch steht das Steuerdruckmittel
ständig bis in unmittelbarer Nähe der Antriebsdruckräume heran, welches bei einer
Umstellung des Schieberkolbens lediglich noch den kurzen Weg durch die radialen,
in den Hülsen
vorgesehenen Kanäle nehmen muß. In ähnlicher Weise
ragt auch die Rücklaufleitung bis in die unmittelbare Nähe der Antriebsdruckräume,
so daß auch ein Druckabbau über kürzeste Strecken erfolgt.
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Die Umstellung des Schieberkolbens erfolgt infolgedessen beim Erfindungsgegenstand
äußerst schnell. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
näher erläutert; in dieser zeigt F i g. 1 teilweise in einer Seitenansicht
und teilweise als Schnitt einen Steuerschieber gemäß der Erfindung, dessen Schieberkolben
sich in einer ersten Stellung auf der linken Seite befindet, F i g. 2 in
einem Teilschnitt den mittleren Teil des Steuerschiebers nach F i g. 1, wobei
sich der Schieberkolben in einer zweiten Stellung auf der rechten Seite befindet,
und F i g. 3 einen teilweise weggebrochen gezeichneten waagerechten Schnitt
längs der Achse des Schieberkolbens in F i g. 1.
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Der Steuerschieber umfaßt ein insgesamt mit 10
bezeichnetes
Schiebergehäuse, das mittels mehrerer Rundkopfschrauben 12 an einem insgesamt mit
11
bezeichneten Unterteil befestigt ist. Das Schiebergehäuse 10 umschließt
mehrere ringförmige Kammern 13, 14, 15, 16 und 17. Die
Ringkammer 15, welche die Hauptkammer zum Zuführen des Druckmittels bildet,
ist am unteren Ende und auf einer Seite mit einem Einlaßkanal 19 versehen.
Wie bei 18 angedeutet, ist die Kammer 15 auf einer Seite in der Längsrichtung
verbreitert. Der Einlaßkanal 19 führt zu einem Anschluß 21, der mit einer
Quelle für ein Druckmittel, z. B. Luft, verbunden wird. An die Kammer 14 und die
Kammer 16 sind die zu dem zu steuernden Druckmittelmotor führenden Arbeitsleitungen
angeschlossen. Die Kammern 13 und 17
sind Druckmittel-Rücklaufräume,
welche über im Unterteil 11 ausgebildete Kanäle mit der Rücklauföffnung
33 verbunden sind.
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Das Schlebergehäuse 10 umfaßt die einen kleineren Durchmesser
aufweisenden Endabschnitte 36 und 37
mit nach innen vorspringenden
rohrförmigen Verlängerungen 38 und 39, und diese Endabschnitte sind
mit durchgehenden axialen Bohrungen versehen. Die axialen Bohrungen der Endabschnitte
36 und 37
haben am inneren Ende in den rohrförmigen Fortsätzen
38 und 39 bei 40 und 41 einen kleineren Durchmesser. Gemäß F i
g. 1 bis 3 weisen die Kammerwände 42,43,44 und 45 durchgehende axiale
Bohrungen 46, 47, 48 und 49 auf, so daß zwischen den benachbarten Ringkammern
13,14,15,16 und 17
Durchlässe vorhanden sind.
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In den koaxialen Bohrungen 40, 41, 46, 47, 48 und 49 des Schiebergehäuses
10 ist ein Schieberkolben 50
verschiebbar angeordnet, dessen Enden
jeweils die einen größeren Durchmesser aufweisenden ringförmigen Antriebskolben
51 und 52 tragen, die in den Bohrungen 40 und 41 verschiebbar sind.
Die Antriebskolben 51 und 52 sind mit Ringnuten versehen, in denen
je ein Dichtungsring 53 bzw. 54 liegt. Der Schieberkolben
50 trägt ferner in einem Längsabstand voneinander angeordnete ringförmige
Bunde 55 und 56, von denen jeder auf seiner Innenseite bei
57
bzw. 58 mit einer Ringnut versehen ist. In den Ringnuten
57 und 58 liegen Dichtungsringe 59 und 60,
die eine Abdichtung
gegenüber den Bohrungen 46, 47, 48 und 49 bewirken. Zwischen den ringförmigen Bunden
55 und 56 ist ein Längsabstand vorgesehen, und die Bunde bilden mit
den Antriebskolben 51
und 52 Ringnuten 61, 62 und
63.
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Die Enden des Steuerschiebers sind gleichartig ausgebildet, weshalb
im folgenden nur das rechte Ende beschrieben wird, wobei die einzelnen Teile mit
Bezugszahlen bezeichnet sind; bei der ähnlichen Konstruktion am linken Ende ist
den entsprechenden Bezugszahlen jeweils der Buchstabe a beigefügt. Die Längsbohrung
des Schiebergehäuses 10 ist an den äußeren Enden der Bohrungen 40 und 41
bei 64 erweitert, so daß an dieser Stelle eine Schulter vorhanden ist, an der sich
eine ringförmige Stirnwand 65
abstützt, welche den Antriebsdruckraum stirnseitig
als Zylinderboden abgrenzt. An der Innenseite der Stimwand 65 ist eine Hülse
66 ausgebildet, die mit dem benachbarten Ende der axialen Bohrung
67 des Schieberkolbens 50 zusammenarbeitet, der gegenüber der Hülse
verschiebbar ist. Die Druckluft kann dem den Antriebsdruckraum bildenden Ringraum
zwischen dem Ende des Schieberkolbens 50 und der Stirnwand 65 zugeführt
werden. Der Schieberkolben 50 ist mit mehreren radialen Bohrungen
68 versehen, die zu der Ringnut 62 führen, welche ihrerseits mit der
Hauptkammer 15 der Druckmittelzuleitung in Verbindung steht. Auf diese Weise
wird das Druckmittel ständig der Bohrung 67 innerhalb des Schleberkolbens
50
zugeführt, so daß es über die Bohrung 69 der Hülse 66 zu
radialen Kanälen 70 strömen kann. Die Kanäle 70 lassen das Druckmittel
in den Antriebsdruckraum gelangen. Die Stirnflächen an den Enden des Schieberkolbens
50 sind bei 71 mit kleinen Ansenkungen versehen.
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Der Steuerschieber umfaßt ferner eine Ventilstange 72, die
als Vorsteuerschieber wirkt und in die Bohrung 67 des Schieberkolbens
50 eingebaut ist. Die Ventilstange 72 weist an jedem Ende eine Nut
73 auf, in der ein Dichtungsring 74 liegt, welcher eine Abdichtung gegenüber
der Bohrung 69 der Hülse 66
bewirkt, um das Strömen des Druckmittels
durch die Kanäle 70 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Ventilstange
zu steuern. Die Bohrung bzw. der Ringkanal 69 in der Hülse 66 setzt
sich nach außen in die Stirnwand 65 hinein fort, wie durch den Ringkanal
75 angedeutet ist, und steht über eine Bohrung 76 von kleinerem Durchmesser
mit dem Raum 77 zwischen dem äußeren ringförmigen Haltestück 78 und
der inneren Stirnwand 65 in Verbindung. Die Bohrungsabschnitte 41, 64,
79 und 82 bilden eine ringförmige Kammer am einen Ende des Schieberaehäuses,
während die Bohrungsabschnitte 40, 64 a,
C
79a und 82a eine entsprechende
ringförmige Kammer am anderen Ende des Gehäuses bilden. Der ringförmige Pufferteil
81 hält die Teile 65 und 78 in einem Abstand voneinander, so
daß die ringförmige Kammer in eine äußere ringförmige Kammer bzw. einen Raum
77 und eine innere ringförmige Kammer zwischen dem verdickten Ende
52 des Schieberkolbens und der Stirnwand 65 unterteilt wird. Die Bohrung
in den Endabschnitten ist bei 79 erweitert, und die Stimwand 65 weist
einen äußeren Abschnitt 80 von kleinerem Durchmesser auf; in dem durch diese
Konstruktion abgegrenzten Raum ist ein ringförmiger Pufferteil angeordnet, der auch
eine Ab-
dichtung bewirkt. Das äußere Haltestück 78 ist -in dem erweiterten
Bohrungsabschnitt 82 angeordnet, wo es durch einen Sprengring 83 in
seiner Lage gehalten
wird. Das äußere Haltestück 78 ist
mit einem nach außen vorspringenden rohrförmigen Ansatz versehen, in dem die axiale
Bohrung 84 ausgebildet ist, in welcher das dünnere äußere Ende der Ventilstange
72 verschiebbar gelagert ist. Der Pufferteil 81
ist auf seiner Außenseite
mit einem Metallring 85
versehen, in den eine Ringnut 86 eingearbeitet
ist, welche über die Löcher 87 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die
Ringnut 86 ist mit dem Raum 77 zwischen den Teilen 65 und
78 durch einen Schlitz 88 verbunden. Wenn der profilierte Dichtungsring
74 auf der Ventilstange auf der Innenseite der Kanäle 70 liegt, ist der Raum
hinter dem betreffenden Ende des Schieberkolbens mit der Atmosphäre über die Kanäle
70, die Bohrungen 75 und 76, den Raum 77, die Spitze
88 und 86 sowie die Löcher 87 verbunden. Gemäß F i
g. 1 bis 3 ist jedes Ende des Schieberkolbens 50 mit einem
Dichtungsring 89 versehen, der eine Abdichtung zwischen der Bohrung
67 und der Hülse 66 bewirkt.
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Die Ventilstange 72 wird normalerweise durch eine Rückführfeder
90 nach rechts vorgespannt; ein Ende der Rückführfeder stützt sich an einer
Schulter eines Halterings 91 ab, der auf dem dünneren linken Ende
92 der Ventilstange sitzt und sich seinerseits an einer Schulter abstützt.
Das andere Ende der Feder 90 greift in einen rohrförmigen Fortsatz
93 an der inneren Stimfläche des Federgehäuses 94 an. Das Federgehäuse ist
mit einer dünnwandigen ringförmigen Lippe 95 versehen, die an einer Schulter
96 von kleinerem Durchmesser am linken Ende des Schiebergehäuses
10 angreifen kann. Ein Dichtungsring 97
ist zwischen dem Federgehäuse
94 und der Schulter 96 angeordnet. Das Federgehäuse wird auf der Gehäuseschulter
96 durch einen Haltering 98 lösbar festgehalten, der teilweise in
eine Ringnut 99 in der Schulter 96 und teilweise in eine Ringnut
100 auf der Innenfläche der Lippe 95 eingreift.
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Die Ventilstange 72 kann durch einen Elektromagneten 112 nach
links bewegt werden. Bei der hier gewählten Anordnung wirkt der Elektromagnet 112
als Druckmagnet, so daß die Ventilstange 72
beim Einschalten des Elektromagneten
gemäß F i g. 1
nach links geschoben wird.
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Während des Betriebs befinden sich der Schieberkolben 50 und
die Ventilstange 72 zunächst in ihrer aus F i g. 1 ersichtlichen Ausgangsstellung.
Bevor der Elektromagnet 112 eingeschaltet wird, nimmt somit der Schieberkolben
50 seine linke Stellung ein, während sich die Ventilstange in der rechten
Stellung befindet, in der sie durch die Feder 90 festgehalten wird. Das Druckmittel
strömt von der Zuleitungskammer 15 aus über die Kanäle 68, die Bohrung
67,
den Ringkanal 69 und die Kanäle 70 zu dem Raum hinter dem
rechten Ende des Schieberkolbens 50, so daß dieser nach links gedrückt wird.
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Bei der in F i g. 1 gezeigten Stellung ist der Einlaßkanal
21 mit der Hauptzuleitungskammer 15 verbunden, die ihrerseits über die Ringnut
62 des Schieberkolbens mit der ersten überströmkammer 14 verbunden ist, so
daß das Druckmittel den Schieber verlassen und zu einem Ende des zu betätigenden
Zylinders oder Strömungsmittelmotors gelangen kann. Das andere Ende des Zylinders
kann sich hierbei zu der zweiten überströmkammer 16 hin entleeren, die über
die Nut 63 des Schieberkolbens und die Auslaßkammer 17 mit dem Auslaßkanal
33 in Verbindung steht. Beim Einschalten des Elektromagneten 112 wird die
Ventilstange 72 entgegen der Kraft der Feder 90
nach links bewegt.
Hierbei nimmt sie die in F i g. 2 gezeigte Lage ein, und Druckluft wird dem
linken Ende des Schieberkolbens zugeführt, um diesen gemäß F i g. 2 nach
rechts zu bewegen. Der Antriebsdruckraum vor der rechten Stimfläche des Schieberkolbens
kann sich in der schon beschriebenen Weise über die Löcher 87 im Schiebergehäuse
entleeren. Das Druckmittel strömt dann in umgekehrter Richtung durch die zu dem
zu steuernden Druckmittelmotor führenden Arbeitsleitungen.
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Die innenliegende Ventilstange 72 bildet also zusammen mit
den Teilen 65 und 65a an jedem Ende des Schiebers ein Dreiwegeventil zum
Zu- und Ab-
führen des Druckmittels zu bzw. weg von den Antriebsdruckräumen
des Schieberkolbens 50. Das Dreiwegeventil an jedem Ende der Ventilstange
72
umfaßt die Bohrungen 69, 75 und 76, die öffnungen
70 in der Hülse 66 und die auf der Ventilstange angeordnete Dichtung
74. Wenn sich die Ventilstange gemäß F i g. 1 in ihrer rechten Stellung befindet,
ist die Bohrung 75 verschlossen, doch kann das Druckmittel über die Bohrung
69 und die Kanäle 70 in den Raum innerhalb der Bohrung 41 des rohrförmigen
Fortsatzes 39 strömen. Wenn die Ventilstange 72 gemäß F i
g. 2 ihre linke Stellung einnimmt, verschließt die Dichtung 74 die Bohrung
69, doch kann der Innenraum der Bohrung 41 über die Kanäle 70 und
die Bohrungen 75 und 76 entlüftet werden.