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Steuereinrichtung mit einem Steuerventil und einem selbsttätigen Ventil
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für hydraulische Betätigungsvorrichtungen,
beispielsweise zum Heben und Senken einer Last.
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Die Erfindung geht aus von einer bekannten Steuereinrichtung mit einem
Steuerventil und einem in Schließrichtung federbelasteten selbsttätigen Ventil in
mindestens einer der Leitungen vom Steuerventil zu einem Verbraucher, welches selbsttätige
Ventil gegen den Druck im Verbraucher durch einen vom Steuerventil gesteuerten Kolben
über einen Stößel geöffnet wird.
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Bei einer derartigen Steuereinrichtung muß, wenn der von dem selbsttätigen
Ventil abgesicherte Druckraum durch die Einwirkung der Last unter einem hohen Druck
steht, eine erhebliche Kraft auf das selbsttätige Ventil ausgeübt werden, wenn es
zwecks Entlastung des Verbrauchers geöffnet werden soll. Die Erfindung hat sich
die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu überwinden.
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Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Steuereinrichtung
der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß das selbsttätige Ventil in an sich
bekannter Weise ein, innenliegendes Hilfsventil enthält, das von ein und derselben
Feder belastet ist wie das selbsttätige Ventil und auf das der druckbeaufschlagte
Kolben einwirkt.
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Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung läßt sich das selbsttätige
Ventil auch gegen hohen Verbraucherdruck leicht öffnen, da zu diesem Zweck nur das
Hilfsventil betätigt zu werden braucht, wobei durch die Verwendung von nur einer
Feder die zu überwindende Federkraft besonders gering ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g.1 eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung bei einer Einstellung, bei
der eine von ihr gesteuerte Last festgehalten wird, F i g. 2 eine vergrößerte Teildarstellung
des in F i g.1 gezeigten selbsttätigen Ventils und Hilfsventils, F i g. 3 eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, die für doppeltwirkende Verbraucher
bestimmt ist.
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Das Ventilgehäuse ist mit einer durchgehenden Bohrung 14 versehen,
in der ein Steuerschieber 16 angeordnet ist. An einem Ende des Steuerschiebers sind
eine denselben in eine mittlere neutrale Stellung drückende Zentriervorrichtung
und ein mechanischer Anschlag angebracht. Ein Druckflüssigkeitseinlaß 26 führt durch
den mittleren Bereich des Gehäuses. Ein Einlaßkanal 28 erstreckt sich vom Einlaß
26 in die Bohrung 14.
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Zwei Rücklaufdurchlässe 30 a und 30 b erstrecken sich beiderseits
des Einlasses 26 durch das Gehäuse. Ein Arbeitsdurchlaß 34 b verbindet die Bohrung
14 über ein selbsttätiges Ventil 54 in einer Bohrung 36 (F i g. 2) mit der zum Verbraucher
führenden Leitung 40. Jeder der Arbeitsdurchlässe 34 b steht mit Rückschlagventilen
38 a und 38 b in Verbindung. Das Rückschlagventil 38a läßt Flüssigkeit aus dem Arbeitsdurchlaß
34 a in die Leitung 42 einströmen, während das Rückschlagventil 38 Flüssigkeit
aus dem Durchlaß 34 b in die Leitung 42 einströmen läßt.
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Im Inneren des selbsttätigen Ventils 54 liegt ein Hilfsventil
50, das kolbenartig ausgebildet und gleitend in dem hohlkolbenartig ausgebildeten,
in der Bohrung 36 gleitend geführten selbsttätigen Ventil 54 geführt ist. Das selbsttätige
Ventil 54 enthält einen inneren Ventilsitz 52 für das Hilfsventil 50. Eine Feder
48, deren Spannung gegebenenfalls einstellbar ist, belastet sowohl das Ventil 54
als auch das Hilfsventil 50. Das Ventil 54 hat ein sich verjüngendes, aus der Bohrung
36 vorstehendes Ende 56, das eine mit einem in die Bohrung 36 eingesetzten Ventilsitz
58 zusammenwirkende Steuerkante 58 bildet.
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In einer mit der Bohrung 36 fluchtenden Bohrung 60 ist ein Kolben
62 gleitend geführt, von dessen Ende ein Ansatz 64a mit einem Stößel 68 ausgeht.
Der Stößel 68 geht mit Spiel durch eine Bohrung 110
des Ventils
54 und greift am Ende des Hilfsventils 50 an. Auf der anderen Seite des Kolbens
62 befindet sich ein Ansatz 64b, der mit Spiel eine Bohrung durchsetzt, wobei der
Spielraum 66 eine Drossel zur Dämpfung der Kolbenbewegungen bildet.
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Zwischen dem Druckflüssigkeitseinlaß 26 und- den Auslässen 30a, 30b
liegt ein Umgehungsventil 78. Dessen Einlaßkammer 70 ist mit dem Druckflüssigkeitseinlaß
26 verbunden, und eine Auslaßkammer 72 steht mit den Rücklaufdurchlässen 30
a und 30 b
in Verbindung. Eine Steuerkammer 76 des Bypaßventils ist
mit der Leitung 42 verbunden. Eine Druckfeder 86 drängt das Ventil 78 in eine Stellung,
in der es den Flüssigkeitsstrom von der Einlaßkammer 70 in die Auslaßkammer 72 beschränkt.
In einer axialen Bohrung ist ein Rückschlagventil vorgesehen.
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F i g. 1 zeigt den Steuerschieber 16 in einer die Last feststehend
haltenden Stellung. Unter Druck stehende Flüssigkeit wird über den Einlaß 26 und
den Einlaßkanal28 an den Steuerschieber herangeführt. Ein in der Mitte liegender
Steuerbund 98 des Steuerschiebers verhindert den Durchfluß aus dem Einlaßkanal 28
in die Bohrung 14. Das Druckmittel fließt um den in der Mitte liegenden Steg des
Steuerschiebers herum in die Einlaßkammer 70 des Umgehungsventils. Wenn der Druck
der Flüssigkeit in der Einlaßkammer 70 den in der Auslaßkammer 72 herrschenden Druck
so weit übersteigt, daß die Wirkung der Druckfeder 86 überwunden wird, öffnet sich
das Umgehungsventil, so daß Druclanittel aus dem Einlaß 26 in die Rücklaufdurchgänge
30 a und 30 b fließen kann. Das selbsttätige Ventil 54 wird durch die Feder 48 und
den Druck in der zum Verbraucher führenden Leitung 40 in geschlossener Stellung
gehalten, wobei dieser Druck eine Funktion der Größe der Last ist, die feststehend
gehalten wird.
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Wird der Steuerschieber 16 nach rechts verschoben, so wird Druckflüssigkeit
durch den Einlaß 26, den Einlaßkana128 an den Steuerbund 98 herangeführt. Dieser
läßt eine gewisse Flüssigkeitsmenge in die Bohrung 14 eintreten. Diese Flüssigkeitsmenge
öffnet das Rückschlagventil 38 b und schließt das Rückschlagventil 38 a, um so den
Flüssigkeitsdruck in der Ausgleichsleitung 76 mit dem Flüssigkeitsdruck in der Einlaßkammer
70 auszugleichen, was bewirkt, daß die Feder 86 das Umgehungsventil 78 in Schließrichtung
bewegt, um den Flüssigkeitsstrom durch das Umgehungsventil 78 zu beschränken. Wenn
der Druck im Arbeitsdurchlaß 34 b einen Wert erreicht, der ausreicht, um das selbsttätige
Ventil 54 von seinem Sitz ab- und die Last anzuheben, spricht das Umgehungsventil
78 auf den Druckunterschied im Einlaßkanal 28 und im Durchlaß 34 b an, um
den Flüssigkeitsstrom durch die zum Verbraucher führende Leitung 40 zu beschränken.
Die Flüssigkeit im Durchlaß 34b wirkt auf die linke Seite des Kolbens 62 ein und
bewegt diesen nach rechts.
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Wird der Steuerkolben 16 nach links versetzt, so wird Druckflüssigkeit
in die Bohrung 14 eintreten. Diese Flüssigkeitsmenge öffnet das Rückschlagventil
38 a und schließt das Rückschlagventil 38 b, um so den Druck der Flüssigkeit
in der Ausgleichsleitung 76 mit dem Druck der Flüssigkeit in der Einlaßkammer 70
auszugleichen, und gestattet der Feder 86, das Umgebungsventil 73 in Schließrichtung
zu bewegen und so dessen Durchfluß zu beschränken. Wenn der Druck im Durchlaß 34
a einen Wert erreicht, der ausreicht, um das selbsttätige Ventil 54 von seinem Sitz
abzuheben und die Last zu bewegen, spricht das Umgehungsventil auf den Druckunterschied
zwischen dem Einlaßkanal 28 und dem Arbeitsdurchlaß 34 a an. Dadurch kann das Umgehungsventil
78 den Flüssigkeitsstrom entsprechend dem gedrosselten Durchfluß aus dem Arbeitsdurchlaß
34a in den Rückflußdurchlaß 30a beschränken. Die Druckflüssigkeit im Durchlaß 34a
wirkt auf die rechte Seite des Kolbens 62 ein und bewegt ihn nach links. Der Stößel
68 hebt das Hilfsventil 50 des selbsttätigen Ventils 54 von seinem Sitz ab. Der
im selbsttätigen Ventil 54 zwischen dem Ventilsitz 52 und dem damit zusammenwirkenden
Ende des Hilfsventils 50 gebildete Raum ist durch Öffnungen 108 mit der zum Verbraucher
führenden Leitung 40 verbunden, so daß dann Druckflüssigkeit aus der Verbraucherleitung
40 über die Öffnungen 108 und die Bohrung 110 im selbsttätigen Ventil 54 in den
Durchlaß 34 b strömt. Der Innenraum 104 der Ventile 54 und 50 wird durch die Entlastungsöffnungen
106 vom Druck entlastet. Die Druckflüssigkeit in der Leitung 40 bewegt das selbsttätige
Ventil 54 nach links, wodurch der Flüssigkeitsstrom aus der Verbraucherleitung 40
in den Durchlaß 34 b je nach den betreffenden Flüssigkeitsdrücken in den Arbeitsdurchlässen
34a und 34b gesteuert wird, wobei die betreffenden Drücke die Stellung des Umgehungsventils
78 regeln. So wird die Last mit einer Geschwindigkeit gesenkt, die dem vom Steuerschieber
16 freigegebenen Durchlaßquerschnitt proportional ist. Wenn in der Verbraucherleitung
40 der Durchfluß zu groß wird, erhöht sich der Druck im Durchlaß 34 b exponentiell
mit dem Durchfluß, und durch diesen Druckanstieg wird der Kolben 62 nach rechts
gedrängt, so daß das selbsttätige Ventil 54 wieder den Durchgang durch die Verbraucherleitung
40 regeln kann.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist das Ventilgehäuse mit einer
durchgehenden Bohrung 14' versehen. In dieser Bohrung 14' ist ein Steuerschie-z
ber 16' angeordnet. An einem Ende des Steuerschier bers ist eine Zentriervorrichtung
angebracht, die ihn in eine neutrale Stellung drückt.
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Ein Druckflüssigkeitseinlaß 26' führt durch den mittleren Bereich
des Gehäuses 12'. Ein Einlaßkanal 28' erstreckt sich vom Einlaß 26' in die Bohrung
14'.
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Zwei Rückflußdurchgänge 30 a' und 30 b' erstrekken sich
beiderseits des Einlasses 26' durch das Gehäuse. Zwei Rückflußkammern 32a' und 32b'
in der Bohrung 14' sind mit den Rückflußdurchlässen 30 a' und 30b' verbunden. Zwei
Arbeitsdurchlässe34ä' und 34b.' verbinden die Bohrung 14' mit Bohrungen 36
a' und 36 b'. Jeder der Durchlässe 34 a' und 34 b' steht mit Rückschlagventilen
38a' und 38b' sowie mit Verbraucherleitungen 40 a' und 40 b' in Verbindung. Das
Rückschlagventil 38 a' läßt Flüssigkeit aus dem Durchlaß 34 a' in die Umgehungsleitung
42' einströmen, während das Rückschlagventil 38 b' Flüssigkeit aus dem Durchlaß
34 b' in die Umgehungsleitung 42' einströmen läßt: In den axial fluchtenden Bohrungen
36a' und 36b' sind zwei selbsttätige Ventile 54 a', 54 b' mit einstellbaren Federn
48 a' und 48 b' angeordnet. Die Federn 48 ä und 48 b' wirken jeweils auf Hilfsventile
50 a' und 50 b' ein, die kolbenartig ausgebildet und gleitend in ihren selbsttätigen
Ventilen 54 a' und 54 b'
geführt sind. Letztere haben je einen inneren Ventil
sitz 52 a' und 52 b', gegen den die Hilfsventile 50 a'
und
50 b' .durch die Federn 48 a': und 48. b' gedrückt
werden.
Die selbsttätigen Ventile 54 d und 54 b' haben jeweils ein sich verjüngendes
Ende, durch das Steuerkanten gebildet sind, die mit in die Bo'7rungen 36a'
und 36b' eingesetzten Ventilsitzen zUsamInenwirken.
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In einer mit den Bohrungen 36 d und 36 b fluchtenden Behrung 60' ist
ein Kolben 62' gleitend geführt, von dessen Enden entgegengesetzt gerichtete stiftartige
Ansätze 64 ä und 64 b' ausgehen, die an ihrem freien Ende je einen Stößel 68
a' und 68 b' aufweisen, die mit Spiel durch Bohrungen der selbsttätigen
Ventile 54ä und 54b' gehen und jeweils am Ende der Hilfsventile
50 ä und 50 b' angreifen können. Der in F i g. 3 rechts dargestellte
Ansatz 64 ä durchgreift mit Spiel eine Bohrung eines in die Bohrung 60' eingesetzten
Einsatzes, wobei der Spielraum 66' eine Drossel zur Dämpfung der Kolbenbewegung
bildet.
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Es ist wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ein Umgehungsventil
78' vorgesehen, das eine Einlaßkammer 70', die mit einem Druckflüssigkeitseinlaß
26' verbunden ist, aufweist. Eine Auslaßkammer 72' steht mit den Rückflußdurchgängen
30 ä und 30 b' in Verbindung. Eine Steuerkammer 76' ist mit der Leitung
42' verbunden. In einer axialen Bohrung ist ein Rückschlagventil vorgesehen.
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F i g. 3 zeigt den Steuerschieber in einer die Last festhaltenden
Stellung. Druckflüssigkeit wird über den Einlaß 26' und den Einlaßkanal 28' an den
Steuerschieber 16 herangeführt. Ein in der Mitte liegender Steuerbund 98' verhindert
den Durchfluß aus dem Einlaßkanal 28' in die Bohrung 14'.
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Die Flüssigkeit strömt um den Steuerbund 98' herum in die Einlaßkammer
70' des Umgehungsventils. Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Einlaßkammer 70' den
in der Ablaßkammer 72' herrschenden Druck so weit übersteigt, daß die Wirkung der
Feder 86' überwunden wird, öffnet sich das Umgehungsventil 78',
so daß Flüssigkeit
aus dem Einlaß 26' in die Rücklaufdurchgänge 30ä und 30b' fließen kann. Das selbsttätige
Ventil 54b' wird in einer geschlossenen Stellung und die Last festgehalten.
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Wird der Steuerschieber 16' nach rechts verschoben, so läßt der Steuerbund
98' eine Flüssigkeitsmenge aus dem Einlaßkanal 28' in die Bohrung 14 eintreten.
Diese öffnet das Rückschlagventil 38 b' und schließt das Rückschlagventil 38 a',
um so den Flüssigkeitsdruck in der Steuerkammer 76' des Umgehungsventils 78' mit
dem Druck in der Einlaßkammer 70' auszugleichen, so daß die Feder 86' das Umgehungsventil
in Schließrichtung bewegt, um den Durchfluß durch dasselbe zu beschränken. Wenn
der Druck im Durchlaß 34b' einen Wert erreicht, der ausreicht, um das selbsttätige
Ventil 54 b' von seinem Sitz ab- und die Last anzuheben, spricht das Umgehungsventil
auf den Druckunterschied zwischen dem Einlaßkanal 28' und dem Arbeitsdurchlaß 34
b' an. Dadurch kann das Umgehungsventil den Durchfluß entsprechend dem Durchfluß
durch den Arbeitsdurchlaß 40 b' beschränken. Der Druck im Durchlaß 34 b' wirkt auf
die linke Seite des Kolbens 62' ein und bewegt ihn nach rechts. Der rechte Ansatz
64 a', 68 ä des Kolbens 62' hebt das Hilfsventil 50 a' von seinem Sitz ab,
so daß Flüssigkeit aus dem Arbeitsdurchlaß 40 ä über die Öffnungen im Hilfsventil
50 d und die Bohrung im selbsttätigen Ventil 54 a' (vgl. die entsprechenden
Teile mit ungestrichenen Bezugszeichen in F i g. 2) in den Arbeitsdurchlaß 34 d
strömt. Die vom selbsttätigen Ventil 54a' und seinem Hilfsventil 50a' begrenzte
Kammer wird durch die Abzugsöffnung (vgl. F i g. 2) vom Druck entlastet. Der Druck
im Arbeitsdurchlaß 40ä bewegt das selbsttätige Ventil 54 a' nach rechts;
wodurch der Durchfluß aus, der Verbraucherleitung 40 a in den Arbeitsdurchlaß 34
a' je nach dem Durchfluß durch die Verbraucherleitung 40b' gesteuert wird. So wird
die Last mit einer Geschwindigkeit angehoben, die im wesentlichen dem Öffnen des
Steuerschiebers proportional ist.
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Wird der Steuerschieber 16 nach links versetzt, so wird Druckflüssigkeit
durch den Einlaß 26', den Einlaßkanal 28' und Steuerbund 98' vorbei in die Bohrung
14' eintreten. Diese Flüssigkeitsmenge öffnet das Rückschlagventil 38ä und schließt
das Rückschlagventil 38 b', um so den Flüssigkeitsdruck in der Ausgleichsleitung
76' mit dem Flüssigkeitsdruck in der Einlaßkammer 70' auszugleichen, so daß die
Feder 86' das Umgehungsventil 78' in Schließstellung bewegt und den Durchfluß durch
dieses Ventil beschränkt. Wenn der Druck im Arbeitsdurchlaß 34a' einen Wert erreicht,
der ausreicht, um das selbsttätige Ventil 54 a von seinem Sitz abzuheben
und die Last zu bewegen, spricht das Umgehungsventil auf den Druckunterschied im
Einlaßkanal 28' und im Arbeitsdurchlaß 34ä an. Dadurch kann das Umgehungsventil
den Durchfluß entsprechend dem Durchfluß durch den Arbeitsdurchlaß 40a' regeln.
Der Druck im Arbeitsdurchlaß 34a' wirkt auf die rechte Seite des Kolbens 62' ein
und bewegt ihn nach links. Der linke Stößel 68 b' dieses Kolbens hebt das Hilfsventil
50 b' von seinem Sitz ab, so daß Flüssigkeit aus der Verbraucherleitung 40
b' in den Durchlaß 34 b'
strömt. Die vom selbsttätigen Ventil 54 b
und seinem Hilfsventil 50 b' begrenzte Kammer wird durch ihre Abzugsöffnungen vom
Druck entlastet.
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Der Druck in der Verbaucherleitung 40 b' bewegt das selbsttätige Ventil
54b' nach links, wodurch der Durchfluß aus der Verbraucherleitung 40b' in den Durchlaß
34 b' entsprechend dem Durchfluß durch die Verbraucherleitung 40ä gedrosselt wird.
So wird die Last mit einer Geschwindigkeit gesenkt, die im wesentlichen dem vom
Steuerschieber freigegebenen Durchflußquerschnitt proportional ist.
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Die Ansprechcharakteristiken der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung
sind bei schweren positiven und schweren negativen Lasten im wesentlichen dieselben
wie bei leichten positiven und leichten negativen Lasten. Dabei soll der Ausdruck
»positive Last« eine Anlage bezeichnen, in der unter Druck stehende Flüssigkeit
an einen Verbraucher abgegeben wird, um eine Last anzuheben. Der Ausdruck »negative
Last« soll eine Anlage bezeichnen, in der unter Druck stehendes Strömungsmittel
an einen Verbraucher abgegeben wird, um eine Last zu senken. Die vorteilhafte Ansprechcharakteristik
wird hier zumindest teilweise dadurch erreicht, daß ein selbsttätiges Ventil benutzt
wird, welches durch den Druckunterschied zwischen den Arbeitsdurchlässen gesteuert
wird, um den Durchfluß durch diese in Verbindung mit dem auf die verschiedenen Drücke
ansprechenden Umgehungsventil zu regeln.