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Selbsttätige Drosseleinrichtung Die Erfindung befaßt sich mit einer
selbsttätigen Drosseleinrichtung zum Einschalten zwischen Steuereinrichtung und
Verbraucher eines Druckmittelsysterns mit einem Drosselkolben, der in einem mit
Durchtrittsöffnungen versehenen Schiebergehäuse durch das zu drosselnde, seine Stirnflächen
beaufschlagende Druckmittel zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist und mit
dem der Zu- und Rücklauf zu bzw. von einem Verbraucher drosselbar ist.
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Beim Umsteuern von Druckmittelströmen in Hydraulikanlagen treten insbesondere
bei schnell erfolgenden Umschaltungen plötzliche, schlagartige Ventilschlüsse auf,
durch die die Bewegungen der Flüssigkeitsströme schlagartig zum Stillstand gebracht
werden: Dies wirkt sich nicht nur nachteilig auf die Bauelemente der Hydraulik,
sondern auch auf die bewegten Maschinenteile aus, die hierdurch zu unerwünschten
Schwingungen angeregt werden können.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits bekannt, beispielsweise
die Steuerkanten der Steuerkolben bzw. der Steuerzylinder oder beide mit Abfasungen
oder Kerben zu versehen, die auch unmittelbar nach Ventilschluß noch einen zunehmend
gedrosselten Durchtritt von Druckmittel erlauben. Solange diese Abfasungen oder
Kerben den vollständigen Ventilschluß noch nicht hergestellt haben, können sich
Druckstöße in gewissem Umfang über diese Drosselglieder abbauen. Diese Abfasungen
oder Kerben haben aber den Nachteil, daß die Verzögerung des vollkommenen Ventilschlusses
ein Verwischen des kurzzeitigen Umschaltvorganges bewirkt, was bei hohen Ansprüchen
an die Umsteuergeschwindigkeit unzulässig sein kann. Insbesondere hat sich jedoch
gezeigt, daß diese Maßnahmen nicht ausreichen, um die Stöße oder Schwingungen in
allen Fällen zu unterdrücken.
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Das gleiche gilt für die Ausbildung der Steuerkanten als kreisrunde
Bohrungen, die in Ringkanäle münden. Hierdurch wird ein nicht plötzliches, sondern
allmähliches öffnen und Schließen des Ventilschlusses erzielt. Eine Dämpfung von
Schwingungen der Druekmittelströme insbesondere in Abhängigkeit von ihrer Stärke
ist dadurch aber nicht erreichbar.
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Es wurde daher auch schon dem Hauptumsteuerventil ein Zusatz5teuerventil
zugeordnet, das über eine Verbindungsleitung die Druckquelle mit dem Hauptumsteuerventil
verbindet und daneben eine Umgehungsleitung mit kleinerem Querschnitt vorzusehen,
die unmittelbar von der Druckquelle zum Hauptumsteuerventil führt. Dabei kommt dem
Zusatzventil die Aufgabe zu, den Druckmittelstrom in der Verbindungsleitung während
des Umschaltvorganges mehr oder minder zu drosseln, oder ganz zu sperren, wobei
sich Druckstöße zum Teil über die Umgehungsleitung ausgleichen können. Eine solche
Anordnung ist zwar ebenfalls geeignet, Druckstöße zu dämpfen, diese Dämpfung erfolgt
aber ohne Rücksicht darauf, ob Stöße und in welcher Größe sie auftreten, da das
Maß der Dämpfung durch das vom Druckmittelstrorri unbeeinflußte Betätigungsorgan
des Ventils bestimmt wird. Vor allem ist jedoch von Nachteil, daß sich die Dämpfung
hier noch stärker auch auf den Druckmittelstrom selbst auswirkt und damit die Richtungsumkehr
des Druckmittelstromes noch mehr verwischt, als dies bei den vorgenannten Einrichtungen
der Fall ist.
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die Nachteile dieser bekannten
Einrichtungen zu vermeiden und sieht zu diesem Zweck vor, an einer vorausgesetzten
Drosseleinrichtung den Drosselkolben mit von seinen Stirnseiten ausgehenden Durchlässen
zu versehen, die in den Endstellungen des Drosselkolbens den Durchtrittsöffnungen
des Schiebergehäuses gegenüberstehen und den Durchgang des Druckmittels nicht drosseln,
während in den Zwischenstellungen des Drosselkolbens diese Durchtrittsöffnungen
mindestens teilweise abgedeckt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar in F i g. 1 ein Längsschnitt durch die Drosseleinrichtung
mit den übrigen Teilen der Hydraulikanlage, F i g. 2 bis 5 die Drosseleinrichtung
im Längsschnitt in ihrer Endstellung (F i g. 2) und in drei Zwischenstellungen (F
i g. 3 bis 5), die sie beim * Umsteuervorgang durchläuft, F i g. 6 eine weitere
Ausführung einer Drosseleinrichtung im Längsschnitt.
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An Hand der F i g. 1 sei zunächst der in bekannter Weise aufgebaute
Hydraulikkreislauf beschrieben.
Durch die vom Motor 1 angetriebene
Pumpe 2 wird aus dem Behälter 3 das Druckmittel angesaugt und auf den nötigen Druck
gebracht. Der Druck wird durch ein Maximaldruckventil4 begrenzt. Ein beispielsweise
durch Elektromagnete 5 betätigter Steuerschieber 6 gestattet, die Fließrichtung
des Druckmittels zu dem hier als ein im Zylinder 8 laufender Kolben 9 dargestellten
hydraulischen Verbraucher umzukehren. In den Rücklauf des Druckmittels zum Behälter
3 ist ein Vorspannventil 10 eingeschaltet, das den Druck des Druckmittels auf der
nicht beaufschlagten Seite des Verbrauchers auf einer vorgesehenen Höhe hält.
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In die Zu- und Ableitungen 13, 21 bzw. 14, 22 ist eine Drosseleinrichtung
7 eingeschaltet. Diese besteht aus einem Schiebergehäuse 11, in dem ein Drosselkolben
12 frei beweglich verschiebbar ist. Die vom Steuerschieber 6 kommenden Zuleitungen
13 und 14 münden so in der Stirnfläche des Schiebergehäuses 11, daß der Druck des
Druckmittels auf die Stirnflächen des Drosselkolbens 12 wirkt. Von den Stirnflächen
des Drosselkolbens 12 verläuft je eine axiale Bohrung 15 und 16, in die jeweils
mehrere, in je zwei auf der Achse des Drosselkolbens senkrechten Ebenen angeordnete,
radiale Bohrungen 17 und 18 münden.
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Im Schiebergehäuse 11 sind zwei Ringkanäle 19 und 20 so angeordnet,
daß die radialen Bohrungen 17 bzw. 18 in den beiden Endstellungen des Drosselkolbens
12 in diese Ringkanäle münden.
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Die Bohrungen und Kanäle 15, 17 bzw. 16, 18 bilden zwei Durchlässe,
die in allen Stellungen des Drosselkolbens 12 getrennt bleiben.
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Von den Ringkanälen 19 und 20 aus verlaufen die Zuleitungen 21 und
22 zu den beiden zu beaufschlagenden Seiten des Verbrauchers.
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Die Stirnflächen des Drosselkolbens 12 weisen ringförmige Erhöhungen
23 auf, die sich in den Endstellungen des Drosselkolbens 12 über zylindrische Vorsprünge
24 auf der Innenseite der Stirnflächen des Schiebergehäuses 11 schieben. Dadurch
wird zwischen der Erhöhung 23, dem Vorsprung 24, der Stirnfläche und der Wandung
des Schiebergehäuses 11 ein Druckmittelpolster 25 gebildet, das sich durch die Bohrungen
26 füllen bzw. entleeren kann. Die Durchtrittsquerschnitte der Bohrungen 26 können
durch nicht dargestellte Drosselschrauben veränderbar und die Erhöhungen 23 und
die Vorsprünge 24 können, wie in F i g. 6 dargestellt, mit ringförmigen Nuten 28
bzw. 29 versehen sein.
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In der Ausführungsform nach F i g. 1 erfolgt die Dämpfung des Drosselkolbens
12 durch Druckfedern 30, die zwischen dem Schiebergehäuse 11 und dem Drosselkolben
12 angeordnet sind.
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Von den radialen Bohrungen 17 und 18 gehen Drosselkerben 31 aus, die
allmählich in Richtung auf die radialen Bohrungen desselben Durchlasses in der Mantelfläche
des Steuerkolbens 12 verlaufen. Wie in F i g. 6 dargestellt, können diese Drosselkerben
auch als durchgehende Nuten 32 zwischen den radialen Bohrungen 17 bzw. 18 desselben
Durchlasses ausgebildet sein. Diese Drosselkerben 31 bzw. die Querschnitte der Drosselnuten
32 sind gleich bzw. gleichbleibend ausgeführt. Wenn davon auszugehen ist, daß der
Verbraucher 9 in seinen beiden Bewegungsrichtungen immer ungleich belastet wird,
beispielsweise dadurch, daß es sich selbst oder von ihm bewegte Teile in Richtung
der Schwerkraft bewegt, so sind -wie nicht dargestellt - die Drosselkerben 31 des
Steuerkolbens 12 ungleich ausgeführt bzw. der Querschnitt der Drosselnuten 32 vermindert
sich über deren Länge.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen--Vorrichtung ist die folgende:
Unmittelbar nach dem Umsteuern des Steuerschiebers 6 (F i g. 2) kehrt sich der Druckunterschied
in den Zuleitungen 13 und 14 zum Verbraucher 9 um. Diese Druckumkehr
erreicht die Drosseleinrichtung 7, bevor sie sich auf den Verbraucher 9 auswirken
kann. Da der Druckunterschied unmittelbar auf die Stirnflächen des Drosselkolbens
12 wirkt, wird dieser aus seiner Endstellung heraus in Bewegung gesetzt (F i g.
3). Dabei vermindert sich der Durchlaßquerschnitt der noch in die Ringkanäle 19
und 20 mündenden radialen Bohrungen 17 und 18
zu den Zuleitungen 21 und 22
allmählich bis auf den Querschnitt der Drosselkerben 31 bzw. der Drosselnuten 32.
Die Drosselung nimmt mit weitergehender Verschiebung des Drosselkolbens 12 zu (F
i g. 4) und bringt dadurch den Druckmittelzu- und -abfluß zum Verbraucher 9 allmählich,
d. h. gedämpft, zunächst zum Stillstand und dann zur Umkehr (F i g. 5).
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In den bewegten Teilen dabei gegebenenfalls auftretende Schwingungen,
die sich über den Verbraucher 9 als Schwingungen der Druckmittelsäulen in den Zu-
und Ableitungen 21 und 22 auswirken, werden durch den stark verminderten Durchtrittsquerschnitt
der Durchlaßöffnungen rasch gedämpft. Die geringe negative Überdeckung der sich
verjüngenden Drosselkerben 31 bewirkt ein allmähliches, stoßfreies Umkehren der
Flußrichtung des Druckmittels, wobei in keinem Augenblick des Umsteuerns die Zuleitungen
21 und 22 vollständig blockiert sind. Dadurch wird erreicht, daß der Zeitpunkt,
zu dem sich die Flußrichtung des Druckmittels umkehrt, nicht allein durch die Stellung
des Steuerschiebers 6, sondern auch durch die sich im Druckmittelkreislauf einstellenden
Druckverhältnisse bestimmt wird und diese Umkehr dadurch weitgehend stoßfrei erfolgt.
Die gleiche Wirkung wird mit einer durchgehenden Drosselnut 32 zwischen den radialen
Bohrungen 17 bzw. 18 erzielt, die in allen Stellungen des Drosselkolbens 12 einen
geringen Durchlaßquerschnitt zu den Ringkanälen 19 und 20 und damit
zum Verbraucher 9 frei läßt.
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Beim Verschieben des Drosselkolbens 12 bilden sich vor seinen beiden
Stirnflächen Druckmittelspeicher 25, deren Einzelvolumen infolge der freien Vezschiebbarkeit
des Drosselkolbens 12 in gegenläufigem Sinn veränderbar sind. Dadurch ist für Druckschwankungen
infolge von Stoßwellen im Druckmittel vor und hinter dem Verbraucher 9 ein Puffer
geschaffen.
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Die - wie Messungen ergeben haben -sehr rasch, beispielsweise in weniger
als $ho Sekunden erfolgende Umsteuerung des Drosselkolbens 12 kann durch geeignete
Einrichtungen entweder nur in der Nähe ihrer Endstellung gedämpft oder über den
ganzen Verlauf ihrer Bewegung beeinflußt werden.
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Das Dämpfen oder Abbremsen der Bewegung des Drosselkolbens 12, vor
allem in der Nähe seiner Endstellungen, erfolgt beispielsweise durch die ringförmigen
Erhebungen 23 und die Vorsprünge 24, die in diesem Fall so kurz ausgeführt sind,
daß sie sich nur in der Nähe der Endstellungen des Drosselkolbens 12 übereinanderschieben.
Federn 30 als Dämpfungsmittel bieten den Vorteil, daß nur die Abbremsung des Drosselkolbens
12 zum Stillstand gebremst wird, die Beschleunigung aus dem Stillstand jedoch durch
die
jeweils gespannte der beiden Federn 30 unterstützt wird.
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Wenn die ringförmigen Erhebungen 23 und die Vorsprünge, wie in der
F i g. 2 bis 5 dargestellt, so lang ausgeführt sind, daß sie sich in allen Stellungen
des Drosselkolbens 12 überdecken, wird die Bewegung desselben über seinen ganzen
Weg gleichmäßig gebremst.
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Es ist jedoch auch möglich, durch die ringförmigen Nuten 28 und 29
in den ringförmigen Erhebungen 23 und den Vorsprüngen 24 die Bewegung des Drosselkolbens
12 nur in der Nähe seiner Endstellungen und in seiner Mittelstellung, in der die
Zuleitungen 21 und 22 zum Verbraucher 9 auf den Querschnitt den Drosselkerben 31
bzw. der Drosselnut 32 verengt sind, zu verlangsamen. In diesem Fall ist die Dämpfung
nur wirksam, wenn der kleine, nicht durch die Nut 29 erweiterte Innendurchmesser
der ringförmigen Erhebung 23 auf der Stirnseite des Drosselkolbens 12 über dem großen,
nicht durch die Nut 30 verkleinerten Außendurchmesser des Vorsprunges auf der inneren
Stirnseite des Schiebergehäuses 11 liegt.
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Dazwischen, d. h. in dem Bereich des Weges des Drosselkolbens 12,
in dem die radialen Bohrungen 1,7 und 18 abgedeckt bzw. freigegeben werden, erfolgt
die Bewegung des Drosselkolbens 12 rascher.
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Die Stärke der Dämpfung bzw. die mittlere Geschwindigkeit des Drosselkolbens
12 kann durch Drosselschrauben eingestellt oder durch die Wahl der Bohrung 26 bestimmt
werden.