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Drosselventil für elektrohydraulische Hubgeräte Die Erfindung bezieht
sich auf ein Drosselventil zum Steuern der Druckmittelströme in einem elektrohydraulischen
Hubgerät mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem ein Antriebsmotor, eine auf dessen
Welle gelagerte Druchmittelpumpe und ein von dieser Druckmittelpumpe beaufschlagter
Hubkolben gleichachsig angeordnet sind und bei der die Hub- und Senkzeiten beeinflußbar
sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, bei einem solchen Hubgerät Mittel vorzusehen,
die ein leichtes und genaues Einstellen der kleinen und großen Stellzeiten, also
bei großen und kleinen Strömungsquerschnitten der Ventile, gestatten. Weiterhin
sollen die Strömungsverluste z. B. durch Umlenkung der Flüssigkeit in den Ventilen
möglichst kleingehalten werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch zwei von den Druckmittelströmen durchflossene,
scheibenförmige Ventilsitze mit je zwei Kränzen von Durchflußbohrungen und durch
zwei drehbare, mittels Federkraft an den Ventilsitzen anliegende Ventilplatten mit
je einem Kranz von Durchflußbohrungen, die gegeneinander axial verschieblich derart
auf einem Bolzen gelagert sind, der gleichachsig mit der Antriebsmotorwelle an einem
der beiden Ventilsitze befestigt ist, daß durch Drehen der Ventilplatten die Überdeckung
der Durchflußbohrungen einstellbar ist.
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Es sind elektrohydraulische Hubgeräte bekannt, bei denen in die Strömungskanäle
für das Druckmittel Ventile derart eingebaut sind, daß der Druckmittelstrom in der
einen oder anderen Richtung behindert wird. Mittels Stellgliedern, die das Gehäuse
der Verstellvorrichtung quer oder längs durchdringen, können die Ventile mehr oder
weniger geöffnet und die Verstellzeiten dementsprechend beeinflußt werden. Die Drosselung
der Druckmittelströme erfolgt durch Klappen, die sich in der einen Strömungsrichtung
von ihrem Sitz abheben und in der anderen Strömungsrichtung gegen ihren Sitz legen.
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Es sind auch Hubgeräte bekannt, bei denen ein willkürlich verstellbarer
Ringschieber mit mehreren Öffnungen auf einem Ventilkörper mit mehreren
Öff-
nungen gleichachsig mit der Motorantriebswelle gelagert ist, so daß die
Ventilquerschnitte kontinuierlich verändert werden können.. Dieser Schieber ist
zwischen der Druckseite des Hubkolbens und dem drucklosen Flüssigkeitsbehälter angeordnet
und ermöglicht somit einen hydraulischen Kurzschluß.
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Durch die gleichachsige Anordnung der Hub- und der Senkventile bei
der Erfindung wird eine geringe Umlenkung der Druckmittelströme erreicht, und damit
treten nur geringe Strömungsverluste auf. Ein Gerät mit ganz geöffneten Hub- bzw.
Senkventilen erreicht damit die gleichen schnellen Hub- oder Senkzeiten wie Geräte
gleicher Bauart ohne Ventile. Außerdem wird eine wesentlich einheitlichere Bauweise,
vor allem bei Benutzung des Baukastenprinzips ermöglicht. Es können z. B. die Hub-
oder die Senkventile oder beide gänzlich entfernt und durch einfache Zylinder zur
Leitung der Druckmittelströme ersetzt werden. Durch den symmetrischen Aufbau der
Hub- und der Senkventile zur zentralen Achse des Hubgerätes wird ferner die Belastung
des Gehäuses durch die Druckmittelströme quer zur neutralen Achse verringert.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden die Löcher mindestens
eines Lochkranzes derart gestaltet, daß die Verstellzeiten, d. h. die Hub- oder
Senkzeit des Hub- oder Senkventils linear abhängig z. B. von der Verdrehung eines
Stellgliedes im Gehäuse der Verstellvorrichtung ist. Die Löcher des Lochkranzes
der Ventilplatte werden mit dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet, so daß auch
noch bei sehr geringem Strömungsquerschnitt eine feinfühlige Einstellung mit Hilfe
der Stellglieder möglich ist. Durch die Wahl der Anzahl der Löcher und durch eine
besondere Gestaltung des Querschnittes kann der Einfluß des Lecköles berücksichtigt
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Ventilplatten der
Hub- und der Senkventile durch die Stellglieder gegen die Federkraft einer einzigen
Feder verdreht werden, wobei die Feder gleichzeitig bewirkt, daß die Ventilplatten
gegen die zugehörigen Ventilsitze gedrückt werden.
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Außerdem dienen in den Ventilsitzen angeordnete Leitschaufeln zur
-Führung des Druckmittelstromes. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt.
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F i g.1 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch die Zentralachse
des Hubgerätes. Das im Hubgerät bis zum Ölstand 42 befindliche Druckmittel
wird
bei Einschalten des Motors durch die Pumpe 10, die mittels :einer Sechskantmutter
11 auf der Motorwelle 12 befestigt ist, von dem Raum über dem Verstellkolben über
den überlauf 40 in Pfeilrichtung 13 über den Zulaufkanal 4:1 im Leitkörper 18 unter
den Stellkolben .14 mit Kolbenstange 44 des Hubgerätes gedrückt. Dadurch hebt sich
der Hubkolben 14 mit Kolbenstange 44 in Pfeilrichtung 15. Beim Abschalten des Motors
der Verstellvorrichtung drückt die beim Heben gespannte Feder 45 den Stehkolben
14 in zur Pfeilrichtung 15 entgegengesetzter Richtung, wodurch das Druckmittel in
zur Pfeilrichtung 41, 13 und 40 entgegengesetzter Richtung strömt. Das Druckmittel
strömt bei Hub durch den vom äußeren Zylinder 16 und vom inneren Zylinder
17 des Gehäuses gebildeten Raum zum Leitkörper 18, der z. B. mittels Verschraubung
19 mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Das Druckmittel gelangt durch den Senkventilsitz 20 und den Hubventilsitz
21 unter den Hubkolben 14. Senkventilsitz 20 und Hubventilsitz 21 sind gleichachsig
mit Motorwelle 12 und Hubkolben 14 mit Kolbenstange 44 angeordnet. Beide sind verdrehsicher
mit dem inneren Zylinder 17 verbunden, z. B. durch einen Stift 22. Der Senkventilsitz
20 besitzt an seiner der Pumpe 10 zugewandten Seite Leitschaufeln _23 zur
Führung des Druckmittels.
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Zwischen den Ventilsitzen 20, 21 befinden sich mittels Federkraft
gegen die Ventilsitze 20, 21 gedrückte, längs bewegliche, verdrehbare Ventilplatten
24; 25. Die Ventilplatten 24, 25 sind verdrehbar um einen Zentrierzapfen 26 des
Senkventilsitzes 20 angeordnet. Der Senkventilsitz 20 dient außer zur Zentrierung
der Ventilplatten 24, 25 zur Zentrierung des Hubventilsitzes 21, der wiederum in
den inneren Zylinder 17 zentriert ist.
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Die _ Ventilplatten 24, 25 besitzen je einen Stellwinkel 27, 28, an
denen die im Längsschnitt nicht dargestellten Stellglieder zur Steuerung der Verstellzelten
durch Verdrehung der Ventilplatten 24, 25 um ihre Achse gegen eine Federkraft über
Steilbolzen 38, 39 angreifen. Die Stellwinkel sind zur Mitte des Ventilraumes zwischen
Hubventilsitz 21 und Senkventilsitz 20 abgekröpft, so daß die Stellglieder axial
auf gleicher Höhe liegen. Die Kraft zum Andrücken der Ventilplatten 24, 25 gegen
die zugehörigen Ventilsitze 20, 21 und die Kraft zur Verdrehung der Ventilplatten
24, 25 um ihre Achse werden mittels einer gleichachsig um den Zentrierzapfen 26
angeordneten, mit ihren Enden an den Ventilplatten 24; 25 angreifenden Feder 29
erzielt. Diese Feder 29 wird gegebenenfalls gleichzeitig auf Verdrehung der Biegung
beansprucht.
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Senk- und Hubventilsitz 20, 21 besitzen je einen inneren Lochkranz
mit Löchern 30, 31 zum schnellen Anheben der zugehörigen Ventilplatte 24, 25 und
je einen äußeren Lochkranz mit Löchern 32, 33 zum Erzielen der Ventilwirkung in
Zusammenarbeit mit der zugehörigen Ventilplatte 24, 25. Da die Ventilsitze 20, 21
Gußteile sein können, werden die Lochkränze mit den Löchern 30, 31 bzw. 32, 33 zweckmäßig
kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Jede Ventilplatte 24 bzw. 25 besitzt einen
Lochkranz mit Löchern 34 bzw. 35, mit gleichem Radius wie der :äußere Lochkranz
des zugehörigen Ventilsitzes 20 bzw. 21.
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Die prinzipielle Wirkungsweise der Hub- bzw. Senkventile ist folgende:
Bei der Hubbewegung strömt das Druckmittel von der Pumpe 10 durch die Löcher 32,
34 bzw. 33, 35 unter den Hubkolben 14 und hebt diesen an. Ist der Strömungsquerschnitt
entsprechend den Löchern 32, 34 zu gering, so wird mit Hilfe der Löcher 30 die Ventilplatte
24 durch das Druckmittel gegen die Druckkraft der Feder 29 schnell abgehoben, und
das Druckmittel kann drosselfrei durch die Löcher 32, 34 und durch den Spalt am
Außendurchmesser der Ventilplatte 24 abströmen. Auf diese Weise wirkt nur der Strömungsquerschnitt
entsprechend den Löchern 33, 35. Durch die Wahl dieses Strömungsquerschnittes können
die Hubzeiten leicht beeinflußt werden. Entsprechend wirkt bei Absenken des Kolbens
14 nur der Strömungsquerschnitt entsprechend den Löchern 32, 34, während die Ventilplatte-
25 auch mit Hilfe der Löcher 31 des inneren Lochkranzes des Hubventilsitzes 21 gegen
die Druckkraft der Feder 29 schnell abgehoben wird. Durch die Verdrehung der Ventilplatten
24, 25 gegen die Verdrehkraft der Feder 29 um die zentrale Achse der Verstellvorrichtung
und durch die Wahl des Querschnittes der Löcher 34, 35 des Lochkranzes der Ventilplatten
24, 25 können die Verstellzeiten im gewünschten Sinne beeinflußt werden.
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In F i g. 2 ist ein Querschnitt A-A entsprechend F i g.1 dargestellt.
Die das Gehäuse durchdringenden Stellglieder 36, 37, welche zur Beaufschlagung der
Stellbolzen 38, 39 und Verdrehung der Ventilplatten 24, 25 um ihre Achse dienen,
sind stetig mittels Gewinde und/oder stufenweise, bajonettverschlußartig einstellbar.
Die Stellglieder 36, 37 sind im Gehäuse 16, die Steilbolzen 38, 39 im Hubventilsitz
21 geführt.
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Die einzelnen Druckräume der Verstellvorrichtung lassen sich gut gegeneinander
abdichten. Die Steilbolzen 38, 39 greifen an den Stellwinkel 27, 28 der Ventilplatten
24, 25 an und können die Ventilplatten 24, 25 jeweils in die Stellungen »zu« bzw.
»offen« und jede Zwischenstellung bringen.
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Bei ganz herausgeschraubter Stellung 52, 53 der Stellglieder 36, 37
verdrehen sich die Ventilplatten 24, 25 durch die Feder 29 zwangsweise in Stellung
»offen« 54, die Verstellwinke127, 28 der Ventilplatten 24, 25 liegen in den Stellungen
46, 48 an den Anschlägen 50, 51 des Hubventilsitzes 21 und werden von Steilbolzen
38, 39 nicht mehr beaufschlagt. Hierbei ist die Spannung der Feder 29 am geringsten.
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Durch Hereinschrauben der Stellglieder 36, 37 werden über die Stellbolzen
38, 39 die Stellwinkel 27, 28 auf Stellung »zu« 47, 48 gebracht und die Spannung
der Feder 29 erhöht. Hierdurch werden die Ventilplatten 24, 25 auf Stellung »zu«
55 verdreht. Bei Nichtbeeinflussung der Verstellzeiten - Stellung »offen« 54 der
Ventilplatten 24, 25 - sind die Stellglieder 36, 37 also immer in Stellung 52, 53.
Die Wahl der Zahl und der Querschnitte der Löcher 32, 34 bzw. 33, 35 erfolgt derart,
daß die entsprechenden Strömungsquerschnitte bei der Stellung »offen« 54 der Ventilplatten
24, 25 maximal, bei der Stellung »zu« 55 der Ventilplatten 24, 25 gerade Null ist.
F i g. 3 bis 5 veranschaulichen das für einen äußeren Lochkranz mit drei Löchern.
Die Figuren gelten gleichermaßen für Senk- und Hubventile.
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F i g. 3 veranschaulicht den maximalen Strömungsquerschnitt, der durch
die Löcher 32 bzw. 33 Ventilsitze 20 bzw. 21 mit den Löchern 34 bzw. 35 der Ventilplatten
24 bzw. 25 gebildet wird.
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F i g. 4 zeigt entsprechend eine Mittelstellung, während F i g. 5
die Stellung »zu« zeigt, bei der der Strömungsquerschnitt
gerade
Null ist. F i g. 3 bis 5 zeigen, daß die Löcher 34, 35 der Ventilplatten 24, 25
dreieckförmigen oder angenähert dreieckförmigen Querschnitt und gleichen Radius
wie der äußere Lochkranz des zugehörigen Ventilsitzes 20, 21 besitzen.
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F i g. 6 zeigt die Ventilplatte 24 mit acht Löchern 54 dreieckförmigen
Querschnitts, die der Zahl der Löcher 32 des Senkventilsitzes 20 entsprechen muß.
Die dreieckförmigen Querschnitte der Löcher 34 des Lochkranzes der Ventilplatte
24 sind gleichschenklige Dreiecke mit gleicher Basis und unterschiedlichen Höhen.
Die Basis der Dreiecke ist etwa senkrecht zu einer entsprechenden Tangente des Lochkranzes.
In Bohrung 56 ist die Feder 29 aufgehängt. Da die Ventilplatten 24, 25 gleich sind,
gilt F i g. 6 für Ventilplatte 25 ebenfalls.
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F i g. 7 zeigt einen angenähert dreieckförmigen Querschnitt, der zur
besonders feinfühligen Einstellung hoher Verstellzeiten geeignet ist.
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F i g. 8 zeigt mit Kennlinie A das typische Verhalten von elektrohydraulischen
Hubgeräten mit Ventilen bekannter Bauart. Kennlinie B entspricht einem Hubgerät
mit Ventilen entsprechend der Erfindung. Durch die Wahl der Dreiecke entsprechend
F i g. 3 bis 7 läßt sich der Einfluß des Lecköles, welches z. B. bei Hub zwischen
Zentrierzapfen 26 und Ventilplatte 25 das entsprechende Ventil umgeht, berücksichtigen.
Entspricht in F i g. 8 die Strecke a-b einer Umdrehung eines Stellgliedes, so wird
entsprechend der Kennlinie A die Verstellzeit um den Betrag tA geändert. Bei einem
Gerät mit der Kennlinie B um den Betrag tB. Aus dem Vergleich der Zeiten tB und
tA läßt sich ersehen, daß die Verstellzeiten beim Erfindungsgegenstand wesentlich
genauer und feinfühliger eingestellt werden können als bei den bekannten Verstellvorrichtungen.
Notfalls kann durch entsprechende Ausbildung der Löcher 34, 35 der Ventilteller
24, 25 sogar ein Kennlinienverlauf entsprechend C erreicht werden.
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Insbesondere aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß infolge der dreieckförmigen
Ausbildung der Löcher 34, 35 kurz vor der Stellung »zu« eine besondere feinfühlige
Einstellung der Verstellzeiten auch bei Berücksichtigung der Leckölströme erreicht
wird.