DE1475927B1

DE1475927B1 - Steuerventil fuer die steuerung eines hydraulischenkolben stellmotors

Info

Publication number: DE1475927B1
Application number: DE19651475927
Authority: DE
Inventors: William T Stephens
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1964-03-23
Filing date: 1965-03-20
Publication date: 1971-02-25
Also published as: GB1101501A; BE661450A; US3270622A; NL6503677A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für die änderungen des Arbeitsgeräts und die damit ver-Steuerung eines hydraulischen Kolben-Stellmotors, bundenen Rückwirkungen auf die mechanische mit einem Ventilgehäuse, in dessen Bohrung drei Lagerung des Arbeitsgeräts.

axial gegeneinander versetzte Flüssigkeitskammern Gegenüber den beschriebenen Schwierigkeiten, die

ausgebildet sind, von denen die erste mit einer zur 5 naturgemäß besonders bei Arbeitsgeräten mit großer Druckflüssigkeitsquelle führenden Speiseleitung, die bewegter Masse auftreten, ist es verhältnismäßig zweite mit einer zum Zylinder des Stellmotors füh- einfach, etwaige Drucksteigerungen in der Zuleitung renden Druckleitung und die dritte mit einer Rück- zur Druckflüssigkeitsquelle zu beherrschen. Hier sind flußleitung verbunden ist, einem in der Bohrung des nämlich keine großen bewegten Massen vorhanden Ventilgehäuses verschiebbaren hohlen Ventilschieber io (allenfalls die bewegten Massen einer Hydraulik- und einem im Hohlraum des Ventilschiebers aus- pumpe und der in der Speiseleitung stehenden gebildeten Sitz für den Ventilkörper eines Hilfs- Flüssigkeitssäule), so daß gefährliche Rückwirkungen ventils, der durch Federkraft auf den Sitz gedrückt auf die Standfestigkeit des das Arbeitsgerät tragenwird, wobei der Ventilschieber ia einer ersten Ein- den Aufbaues nicht zu befürchten sind und beispielsstellung den Durchtritt von Druckflüssigkeit aus 15 weise die normalerweise an Hydraulikpumpen der Speiseleitung zum Zylinder des Stellmotors ge- üblichen Überdruckventile vollauf genügen,
stattet und in einer zweiten Einstellung die zum Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe

Zylinder des Stellmotors führende Druckleitung über aus, ein Steuerventil zu schaffen, das die beschriedas dann von einem Stößel geöffnete Hilfsventil mit benen Stoßbelastungen der Lagerung des vom Stellder Rückflußleitung verbindet. 20 motor betätigten Arbeitsgeräts verhindert oder zuWenn das vom Stellmotor angetriebene Arbeits- mindest auf ein ungefährliches Ausmaß reduziert,
gerät eine verhältnismäßig große Masse hat, wie es Nach der Erfindung erfolgt die Lösung dieser

beispielsweise bei Auslegern von Baggern oder ahn- Aufgabe mit einem Steuerventil der eingangs angelichen Maschinen der Fall ist, können bei zu plötz- gebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß liehen Bewegungsänderungen der angetriebenen 25 das Hilfsventil im Strömungsweg zwischen der Masse unzulässig hohe Reaktionskräfte an der zweiten, mit der Druckleitung verbundenen Kammer Lagerung des angetriebenen Teils auftreten, so daß und der dritten, mit der Rückflußleitung verbundees beispielsweise bei auf Fahrzeugen montierten nen Kammer angeordnet ist, daß in der zur ersten Arbeitsgeräten zu Kippbewegungen des Fahrzeuges Kammer führenden Speiseleitung ein Rückschlagkommen kann. Diese Gefahren können selbst dann 30 ventil vorgesehen ist und daß der Ventilkörper des noch von Bedeutung sein, wenn sich die zum Kolben- Hilfsventils gegen seine Federvorspannung von dem Stellmotor führende Druckleitung über ein Über- in der dritten Kammer herrschenden Druck beaufdruckventil entlasten kann; denn vielfach ist die schlagt ist und eine zusätzliche Druckfläche aufweist, Öffnungszeit eines solchen Überdruckventils so groß, die ständig von dem in der zweiten Kammer herrdaß sich der bei plötzlichen Bewegungsänderungen 35 sehenden Druck beaufschlagt ist, so daß das Hilfsdes Arbeitsgeräts hervorgerufene Druckstoß bis zu ventil sowohl in der ersten Einstellung als Übereinem störenden Ausmaß aufbauen kann, ehe sich druckventil für die Speiseleitung wirkt als auch in das Überdruckventil genügend weit geöffnet hat. beiden Einstellungen für Druckstöße in der Druck-

Bei einem bekannten Steuerventil der eingangs leitung durchgängig ist.

angegebenen Art liegt in der ersten Einstellung das 4° Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil können im Ventilschieber angeordnete Hilfsventil als Rück- sich somit die bei Steuervorgängen durch Bewegungsschlagventil im Strömungsweg zwischen der mit der änderungen der angetriebenen Masse auftretenden Speiseleitung verbundenen ersten Kammer und der Überdrücke in der Druckleitung in jedem Fall ohne mit der Druckleitung verbundenen zweiten Kammer, Behinderung durch ein vor der Druckleitung liegen- und der hohle Ventilschieber liegt als Überdruck- 45 des Rückschlagventil über das Hilfsventil zur Rückventil im Strömungsweg zwischen der mit der Speise- flußleitung ausgleichen, so daß die Bewegungsleitung verbundenen ersten Kammer und der mit der änderungen verlangsamt und die gefährlichen mecha-Rückflußleitung verbundenen dritten Kammer. rüschen Stoß- oder Kippbelastungen auf den tragen-Daraus ergibt sich, daß ein Druckstoß, der in der den Aufbau entsprechend vermindert sind. Dabei ist Druckleitung beispielsweise dann auftreten kann, 50 es besonders vorteilhaft, daß beim Umsteuern von wenn ein auf einem bewegten Fundament gelagertes, der zweiten in die erste Einstellung das Hilfsventil von dem Kolben-Stellmotor angetriebenes Arbeits- von der geöffneten in die geschlossene Stellung begerät an einem Hindernis anstößt und sich das wegt wird, so daß bei geeigneter Bemessung des Fundament infolge seiner Trägheit noch weiter- Stößels des Hilfsventils ein beim Umsteuern etwa bewegt, sich nicht ausgleichen kann, da ein solcher 55 auftretender Druckstoß in der Druckleitung nicht Druckstoß das als Rückschlagventil wirkende Hilfs- erst das Hilfsventil zu öffnen braucht, um den ventil schließt. Ein weiterer Nachteil besteht beson- Druckausgleich einzuleiten, sondern lediglich das ders darin, daß bei raschem oder plötzlichem Um- noch geöffnete Hilfsventil offen hält, bis der Drucksteuern des Ventils von der zweiten Einstellung in ausgleich erfolgt ist.

die erste Einstellung, d. h. beim Anhalten einer 60 Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs-Rücklaufbewegung des Arbeitsgeräts, ein hoher An- gemäßen Steuerventils ist gekennzeichnet durch teil der kinetischen Energie der bewegten Masse des paarweise Anwendung zur Steuerung zweier doppel-Arbeitsgeräts in einen Druckstoß umgesetzt wird, da seitig beaufschlagbarer Kolben-Stellmotore, die sich das einmal geschlossene Hilfsventil unter dem gegensinnig an der zu bewegenden Masse angreifen. Einfluß eines solchen Druckstoßes nur noch fester 65 Hierbei ergibt sich eine besonders sinnfällige und auf seinen Sitz legt. Nicht nur die beschriebenen einfache Bedienung, bei der die Betätigung des einen Druckstöße sind unerwünscht, sondern besonders Steuerventils eine Bewegung der angetriebenen Masse auch die ihre Ursache bildenden raschen Bewegungs- in der einen Richtung und die Betätigung des ande-

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ren Steuerventils eine Bewegung in der anderen Das Steuerventil 11 ist in seiner ersten Einstellung

Richtung hervorruft. dargestellt und das Steuerventil 10 in seiner zweiten

Eine weitere die Bedienung vereinfachende zweck- Einstellung. In der ersten Einstellung ist die ringför-

mäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuer- mige Druckfläche 23, 23 α des Ventilkörpers 22, 22 a

ventils ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil- 5 über die Öffnung 43, 43 α mit Strömungsmitteldruck

schieber in die erste Einstellung vorgespannt und beaufschlagt, so wie es in der Figur bei dem Steuer-

gegen die Vorspannkraft betätigbar ist. ventil 11 dargestellt ist. Wenn der Strömungsmittel-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in druck die Kraft der Feder 33, 33 α übersteigt, wird

der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher der Kopf 24, 24 α von seinem Sitz abgehoben, so daß

beschrieben. io das Hilfsventil als Überdruckventil arbeitet.

In der Figur sind zwei Steuerventile 10, 11 zur Wenn der Hebel 27, 27 α heruntergedrückt wird,

Steuerung zweier doppelseitig beaufschlagbarer bewegen sich der Ventilschieber 20, 20 a und der

Stellmotore 44, 45 dargestellt. Die Teile des Steuer- Ventilkörper 22, 22 a zunächst gemeinsam, wobei der

ventils 11 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie Ventilkopf 24, 24 a auf seinem Sitz 25, 25 α aufliegt,

die Teile des Steuerventils 10, jedoch unter Zusatz 15 bis der Stößel 26, 26 a an die Endwand 19, 19 a stößt

des Buchstabens α, bezeichnet. und damit zum Stillstand kommt. Beim weiteren

Das Steuerventil 10 hat ein Ventilgehäuse 12 mit Herunterdrücken des Hebels 27, 27 a bewegt sich der

einer Bohrung, in der ringförmige Flüssigkeitskam- Schieber 20, 20 α gegenüber dem inneren Ventilkör-

mern 13, 14 und 15 zwischen Stegen 16, 17 und 18 per 22, 22 a weiter. Dadurch wird der Ventilkopf 24,

und einer Endwand 19 ausgebildet sind. 20 24 a von seinem Sitz 25, 25 a abgehoben, und durch

In der Bohrung des Ventilgehäuses 12 ist ein höh- die Öffnung 43, 43 α kann Hydraulikflüssigkeit aus ler Ventilschieber 20 verschiebbar, in dessen zylin- der zweiten Flüssigkeitskammer 13, 13 α in die dritte drischem Hohlraum 21 ein Ventilkörper 22 eines Flüssigkeitskammer 14, 14 a abströmen, wobei der Hilfsventil verschiebbar ist. An seinem unteren Ende Durchfluß von der Größe des freigegebenen Querist der Durchmesser des Ventilkörpers 22 stufenartig 25 Schnitts der Öffnung 43, 43 α abhängt, so daß das verringert, so daß eine Druckfläche 23, ein Kopf 24 Hilfsventil als Zumeßventil arbeitet. Die beiden Zysowie ein vom Kopf nach unten verlaufender Stößel linder 44 und 45 des Stellmotors sind auf Stützen 46 26 vorhanden sind. Der Kopf 24 wirkt mit einem im bzw. 47 schwenkbar gelagert. Die Zylinder 44 und unteren Ende des Hohlraumes des Ventilschiebers 45 sind mit verschiebbaren Kolben 48 bzw. 49 aus-20 ausgebildeten Sitz 25 zusammen. 30 gerüstet, deren Kolbenstangen 50 bzw. 51 an ent-

Ein Hebel 27 ist an einem Zwischenstück 28 ange- gegengesetzten Enden eines zweiarmigen Hebels 52

lenkt, das seinerseits an einer Grundplatte 29 ange- angelenkt sind. Der Hebel 52 setzt sich einstückig in

lenkt ist. Der Hebel 27 ist ferner drehbar mit einer einen mit dem Arbeitsgerät verbundenen Ausleger

Schieberstange 30 verbunden, die am oberen Ende 53 fort und ist schwenkbar an einer Stütze 54 gelagert,

des Ventilschiebers 20 befestigt ist und den Hohl- 35 Zur Zufuhr von Druckflüssigkeit dient eine Lei-

raum 21 des Ventilschiebers nach oben abschließt. tung 55, die an eine druckkompensierte Kolben-

Zwischen dem Hebel 27 und der Grundplatte 29 be- pumpe 56 angeschlossen ist und von dieser ständig

findet sich eine Druckfeder 31. unter Druck gehalten wird. Eine Leitung 57 verbin-

Von der Schieberstange 30 aus erstreckt sich eine det die Leitung 55 mit einer Speiseleitung 58, die über

Verlängerung 32 von vermindertem Durchmesser 40 ein Rückschlagventil 59 bzw. 60 mit der ersten Flüs-

nach unten in den Hohlraum 21 des Ventilschiebers sigkeitskammerl3 bzw. 13 a des Steuerventils 10 bzw.

20. Diese Verlängerung kann mit dem oberen Ende 11 in Verbindung steht.

des Ventilkörpers 22 des Hilfsventils in Eingriff Eine Rückflußleitung 61, die an ein Reservoir 62

treten. Zwischen dem Ventilkörper 22 und der Schie- angeschlossen ist, steht über Leitungen 63 und 64 mit

berstange 30 ist eine Schraubendruckfeder 33 ange- 45 den dritten Flüssigkeitskammern 15 bzw. 15 a der

ordnet. Steuerventile 10 bzw. 11 in Verbindung.

Der Ventilkörper 22 ist mit einer Dichtung 34, Eine Leitung 65 verbindet das kolbenseitige Ende

z. B. einem O-Ring, versehen. Durch den Ventilkör- des Zylinders 44 mit dem stangenseitigen Ende des

per 22 erstreckt sich in Längsrichtung ein Kanal 35, Zylinders 45, und eine weitere Leitung 66 verbindet

der von der Oberseite des Ventilkörpers 22 nach 50 das stangenseitige Ende des Zylinders 44 mit dem

unten in den Stößel 26 hineinführt und mit dem unte- kolbenseitigen Ende des Zylinders 45. Die zweite

ren Ende des zylindrischen Höhlraumes 21 durch Öff- Flüssigkeitskammer 14 des Ventils 10 steht über eine

nungen 36 und 37 in Verbindung steht, so daß das Leitung 67 mit der Leitung 66 und entsprechend die

Strömungsmittel den Hohlraum oberhalb des Ventil- zweite Flüssigkeitskammer 14 a des Steuerventils 11

körpers 22 ausfüllen kann. 55 über eine Leitung 68 mit der Leitung 65 in Ver-

Der Ventilkörper 20 ist mit einer Dichtung 38, bindung.

ζ. B. einem O-Ring, versehen sowie mit einer in Wenn im Betrieb beide Steuerventile 10, 11 sich in

einen kleinen Ringkanal übergehenden radialen ihrer ersten Einstellung (entsprechend der in der

Öffnung 39 und einer weiteren ringförmigen Nut 40 Figur gezeigten Einstellung des Ventils 11) befinden,

von beträchtlicher axialer Abmessung, die an ihren 60 steht der Ausleger 53 still und die Pumpe 56 hält die

Enden Schieberstege 41, 42 definiert. Im Bereich der Flüssigkeitskammern 13 und 14 bzw. 13 a und 14 a

ringförmigen Nut 40 ist eine radiale Öffnung 43 vor- der Steuerventile 10 und 11 ständig unter Druck,

gesehen, die mit der ringförmigen Flüssigkeitskam- Sollte der auf die Druckflächen 23 oder 23 α einwir-

mer 14 in Verbindung steht. kende Druck die Kraft der Feder 33 oder 33 α über-

Bei der weiteren Beschreibung des Schiebers 20 65 steigen, so würden die Ventilköpfe 24 oder 24 α von und des Ventilkörpers 22 ist zu beachten, daß diese ihrem Sitz abgehoben und dadurch als Entlastungs-Teile eine Kombination aus Zumeß- und Überdruck- oder Überdruckventil wirken,
ventil bilden. Infolge der beiderseitigen Druckbeaufschlagung

und der Anwesenheit der Rückschlagventile 59 und 60 sind die Kolben 48 und 49 festgehalten und durch gegenseitige Druckbeaufschlagung gegeneinander verriegelt. Das stangenseitige Ende des Zylinders 44 und das kolbenseitige Ende des Zylinders 45 stehen in Verbindung mit der ersten Flüssigkeitskammer 13 des Steuerventils 10, und das kolbenseitige Ende des Zylinders 44 und das stangenseitige Ende des Zylinders 45 stehen mit der ersten Flüssigkeitskammer 13 a des Ventils 11 in Verbindung. Der Strömungsweg von der Flüssigkeitskammer 13 zum stangenseitigen bzw. kolbenseitigen Ende der Zylinder 44 bzw. 45 führt über die zweite Flüssigkeitskammer 14 und die Leitungen 67 und 66. Der Strömungsweg von der Flüssigkeitskammer 13 α zum kolbenseitigen bzw. stangenseitigen Ende der Zylinder 44 bzw. 45 führt über die zweite Flüssigkeitskammer 14 a und die Leitungen 68 und 65. Dies gilt, wie gesagt, dafür, daß beide Hebel 27, 27 a der Steuerventile 10, 11 nicht heruntergedrückt sind, sondern sich in der ersten Einstellung befinden, entsprechend der in der Figur für das Steuerventil 11 gewählten Darstellung.

Zur Einstellung einer Verschwenkung des Auslegers 53 im Gegenuhrzeigersinn wird der Hebel 27 des Ventils 10 heruntergedrückt. Dadurch wird der Ventilschieber 20 nach unten bewegt und gemeinsam damit auch der Ventilkörper 22, bis der Stößel 26 an der Endwand 19 anschlägt. Nachdem so die Bewegung des Ventilkörpers 22 zum Stillstand gekommen ist, hebt die weitere Bewegung des Schiebers 20 den Ventilkopf 24 vom Ventilsitz 25 ab, so daß die Flüssigkeitskammern 14 und 15 über die Öffnung 43 miteinander verbunden werden. Dieser Zustand, der die zweite Einstellung des Steuerventils darstellt, ist in der Figur bei dem linken Steuerventil 10 dargestellt. Bei dieser Einstellung kann Druckflüssigkeit aus dem stangenseitigen Ende des Zylinders 44 und dem kolbenseitigen Ende des Zylinders 45 abströmen, und zwar verläuft der Strömungsweg durch die Leitungen 66 und 67, die Flüssigkeitskammer 14, die Öffnung 43, die Flüssigkeitskammer 15 und die Leitungen 64, 63 zurück zum Reservoir 62.

Während dieses Rückflusses liefert die erste Flüssigkeitskammer 13 a des Steuerventils 11, die bei der unveränderten ersten Einstellung des Steuerventils 11 ständig unter Druck gehalten wird, Druckflüssigkeit zu der Kolbenseite und der Stangenseite der Zylinder 44 bzw. 45, und dies führt dazu, daß der Kolben 48 mit seiner Kolbenstange 50 gegen das entsprechende Ende des Hebels 52 drückt und der Kolben 49 am anderen Ende des Hebels 52 eine Zugkraft ausübt. Dadurch wird der Ausleger 53 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Der Strömungsweg der Druckflüssigkeit führt dabei von der Flüssigkeitskammer 13 α durch die Flüssigkeitskammer 14 a und die Leitungen 68 und 65, wie aus dem rechten Teil der Figur ersichtlich ist.

Wenn der Ausleger 53 im Uhrzeigersinn geschwenkt werden soll, wird der Hebel 27 a heruntergedrückt und der Vorgang läuft in analoger, jedoch umgekehrter Weise ab.

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerventil für die Steuerung eines hydraulischen Kolben-Stellmotors, mit einem Ventilgehäuse, in dessen Bohrung drei axial gegeneinander versetzte Flüssigkeitskammern ausgebildet sind, von denen die erste mit einer zur Druckflüssigkeitsquelle führenden Speiseleitung, die zweite mit einer zum Zylinder des Stellmotors führenden Druckleitung und die dritte mit einer Rückflußleitung verbunden ist, einem in der Bohrung des Ventilgehäuses verschiebbaren 'hohlen Ventilschieber und einem im Hohlraum des Ventilschiebers ausgebildeten Sitz für den Ventilkörper eines Hilfsventil, der durch Federkraft auf den Sitz gedrückt wird, wobei der Ventilschieber in einer ersten Einstellung den Durchtritt von Druckflüssigkeit aus der Speiseleitung zum Zylinder des Stellmotors gestattet und in einer zweiten Einstellung die zum Zylinder des Stellmotors führende Druckleitung über das dann von einem Stößel geöffnete Hilfsventil mit der Rückflußleitung verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (24, 25; 24 a, 25 a) im Strömungsweg zwischen der zweiten, mit der Druckleitung (67, 68) verbundenen Kammer (14; 14 a) und dritten, mit der Rückflußleitung (63,64) verbundenen Kammer (15; 15 a) angeordnet ist, daß in der zur ersten Kammer (13; 13 a) führenden Speiseleitung (57, 58) ein Rückschlagventil (59; 60) vorgesehen ist und daß der Ventilkörper (22; 22 a) des Hilfsventils (24, 25; 24 a 25 a) gegen seine Federvorspannung (33; 33 a) von dem in der dritten Kammer (15; 15 a) herrschenden Druck beaufschlagt ist und eine zusätzliche Druckfläche (23; 23 a) aufweist, die ständig von dem in der zweiten Kammer(14; 14 a) herrschenden Druck beaufschlagt ist, so daß das Hilfsventil sowohl in der ersten Einstellung als Überdruckventil für die Speiseleitung (57, 58) wirkt als auch in beiden Einstellungen für Druckstöße in der Druckleitung (67; 68) durchgängig ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch paarweise Anwendung zur Steuerung zweier doppelseitig beaufschlagbarer Kolben-Stellmotoren (44; 45), die gegensinnig an der zu bewegenden Masse (53) angreifen.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (20; 20 a) in die erste Einstellung vorgespannt und gegen die Vorspannkraft betätigbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen