DE1475927C - Steuerventil fur die Steuerung eines hydraulischen Kolben-Stellmotors - Google Patents

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 Druckfiüssigkeitsquelle 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 in 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- . Hilfsventil 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 Bewegüngsänderungen 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 40 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-Rückfiußleitiing verbundenen dritten Kammer. nischen 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 Hilfsventil 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-

ren Steuerventils eine Bewegung in der anderen Richtung hervorruft.

Eine weitere die Bedienung vereinfachende zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber in die erste Einstellung vorgespannt und gegen die Vorspannkraft betätigbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. ■ . -

In der Figur sind zwei Steuerventile 10, 11 zur Steuerung zweier doppelseitig beaufschlagbarer Stellmotore 44, 45 dargestellt. Die Teile des Steuerventils 11 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie die Teile, des Steuerventils 10, jedoch unter Zusatz des Buchstabens a, bezeichnet.

Das Steuerventil 10 hat ein Ventilgehäuse 12 mit einer Bohrung, in der ringförmige Flüssigkeitskammern 13, 14 und 15 zwischen Stegen 16, 17 und 18 und einer Endwand 19 ausgebildet sind.

In der Bohrung des Ventilgehäuses 12 ist ein hohler Ventilschieber 20 verschiebbar, in dessen zylindrischem Hohlraum 21 ein Ventilkörper 22 eines Hillsventils verschiebbar ist. An seinem unteren Ende ist der Durchmesser des Ventilkörpers 22 stufenartig verringert, so daß eine Druckfläche 23, ein Kopf 24 sowie ein vom Kopf nach unten verlaufender Stößel 26 vorhanden sind. Der Kopf 24 wirkt mit einem im unteren Ende des Hohlraumes des Ventilschiebers 20 ausgebildeten Sitz 25 zusammen.

Ein Hebel 27 ist an einem Zwischenstück 28 angelenkt, das seinerseits an einer Grundplatte 29 angelenkt ist. Der Hebel 27 ist ferner drehbar mit einer. Schieberstange 30 verbunden, die am oberen Ende des Ventilschiebers 20 befestigt ist und den Hohlraum 21 des Ventilschiebers nach oben abschließt. Zwischen dem Hebel 27 und der Grundplatte 29 befindet sich eine Druckfeder 31.

Von der Schieberstange 30 aus· erstreckt sich eine Verlängerung 32 von vermindertem Durchmesser nach unten in den Hohlraum 21 des Ventilschiebers 20. Diese Verlängerung kann mit dem oberen Ende des Ventilkörpers 22 des Hilfsventil in Eingriff treten. Zwischen dem Ventilkörper 22 und der Schieberstange 30" ist eine Schräübendruckfeder 33 angeordnet. ^: .

Der Ventilkörper 22 ist mit einer Dichtung 34, z. B. einem O-Ring, versehen. Durch den Ventilkörper 22 erstreckt sich in Längsrichtung ein Kanal 35, der von der Oberseite des Ventilkörpers 22 nach unten in den Stößel 26 hineinführt und mit dem unteren Ende des zylindrischen Hohlraumes 21 durch Öffnungen 36 und 37 in Verbindung steht, so daß das Strömungsmittel den Hohlraum oberhalb des Ventilkörpers 22 ausfüllen kann.

Der Ventilkörper 20 ist mit einer Dichtung 38, z. B. einem O-Ring, versehen sowie mit einer in einen kleinen Ringkanal übergehenden radialen Öffnung 39 und einer weiteren ringförmigen Nut 40 von beträchtlicher axialer Abmessung, die an ihren Enden Schieberstege 41, 42 definiert. Im Bereich der ringförmigen Nut 40 ist eine radiale Öffnung 43 vorgesehen, die mit der ringförmigen Flüssigkeitskammer 14 in Verbindung steht. -

Bei der weiteren Beschreibung des Schiebers 20 und des Ventilkörpers 22 ist zu beachten, daß diese Teile" eine Kombination aus Zumeß- und Überdruckventil bilden.

Das Steuerventil 11 ist in seiner ersten Einstellung dargestellt und das Steuerventil 10 in seiner zweiten Einstellung. In der ersten Einstellung ist die ringförmige Druckfläche 23, 23α des Ventilkörpers 22, 22a über die Öffnung 43, 43 a mit Strömungsmitteldruck beaufschlagt, so wie es in der Figur bei dem Steuerventil 11 dargestellt ist. Wenn der Strömungsmitteldruck die Kraft der Feder 33, 33 α übersteigt, wird der Kopf 24, 24 α von seinem Sitz abgehoben, so daß

ίο das Hilfsventil als Überdruckventil arbeitet.

Wenn der Hebel 27, 27 α heruntergedrückt wird, bewegen sich der Ventilschieber 20, 20 a und der Ventilkörper 22, 22a zunächst gemeinsam, wobei der Ventilkopf 24, 24 a auf seinem Sitz 25, 25 α aufliegt, bis der Stößel 26, 26 a an die Endwand 19, 19 a stößt und damit zum Stillstand kommt. Beim weiteren Herunterdrücken des Hebels 27, 27 a bewegt sich der Schieber 20, 20 a gegenüber dem inneren Ventilkör-

- per 22, 22 a weiter. Dadurch wird der Ventilkopf 24, 24 a von seinem Sitz 25, 25 a abgehoben, und durch die Öffnung 43, 43 a kann Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Flüssigkeitskammer 13, 13 a in die dritte Flüssigkeitskammer 14, 14 a abströmen, wobei der Durchfluß von. der Größe des freigegebenen Quer-Schnitts der Öffnung 43, 43 a abhängt, so daß das Hilfsventil als Zumeßventil arbeitet. Die beiden Zylinder 44 und 45 des Stellmotors sind auf Stützen 46 bzw. 47 schwenkbar gelagert. Die Zylinder 44 und 45 sind mit verschiebbaren Kolben 48 bzw. 49 ausgerüstet, deren Kolbenstangen 50 bzw. 51 an entgegengesetzten Enden eines zweiarmigen Hebels 52 angelenkt sind. Der Hebel 52 setzt sich einstückig in einen mit dem Arbeitsgerät verbundenen Ausleger 53 fort und ist schwenkbar an einer Stütze 54 gelagert.

Zur Zufuhr von Druckflüssigkeit dient eine Leitung 55, die an eine druckkompensierte Kolbenpumpe 56 angeschlossen ist und von dieser ständig unter Druck gehalten wird. Eine Leitung 57 verbindet die Leitung 55 mit einer Speiseleitung 58, die über ein Rückschlagventil 59 bzw. 60 mit der ersten Flüssigkeitskammer 13 bzw. 13 a des Steuerventils 10 bzw. 11 in Verbindung steht.

Eine Rückflußleitung 61, die an ein Reservoir 62 angeschlossen ist, steht über Leitungen 63 und 64 mit den- dritten Flüssigkeitskammern15 bzw. 15 a der Steuerventile 10 bzw. 11 in Verbindung.

Eine Leitung 65 verbindet das kolbenseitige Ende des Zylinders 44 mit dem stangenseitigen Ende des Zylinders 45, und eine weitere Leitung 66 verbindet das stangenseitige Ende des Zylinders 44 mit dem kolbenseifigen Ende des Zylinders 45. Die zweite Flüssigkeitskammer 14 des Ventils 10 steht über eine Leitung 67 mit der Leitung 66 und entsprechend die zweite Flüssigkeitskammer 14 a des Steuerventils 11 über eine Leitung 68 mit der Leitung 65 in Verbindung.

Wenn im Betrieb beide Steuerventile 10, 11 sich in ihrer ersten Einstellung (entsprechend der in der Figur gezeigten Einstellung des Ventils 11) befinden, steht der Ausleger 53 still und die Pumpe 56 hält die Flüssigkeitskammern 13 und 14 bzw. 13a und 14a der Steuerventile 10 und 11 ständig unter Druck. Sollte der auf die Druckflächen 23 oder 23 a einwirkende Druck die Kraft der Feder 33 oder 33 a übersteigen, so würden die Ventilköpfe 24 oder 24a von ihrem Sitz abgehoben und dadurch als Entlastungsoder Überdruckventil wirken.

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 Flüssigkeitskämmerl3a 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 14a und die Leitungen 68 und 65. Dies gilt, wie gesagt, dafür, daß beide Hebel 27, 27a 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. arischlägt. 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 zürn Reservoir 62.

Während dieses Rückflusses liefert die erste Flüssigkeitskammer 13a des Steuerventils .11, die bei der unveränderten ersten Einstellung des Steuerventils 11 ständig unter Drück gehalten wird, Drückflüssigkeit zu der Kolbenseite .urid der Starigenseite de? Zylinder 44 bzw. 45, und dies führt dazu,- daß der Kolben 48 mit seiner Kolbenstange 50 gegeti das entsprechende Ende des Hebels 52 drückt und der Kplben 4sf am anderen Ende des Hebels 52 φϊηε Zugkraft ausübt. Dadurch wird der Ausleger 5$ entgegen¹ dem' Uhrzeigersinn verschwenkt. Der Strömüngsweg der Druckflüssigkeit führt dabei vofr der FtüssigkeitS^arB-" met Ii ά durch die Fiussigkeitsfea'mrner ί4 _σ ün'd J{_e Leitungen 68 und 65, wie aus dem fechten' TeIf 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 (3)

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 'hoMen Ventilschieber und einem im Hohlraum des Ventil-Schiebers ausgebildeten Sitz für den Ventilkcrrper eines Hilfsventil, der durch Federkraft auf den Sitz gedrückt wird, wobei der Ventilschieber in einer ersten Einstellung den Durchtritt von Druck-, flüssigkeit 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, d ad urch -gekennzeichne t, daß das Hilfsventil (24, 25; 24 a, 25a) 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 α) führenden Speiseleitung (57, 58) ein Rückschlagventil (59; 60) vorgesehen ist und daß der Ventilkörper (22; 22a) des Hilfsventils (24, 25; 24a 25a) 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 ί oder!2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber

(20; 2θ.α) in die erste Einstellung vorgespannt und gegen die Vofspännkräft betätigbar ist.

Hierzu I Blatt Zeichnungen