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Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulisch betätigten Steuerschieber,
bei dem in dem Schiebergehäuse zwei auf den Schieberkörper entgegengesetzt gerichtete
Kräfte ausübende Steuerkammern angeordordnet sind und der Schieberkörper, dessen
wirksame Steuerfläche in der einen Steuerkammer größer ist als in der anderen Steuerkammer,
zwei in dem Gehäuse festgelegte Stellungen aufweist, in denen er entweder eine Druckflüssigkeitsquelle
mit mindestens einem hydraulisch betätigten Arbeitsgerät oder dieses Arbeitsgerät
mit einer Ableitung verbindet, und die Stellung des Schieberkörpers in dem Schiebergehäuse
durch ein von einer Magnetspule betätigtes Steuerventil gesteuert wird.
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Es sind elektrohydraulische Betätigungsvorrichtungen mit Elektroventilen
bekannt, bei denen im allgemeinen eine Magnetspule einen Steuerschieber bei seiner
ganzen Bewegung entgegen der Kraft einer Rückholfeder betätigt. Hierbei muß der
Schieber eine genaue Führung haben und die Feder verhältnismäßig kräftig sein, wodurch
der Herstellungsaufwand des Elektroventils und der Bedarf an elektrischer Energie
erhöht werden. Dies ist auch der Fall, wenn die Feder weggelassen und zwei abwechselnd
betätigte Magnetspulen verwendet werden.
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Es ist weiterhin ein elektrohydraulisch betätigter Steuerschieber
bekannt, bei dem die Stellung des Schieberkörpers in dem Schiebergehäuse durch ein
von einer Magnetspule betätigtes Steuerventil gesteuert wird. Bei diesem bekannten
Steuerschieber ist jedoch das Steuerventil als Doppelsitzventil ausgebildet, das
bei seiner Betätigung immer eine von zwei Ventilöffnungen freigibt und die andere
verschließt und hierdurch die in dem Schiebergehäuse angeordneten Steuerkammern
unter Druck setzt oder vom Druck entlastet. Hierbei ist jedoch die Anwendung einer
sehr kräftigen Magnetspule erforderlich, da die Kraft, die notwendig ist, um den
auf dem Steuerventil lastenden vollen Flüssigkeitsdruck zu überwinden, verhältnismäßig
groß ist. Auch bei diesem bekannten Steuerschieber sind daher der Herstellungsaufwand
und der Bedarf an elektrischer Energie verhältnismäßig groß und nicht viel kleiner
als bei den bekannten Steuerschiebern ohne Steuerventil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydraulisch
betätigten Steuerschieber, der mit einem von einer Magnetspule betätigten Steuerventil
versehen ist, so auszubilden, daß der Herstellungsaufwand und der Bedarf an elektrischer
Energie verringert wird.
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Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung bei einem Steuerschieber
der eingangs genannten Art darin, daß die beiden Steuerkammern ständig mit der Druckflüssigkeitsquelle
verbunden sind und die Steuerkammer, in der der Schieberkörper die größere Steuerfläche
aufweist, über eine Drosselstelle mit Druckflüssigkeit gespeist wird und durch einen
durch den Schieberkörper gesteuerten Durchlaß mit einer durch das Steuerventil absperrbaren
oder freizugebenden Ableitung verbunden ist, von deren Absperrung oder Freigabe
die beiden Stellungen des Schieberkörpers abhängig sind, derart, daß sich bei geöffnetem
Steuerventil die Stellung des Schieberkörpers einstellt, bei der der gesteuerte
Durchlaß von dem Schieberkörper teilweise freigegeben ist und die auf den Schieberkörper
mit verschiedenen Drücken ausgeübten entgegengesetzten Kräfte im Gleichgewicht sind,
während bei geschlossenem Steuerventil der Schieberkörper infolge der größeren Druckwirkung
in der die größere Schiebersteuerfläche enthaltenden Steuerkammer in seine andere
Stellung verschoben ist.
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Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Steuerschieber wirkt der Magnetspule
beim Schließen des Steuerventils, wenn der Luftspalt der Magnetspule am größten
ist, nur eine sehr schwache Kraft entgegen, die dem dynamischen Druck einer verringerten
Abflußmenge an Druckflüssigkeit entspricht. Die verringerte Abflußmenge ist auf
die kombinierte Wirkung der Drosselstelle, über die die größere Steuerkammer mit
Druckflüssigkeit gespeist wird, und die Verengung des Durchlaßquerschnittes zu der
durch das Steuerventil verschließbaren Ableitung zurückzuführen. Diese Verengung
ist bei einer stabilen Zwischenstellung des Schieberkörpers des Steuerschiebers
infolge der auf die beiden verschieden großen Steuerflächen des Schieberkörpers
wirksamen einander entgegengesetzten Kräfte gewährleistet, wobei der Druck auf die
größere Steuerfläche durch die Drosselstelle verringert wird. Das Steuerventil ist
daher während seiner ganzen Schließbewegung nur einem geringen Druck ausgesetzt,
der nur dann so groß wird wie der volle hydraulische Druck, wenn die Ableitung durch
das Steuerventil ganz verschlossen ist. Der Luftspalt der Magnetspule erreicht dabei
seinen Kleinstwert. Demgegenüber ist bei dem als bekannt erwähnten, mit einem Steuerventil
versehenen Steuerschieber das Steuerventil bei jeder seiner beiden Stellungen dem
vollen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt, so daß die Magnetspule zum Verstellen des Steuerventils
eine der Größe des vollen Flüssigkeitsdruckes entsprechende Kraft überwinden muß,
während ihr Luftspalt am größten ist.
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Bei dem Steuerschieber nach der Erfindung wird die Dimensionierung
der Magnetspule durch die Kraft bestimmt, die notwendig ist, um den vollen Druck
zu überwinden, wobei der Luftspalt seine kleinste Größe hat. Bei dem bekannten Steuerschieber
wird die gleiche Kraft für eine Maximalgröße des Luftspaltes angewendet, und diese
Kraft muß ebenfalls am Ende der Verstellbewegung des Steuerventils überwunden werden,
wenn der zweite Verschlußkörper des Steuerventils die Zuführung von Druckflüssigkeit
absperrt. Der demgegenüber erheblich geringere Kraftaufwand bei dem Steuerschieber
der Erfindung führt auch zu einem entsprechend geringeren Bedarf an elektrischer
Energie. Bei gleichem hydraulischem Druck und gleichem Betätigungsweg ist die Arbeit
der Magnetspule bei der Schließbewegung des Steuerventils geringer. Die Magnetspule
ist schwächer und führt bei gleicher Wirkung zu geringeren Verlusten, wenn die Magnetspule
erregt wird und das Steuerventil bei Gegendruck geschlossen hält. Wenn die von der
Magnetspule aufzuwendende Kraft beim übergang vom Luftspaltmaximum zum Luftspaltminimum
sich im Verhältnis 1.:10 ändert, so wird bei dem bekannten Steuerschieber eine Magnetspule
benötigt, die in der Lage ist, beim Luftspaltmaximum eine zehnmal so große Kraft
auszuüben als bei dem Steuerschieber nach der Erfindung. Der Bedarf an elektrischer
Energie ändert sich dann in dem gleichen Verhältnis 1.:10. Außerdem ändern sich
das Gewicht und der Herstellungsaufwand der Magnetspule etwa im Verhältnis 1:8 und
der Raumbedarf im Verhältnis 1:2.
Der geringere Platzbedarf verringert
auch den Aufwand für den gesamten hydraulischen Teil des Steuerschiebers. Da bei
dem Steuerschieber nach der Erfindung nur ein einfaches Steuerventil mit nur einem
Ventilsitz sowie mit kleinem Betätigungsweg und geringer Trägheit notwendig ist,
wird auch eine große Ansprechgeschwindigkeit des Steuerschiebers erreicht. Auch
können das Steuerventil und die Magnetspule zu einem einzigen Bauteil vereinigt
werden.
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Der Steuerschieber gemäß der Erfindung kann ferner derart ausgebildet
sein, daß das angeschlossene Arbeitsgerät entweder bei geöffnetem oder bei geschlossenem
Steuerventil betätigt wird.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiele
dargestellten Ausführungsformen beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 in
schematischer Ansicht, teilweise im Schnitt, eine erste Ausführungsform des elektrohydraulischen
Steuerschiebers mit der Druckflüssigkeitsquelle und einem zu betätigenden Arbeitsgerät
in der Ruhestellung, F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, welche
die Arbeitsweise des elektrohydraulischen Steuerschiebers zum Betrieb des Arbeitsgerätes
erläutert, F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform
des elektrohydraulischen Steuerschiebers und F i g. 4 eine den F i g. 1 und 3 entsprechende
Darstellung einer dritten Ausführungsform des Steuerschiebers.
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Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte elektrohydraulische Vorrichtung
weist einen in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneten elektrohydraulischen Steuerschieber
auf, in dessen Gehäuse 2 ein zylindrischer Schieberkörper 3 angeordnet ist. Je nach
der Stellung des Schieberkörpers wird eine bei der dargestellten Ausführungsform
durch eine Zahnradpumpe 5 gebildete Druckflüssigkeitsquelle mit einem hydraulisch
betätigten Arbeitsgerät 4 oder mit einer Auslaßleitung 6 verbunden.
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Der Schieberkörper 3 ist mit zwei zylindrischen Lager- bzw. Führungsbunden
7 und 8 von gleich großem Durchmesser versehen, die in einer Bohrung 9 des Schiebergehäuses
2 geführt und durch eine Ringnut 10 voneinander getrennt sind. über die Ringnut
10 kann die zu dem Arbeitsgerät 4 führende Leitung 11 entweder mit der Auslaßleitung
6 oder mit einer Leitung 12 verbunden werden, die an den Druckstutzen der Pumpe
5 angeschlossen ist. An dem Druckstutzen der Pumpe ist ferner ein Sicherheitsventil
13 angeordnet. Die Leitungen 6 und 12 gehen von nicht bezeichneten Ringnuten aus,
die, wie dargestellt, im Schiebergehäuse angeordnet sind. Der Bund 8 bildet mit
seiner äußeren Stirnfläche an dem einen Ende des Schieberkörpers eine Steuerfläche.
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An seinem anderen Ende ist der Schieberkörper 3 noch mit einem dritten
zylindrischen Bund 15 versehen, der einen größeren Durchmesser als die beiden anderen
Bunde 7, 8 aufweist und in einer entsprechenden Bohrung 16 des Schiebergehäuses
2 geführt ist. Die äußere Stirnfläche des Bundes 15 bildet ebenfalls eine Steuerfläche
für den Schieberkörper 3, die jedoch wegen des größeren Durchmessers des Bundes
15 größer als die Steuerfläche an dem Bund 8 ist.
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An jedem Ende des Steuerschiebers 1 ist in dem Schiebergehäuse 2 eine
Steuerkammer für den Schieberkörper gebildet, von denen die eine Steuerkammer 17
an dem äußeren Ende der Bohrung 9 und die andere Steuerkammer 18 an dem äußeren
Ende der Bohrung 16 angeordnet ist. Beide Steuerkammern 17, 18 sind über die Leitungen
19 und 20 ständig mit dem Druckstutzen der Pumpe 5 verbunden.
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In der zur Steuerkammer 18 führenden Zuleitung 20 ist eine Drosselstelle
21 angeordnet. Außerdem ist diese Steuerkammer von einer Ringnut 22 des Schiebergehäuses
2 umgeben, deren Verbindung mit einer Ableitung 23 durch den Schieberbund 15 steuerbar
ist. Die Ableitung 23 kann mittels eines Steuerventils 24 geöffnet und geschlossen
werden, das zum Steuern des Schieberkörpers 3 dient. Das Steuerventil 24 ist mittels
einer Magnetspule 25 zu betätigen, die Bestandteil eines Elektromagneten sein kann,
dessen Gehäuse den Sitz 26 des Steuerventils 24 enthält. Der Verschlußkörper des
Steuerventils 24 kann durch den Kern des Elektromagneten gebildet und mit axialen
Durchlässen 27 versehen sein, die den Abfluß der in die Ableitung 23 einströmenden
Flüssigkeit ermöglichen.
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Die ständige Verbindung der Steuerkammer 18 mit der Pumpe 5 ist bei
der dargestellten Ausführungsform durch einen am Ende des Schieberbundes 15 angeordneten
Vorsprung mit einer Aushöhlung 28 gewährleistet, die zwischen der Steuerkammer 18
und ihrer Zuführungsöffnung 29 einen freien Durchlaß beläßt, wenn der Schieberkörper
3 mit seinem Ende an dieser Öffnung anliegt. Am anderen Ende ist der Schieberkörper
ebenfalls mit einem Anschlagvorsprung 30 versehen, der einen Hohlraum aufweist.
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Die in der Bohrung 16 an dem der Steuerkammer 18 abgewendeten
Ende des Schieberbundes 15 vorhandene Kammer 31 ist gewöhnlich mit dem Auslaß verbunden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist sie über eine Leitung 32 mit der Ringnut
10 des Schieberkörpers 3 in Verbindung, mit der auch die Auslaßleitung 6 verbunden
ist.
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Das hydraulisch betätigte Arbeitsgerät 4 bildet bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 und 2 einen Teil einer Mehrfachscheibenbremse 33, wie sie üblicherweise
bei Wechselgetrieben in Form von Planetengetrieben verwendet werden.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen elektrohydraulischen Steuerschiebers
ist derart, daß bei geöffnetem Steuerventil 24 der Schieberkörper 3 die in F i g.
1 dargestellte Lage einnimmt und in dieser Lage durch das Gleichgewicht der Kräfte
gehalten wird, die auf den Schieberkörper 3 unter folgenden Bedingungen einwirken.
In der Steuerkammer 17 herscht ein dem Förderdruck der Pumpe 5 entsprechender Druck,
während auf der Seite der Steuerkammer 18 durch den Bund 15 des Schieberkörpers
ein ringförmiger Durchlaß der Ringnut 22 bestimmter Weite freigegeben ist, durch
den Flüssigkeit mit dem in der Steuerkammer 18 herrschenden Druck hindurchgeht.
Dieser Druck ist infolge des durch die Drosselstelle 21 herbeigeführten Druckverlustes
gegenüber dem in der Steuerkammer 17 herrschenden Druck in einem Ausmaß verringert,
das dem Größenverhältnis der wirksamen Stirnflächen der Bunde 8 und 15 des Schieberkörpers
3 in dessen Gleichgewichtslage entspricht. Bei dieser Lage des Schiebers wirkt einer
Bewegung desselben im Sinne des Schließens der Ringnut 22 eine Drucksteigerung in
der Steuerkammer 18 entgegen, während jede Schieberbewegung, die eine Vergrößerung
des ringförmigen Durchlasses zwischen
der Steuerkammer 18 und der
Ringnut 22 hervorrufen würde, eine Druckminderung in der Steuerkammer 18 zur Folge
hat und daher durch den dann höheren Druck in der Steuerkammer 17 verhindert wird.
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Bei der Stellung nach F i g. 1 verbindet der Schieberkörper 3 über
seine Ringnut 10 das hydraulisch betätigte Arbeitsgerät 4 mit der Auslaßleitung
6, so daß die Bremse 33 gelöst ist. Wenn dagegen das Steuerventil 24 durch Erregung
der Magnetspule 25 geschlossen wird, so gleicht sich der Druck in den Steuerkammern
17 und 18 aus, und der Schieberkörper 3 wird; weil die wirksame Steuerfläche an
dem Schieberbund 15 größer ist als die wirksame Steuerfläche an dem Schieberbund
8, in die in F i g. 2 dargestellte Stellung verschoben, in der er mit seinem Vorsprung
30 am Ende der Steuerkammer 17 anliegt. Beim Verschieben des Schieberkörpers 3 in
diese Stellung verschließt der Bund 7 die mit der Auslaßleitung 6 verbundene Ringnut
des Schiebergehäuses, während der Bund 8 die mit der Leitung 12 verbundene Ringnut
des Gehäuses freigibt, so daß die Ringnut 10 des Schieberkörpers nunmehr über die
Leitungen 12 und 11 die Pumpe 5 mit dem Arbeitsgerät 4 verbindet. Der Kolben desselben
wird daher verschoben und die Bremse 33 mit einem dem Förderdruck der Pumpe entsprechenden
Druck angezogen, der durch das Sicherheits- oder überdruckventil 13 begrenzt wird.
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Abgesehen von der Leitung 32 können die Leitungen 6 und 12 gegebenenfalls
auch umgekehrt angeordnet werden, so daß im Gegensatz zu der dargestellten Ausbildung
die Bremse 33 in der Offenstellung des Steuerventils 24 angezogen ist und beim Schließen
des Steuerventils gelöst wird.
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Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform des Steuerschiebers nach
der Erfindung ist in Verbindung mit einem hydraulisch betätigten Arbeitsgerät 34
gezeigt, das als Kolben- und Zylindervorrichtung ausgebildet ist und vorzugsweise
in der Offenstellung des hier mit einer Ventilkuge1241 versehenen Steuerventils
24 betätigt wird. Diejenigen Teile dieser Ausführungsform, die auch bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 und 2 vorhanden sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Steuerschieber nach F i g. 3 weist ein Schiebergehäuse 35 mit einer Bohrung
36 auf, in der ein Schieberkörper 37 geführt ist. Der Schieberkörper ist wiederum
mit zwei zylindrischen Lagerbunden 38 und 39 von gleichem Durchmesser versehen,
die durch eine Ringnut 40 voneinander getrennt sind. Über diese Ringnut kann die
zu dem Arbeitsgerät 34 führende Leitung 11 entweder über die Leitung 12 mit der
an die Pumpe 5 angeschlossenen Leitung 20 oder mit der Auslaßleitung 6 verbunden
werden. In einer anderen Bohrung 41 des Schiebergehäuses 35 ist ein Kolben 42 verschiebbar
geführt, der einen kleineren Durchmesser besitzt als der Schieberkörper 37. An den
äußeren Enden der Bohrungen 41 und 36 sind wiederum zwei Steuerkammern
171 und 181 angeordnet, von denen, wie bei der ersten Ausführungsform, die
eine Steuerkammer 171 mit der Zuleitung 19 und die andere Steuerkammer 181 mit der
Leitung 20 über die Drosselstelle 21 verbunden ist. Die Steuerkammer 181 ist wieder
von der mit der Ableitung 23 in i Verbindung stehenden Hohlkehle 22 umgeben, deren
Verbindung mit dieser Steuerkammer durch den Bund 38 des Schieberkörpers gesteuert
wird. Der Schieberkörper 37 und der Kolben 42 werden auf diese Weise in gegenseitiger
Berührung gehalten, wobei das entsprechende Ende der Bohrung 36 über eine Gehäusenut
und eine Leitung 43 ständig mit der Gehäusenut verbunden ist, an die die Auslaßleitung
6 angeschlossen ist.
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Eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform des Verteilers ist in F
i g. =1 dargestellt. Hierbei ist ein hydraulisch betätigtes Arbeitsgerät 44 je nach
der Stellung des Steuerventils 24 des Schieberkörpers 45 mit der Pumpe 5 verbunden
oder von dieser getrennt. Der Schieberkörper 45 weist zwei in einer Bohrung 46 geführte
zylindrische Bunde 47 und 48 auf, die durch eine Ringnut 49 voneinander getrennt
sind. über diese Ringnut kann die mit dem Arbeitsgerät 44 verbundene Leitung 11
entweder mit der an die Pun?pe 5 angeschlossenen Leitung 12 oder mit der Auslaßleitung
6 v#2rbtandn werden. Das Schiebergehäuse enthält außerdem eine Bohrung 50, in der
ein dritter zylindrischer Lagerbund 51 des Schieberkörpers geführt ist, der einen
kleineren Durchmesser als die beiden anderen Lagerbunde besitzt und von dein der
Bund 48 durch eine Ringnut 52 getrennt ist. Diese bildet bei jeder Stellung des
Schiebers eine ringförmige Steuerkammer 172 für den Schieber, die einerseits über
eine Leitung 54 ständig mit der Pumpe 5 und andererseits durch das Innere
des Schieberkörpers 45 ständig mit einer Steuerkammer 18= für den Schieber in Verbindung
steht, die am äußeren Ende des Lagerbundes 47 gebildet ist. Die Steuerkammer 18=
ist wiederum unter Steuerung durch den Lagerbund 47 über die Ringnut 22 mit der
in dem Steuerventil 24 endenden Ableitung 23 verbunden.
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Die ständige Verbindung der beiden Steuerkammern 17= und 1.8-= ist
durch einen in dem Schieberkörper 45 axial verlaufenden, durch ein Sackloch gebildeten
Längskanal 55 gewährleistet, der frei in die Steuerkammer 1.8= mündet und
am anderen Ende durch eine enge diametrale Leitung 56 mit der Karinier 17= verbunden
ist.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist im wesentlichen die gleiche
wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen, da der oder die in den Steuerkammern
17= und 18= herrschenden Drücke in jedem Fall auf den Schicberkörper 45 zwei entgegengesetzt
gerichtete Kräfte ausüben und die enge diametrale Leitung 56 das Äquivalent zu der
Drosselstelle 21 bildet. Die eine der festen Stellungen des Schieberkörpers 45,
die er bei geöffnetem Steuerventil 24 einnimmt, ist die in der oberen Hälfte des
Steuerschiebers nach F i g. -1 dargestellte Stellung. In dieser Stellung gibt der
Schieberkörper die Ringnut 22 teilweise frei, und die entgegengesetzten Kräfte,
die auf den Schieberkörperinfolge der verschiedenen Drücke in den Steuerkammern
1_72 und 18= einwirken, halten diesen im Gleichgewicht.
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Die andere feste Stellung des Schieberkörpers 45, die dieser bei geschlossenem
Steuerventil 24 einnimmt, ist die in der unteren Hälfte des Steuerschiebers nach
F i g. 4 gezeigte Stellung. In dieser Schieberstellung ist der Druck in den Steuerkammern
17= und 18= gleich groß, er wirkt sich aber infolge der unterschiedlichen Größe
der wirksamen Steuerflächen des Schieberkörpers so aus, daß das mit dem Bund 51
versehene Ende des Schieberkörpers zur Anlage an einen Anschlag 57 kommt.
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In beiden Stellungen des Schieberkörpers erhält
das
hydraulisch betätigte Arbeitsgerät 44 entweder Druckflüssigkeit, oder es
wird Druckflüssigkeit abgeleitet. Auch hier können die Leitungen 6 und 12 gegebenenfalls
umgekehrt angeordnet werden, je nachdem, ob das Arbeitsgerät 44 bei geöffnetem
oder geschlossenem Steuerventil 24 betätigt werden soll.