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Steuereinrichtung für vorzugsweise mehrere von einer Pumpe versorgte
hydraulische Antriebe. Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für vorzugsweise
mehrere von einer einzigen Pumpe gespeiste hydraulische Verbraucher, mit je einer
Steuereinheit für jeden Verbraucher, die in der neutralen Mittelstellung denVerbraucher
dicht vom System abtrennt und die Pumpe auf drucklosen Umlauf umschaltet.Ein in
die Steuereinheit integriertes regelbares Sperrventil dient gleichzeitig als Regelventil
*zum Senken hydraulischer lasten bzw. zum Abbremsen dynamischer lasten.
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Ventile dieser Art, welche in der Regel, um die Erwärmung von Ö1 zu
verhindern, in der Mittelstellung auf drucklosen Umlauf geschaltet werden und bei
Betätigung den drucklosen Umlauf drosseln, während gleichzeitig eine Seite der Verbraucheranachlüsse
mit der Pumpenseite und die andere mit
dem Rücklauf-verbunden wird,
sind bekannt. Diese Ventile sind jedoch ausnahmslos auf feine Passungen in Sch»ersitz
und auf genaue Einhaltung von Toleranzen an den Steuerkanten angewiesen, wenn genaue
Regeleigenschaften erreicht werden sollen, wie es immer dann der Fall ist, wenn
beispielsweise die Geschwindigkeit schwerer L*eten manuel hydmlisch gesteuert
werden soll.
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Zur Vermeidung von Druckstössen beim Einleiten einer Steuerbewegung
ist es zweckmässig, die Steuerkanten mit negativer Überdeckung zu versehen, damit
der Weg von der Pumpe zum Verbraucher freigegeben wird, bevor die Drosselkanten
des Schiebers geschlossen haben. Diese Massnahme kann nur dann angewendet werden,
wenn keine lasten auf dem Verbraucher- beispielsweise Zylinder -liegen. Bei Betätigung
des Ventiles würden diese Lasten absinken, bevor sich auf der Pumpenseite ein genügend
hoher Druck aufgebaut hat, um sie zu halten. Die sicherste Möglichkeit, die Last
am Absinken zu hindern, besteht darin, die Überdeckung an den Steuerkanten positiv
auszuführen, was bedeutet, dass in diesen Fällen die Druckstösse beim Ansteuern
nicht vermieden werden können. Des weiteren kommt erschwerend hinzu, dass z.B. beim
Senken eines unter Last stehenden Zylinders die Steuerkante,
welche
den unter Druck stehenden Zylinderanschluss mit dem Rücklauf verbindet, in der Nullstellung
des Schiebers eine positive Überdeokung haben muss, um die last während des Stillstandes
nicht unerwünscht absinken zu lassen.Da diese Überdeckung aus obigen Gründen nicht
gross sein darf, muss das Spiel zwischen Passung und Schieber sehr klein gehalten
werden. Letzteres hat neben der sehr schwierigen Herstellungsweiseden weiteren Nachteil,
dass sich durch Vrziehen des Gehäuses, sei es durch Anziehen der Befestigungsschrauben,
sei es durch hydraulischen Druck verursacht, ein Klemmen des Schiebers einstellt.
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Die Grösse des Spieles ist damit begrenzt, wodurch Undichtigkeiten,
die -zum unerwünschten Absinken« der last führen, nicht vermieden werden können.
Des weiteren ist es trotz genauester Ermittlung . von Steuerkantentoleranzen und
Drosselkantentoleranzen sehr schwierig, optimale Verhältnisse für den Regelvorgang
beim Senken zu schaffen. Es ist" in diesem Fall unerlässliäh, durch Drosselung des
Rocklaufs zu regeln. Gleichzeitig muss, um durch Nachasugen die Bildung von Vakuum
zu verhindern, an den Drosselkanten ein genügend hoher Druck aufgebaut werden, der
über die nichtvoll geöffneten Steuerkanten, die die Pumpenleitung mit dem Zylinder
verbindet, genügend
Ö1 nachströmen lässt. Abgesehen davon, dass
die Steuerkante im Rücklauf ohnehin keine gute Regeleigenschaft besitzt, muss deswegen
noch auf die genaue Einhaltung der Masse -zwischen den Steuerkanten Rücklauf/Zylinder,
Pumpe/ Zylinder und@Drosselkante gesehen werden.
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Ventile dieser Art werden meistens zu mehreren in einem Block eingebaut
oder/und je nach Bedarf angeflanscht, um von einer Stelle aus manuel mehrere Steuerfunktionen
durchführen zu können. Das bedeutet; dass eine.
möglichst kompakte Bauweise
anzustreben ist. Es ist schon mit aus diesem Grund schlecht möglich, an den Stellen,
wo Massen hydraulisch abgefangen werden müssen, auf der Verbraucherseite zusätzlich
Überdruckventile anzubringen. Fehlen diese Ventile, .entstehen in diesen Zeitungszweigen
oft Überdrücke, die ein Vielfaches des Systemdruckes betragen, was zu Zeitungsbrüchen,
Verformungen oder zum mindesten zu Undiehtheiten führt. Die Einschaltung von Überdruckventilen
in die Verbraucherleitungen wird meist aus wirtschaftlichen Gründen vermieden.
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Es ist bekannt, dass das Sinken einer Last infolge Undichtigkeiten
am Schieber durch Hinzuschalten eines herkömmlichen Sperrblockes behoben werden
kann. Dadurch
wird jedoch keine bessere Regeleigenschaft beim Senken
von hasten oder beim Abbremsen von Massenerzielt. Ausserdem ist in den meisten Fällen
der Aufwand des Hinzufügens einen Sperrblockes nicht tragbar.
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Aufgabe der Erfindung tt *e-s, eine Oteuereiaheit zu schaffen, bei
welcher ein herkömmlicher Schieber verwendet wird, bei dem jedoch durch Hinzufügen
eines besonderen Yentiles, welches einerseits die Funktion eines Sperrventils, andererseits
die eines Regelgentiles und zuletzt die Funktion eines Überdruckventiles
ausübt, kein besonderer Wert auf die Einhaltung von Spiel- und Längentoleranzen
gelegt werden muss. Durch die Erfindung wird ausserdem erreicht, dass in der neutralen
Stellung des Schiebers absolute Dichtheit vom Verbraucher zum Rücklauf herrscht
und zusätzlich wird eine einwandfreie Regelung im Rücklauf des Verbrauchers
ermöglicht, wobei der Zulauf zum Verbraucher nur vernachläseigbare hydraulische
Widerstände hat. Sperrventile in ähnlicher Art'sind als Sperrblöcke bekannt, bei
denen im Falle der Beaufsehlagung einer Verbraucherseite mit hydraulischem Druck
die andere durch ein Sperrventil gesperrte Verbraucherseite gegen den Iastdruck
voll aufgestossen wird.
Weiterhin sind Überdruckventile bekannt,
bei denen der ' Dichtkegel gegen den Strom öffnet.Diese Art wird hauptsächlich als
letzte Stufe vorgesteuerter Druckbegrenjnngs._ Ventile verwendet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der-Erfindung dargestellt.Es
zeigen: Fig.1 einen senkrechten Schnitt durch die Steuereinrichtung, Fig.2 einen
waagerechten Schnitt durch eine Steuereinheit dieser Steuereinrichtung und Fig.3
einen wahlweise zu verwendenden Sperr-Regelventileinsatz ebenfalls im waagerechten
Schnitt.
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Die Steuereinrichtung 1 besteht aus dem Gehäuse 2 mit wahlweise angeschraubten
Gehäusen 3, wenn mehrere hydraulische Antriebe zu steuern sind. Hierbei setzt sich
eine Steuereinheit, wie aus dem Wuerschnitt der Fig.2 ersichtlich, aus dem vorzugsweise
fecis'zentrierten Schieber ¢ und dem nachgeschalteten Sperr-Regelventil, bestehend
aus den Komponenten 5, 6 und 7 zusammen.
Die Zeitung zur Pumpe ist
mit P bezeichnet, die zum Behälter hat die Bezeichnung R. An die in Fig.2 gekennzeichneten
Verbraucheranschlüsse Z1 und Z2 ist zum besseren Verständnis symbolisch ein belasteter
Zylinder angeschlossen, wobei der Anschluss Z1 unter Lastdruck steht.
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Das Sperr-Regelventil besteht aus den drei Komponenten 5, 6 und 7.Hierbei
können die Komponenten 5 und 7 gleich sein.
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Die Einrichtung hat folgende jirkungsweise: Wird durch die nicht drgestellte
Pumpe dem Anschluss P Hydraulikflüssigkeit zugeführt, so fliesst dieselbe drucklos
über die Kanäle 8 an den nicht in Drossel. stellung stehenden Drosselkanten 9 und
91 vorbei, drucklos zum Anschluss R und von dort aus zu dem nicht dargestellten
Behälter. Wie aus Fig.1 und 2 zu ersehen ist, sind die Räume 10 bzw. 101
und die Kanäle 11 bzw. 11t direkt mit dem Rücklauf R verbunden, solange sich die
Steuerschieber 4 in der gezeichneten Mittelstellung befinden: Der unter Druck stehende
Zylinderanschluss Z1 ist durch den Dichtkegel 12 , welcher hier die Funktion eines
Rückschlagventiles ausübt, zur Rücklaufleitung R hin
verschlossen.Die
verhältnismässig sehwache Feder 13 hat lediglich die Aufgabe, den Dichtkegel gegen
seinen Sitz zu drücken, wenn Strömungs-, bzw.Druckkräfte in bestimmten Zuständen
hierzu nicht ausreichen.Der Ventile bolzen 14 bleibt durch den hydraulischen Druck
auf seinem Sitz im Dichtkegel 12 und erlaubt. ebenfalls keinen Durchfluss von Z1
nach R. Da sowohl der Dichtkegel 12 als auch der Ventilbolzen 14 mit einem kegeligen
Sitz abdichten, kann auf einfache Weise absolute Dichtigkeit zwischen Z1 und R erreicht
werden.
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Erreicht der Lastdruck bei Z1 den maXimal zulässigen Betriebsdruck,
sei es durch zu krosse statische Lasten oder durch dynamische Belastungen , so beginnt
der mittels Dichtung 15 nach aussen abgedichtete Kolben 16 gegen den eingestellten
Federdruck der Feder 17 den Dichtkegel 12,mithls des Ansataes 18 von seinem Sitz
zu heben. Die wirksame Fläche, welche dabei, durch den Lastdruck beaufschlagt, gegen
denFederdruck arbeitet, setzt sich zusammen aus der Kreisfläche des Kolbens 16 abzüglich
der Sitzfläche des Dichtkegels 12. Zum Heben der Last wird der Schieber ¢ nach links
bewegt, bis die Drosselkante 9, welche gegen-die Kante 9t arbeitet, -in der Pumpenleitung
einen Druck aufgebaut hat, der sich über den Kanal 19 und über die inzwischen voll
geöffneten Steuerkanten 20 in-den Raum 10 fortpflanzt.
Der Sperrkolben
6 wird dadurch auf säner linken ;Seite mit Druck beaufschlagt und er bewegt sich
somit nach rechts. Er schiebt dabei den unter keinem Differenzdruck stehenden Ventilbolzen
14' nach rechts bis er am Kolben 16' anstösst und ihn gegen den Druck der Feder
17' verschiebt. Der Kolben 16' zieht den Ventilkegel 12' mittels des Ansatzes
181 so weit auf, bis der Kolben 16' die Anschlagschraube 21' berührt. Durch
Einstellung der Anschlagschraube 21' kann die Geschwindigkeit beim Heben
otpimal begrenzt werden. Wird darauf kein Wert gelegt, so kann an Stelle des Ventiles
7 ein Ventil nach Figur 3 eingesetzt werden, wodurch der Rücklauf nicht gedrosselt
wird.
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Bei dem Ventil nach Fig.3 würde der Sperrkolben 6 im selben Falle
den Ventilkegel 22 direkt aufstossen, und zwar um seinen vollen Hub, d.h. bis er
die Stirnseite 23 des Kolbens 24 berührt. Je nach Grösse des Druckes im Raum 10
kann, nachdem der Ventilkegel 22 die Stirnseite 23 erreicht hat, die Feder 25 noch
soweit zusammengedrückt werden, bis der Zapfen 26 des Kolbens 24 die AnschIggschraube
27 erreicht, was jedoch von untergeordneter Bedeutung ist. Wichtig ist, dass durch
das volle Öffnen dieses Ventiles im Falle des Hebens der last der RüdLauf des Zylinders
(Anschluss Z'2) nicht gedrosselt wird, was in vielen Fällen erwünscht ist.
Hat
der Ventilkegel 22 geschlossen und erreicht der Druck bei Z'2 die maximal zulässige
Grenze, so beginnt auch hier ' der Kolben 24 infolge seiner grösseren Fläche als
der der Sitzfläche des Ventilkegels 22 mittels des Ansatzes 28 den Ventilkegel von
seinem Sitz zu heben und damit die Zeitung Z,2 zu entlasten.
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Gesenkt wird die last, indem der Schieber 4 von der Mittelstellung
aus nach rechts bewegt wird bis die Drosselkante 29, gegen die Kante 291
arbeitend, einen Druck aufgebaut hat, der sich über den Kanal 19 an den bereits
geöffneten Steuerkanten 201 vorbei in den Raum 10E fortpflanzt. Umgekehrt wie beim
Heben bewegt sich dadurch der Sperrkolben nach links und er legt sich an den Ventilbolzen
14 an. Mit steigendem Druck im Raum 10' steigt die Kraft des Sperrkolbens 6 bis
sie einen Betrag erreicht, der ausreicht' den Ventilbolzen 14 gegen den lastdruck,
der sich um denBetrag des Steuerdruckes erhöht, zu öffnen. Der Ventilbolzen schlägt
dabei an der rechten Stirnfläche des Kolbens 16 an.Gleichzeitig ist für den lastdruck
durch eine oder mehrere Drosselnuten 30 im Ventilbolzen der Weg zum Rücklauf, wenn
auch stark gedrosselt, frei. Dem Querschnitt der Drosselnuten 30 entsprechend sinkt
die last mit einer bestimmten kleinen Geschwindigkeit ab. Diese Geschwindigkeit
kann bei entsprechender Schieberstellung durch Druckerhöhung im Raum 101 wehr gesteigert
,werden
.Der Sperrkolben 6 drückt dann mittels des Ventil -bolzens 14 weiter-gegen den Kolben
16, wobei er die entsprechende Gegenkraft der Feder 17 überwinden muss.Der Ventilkegel
wird dabei durch den Anstz 18 mitgenommen, wodurch eine gedrosselte Strömung über
die Dichtkante des Ventilkegels entsteht.Die Grösse des Drosselspaltes am Ventilkegel
.12 steigt etwa proportional dem Druck im Raum 101, da die Kraft des Sperrkolbens
gegen die Feder 17 wirkt.Es kann somit ein lineares Verhalten zwischen Schieberweg
und Sinkgeschwindigkeit erreicht werden, wenn der Druck im Raum 10' dem Schieberweg
proportional ist.
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Die Anschlagschraube 21 hat lediglich die Aufgabe, die Sinkgeschwindigkeit
zu begrenzen.