DE1650361C3 - Durchflußsteuerventil für einen hydraulischen Hubzylinder - Google Patents

Description

Die Lrfindung betrifft cm DiirchfluLSsteuerventil fur ίο einen hydraulischen Hubzylinder gemäß dem Oberbej/riff des Anspruchs 1

Heim Betrieb von Hubladern variieren die vom Hubzylinder j/eirujjcncn Lasten während der Vertikalbcwct/iiril·' des an der Stirnseite des Fahrzeuges Γι iirij»<-«ir<liieien f elcsknphubmasles in großen Grenzen. Heim Absenken der Last besteht die Tendenz, daß sich die Abs( nkj.'cschwindigkcit erhöht, wenn die von der llubvtirrii htiirig getragene Last größer wird. Eine derartige direkte Beziehung /wischen dem Anwachsen «n der LiISi und der Absenkgeschwindigkeit ist unerwünscht.

Beim Betrieb Von Hubladern ist es üblich, am Einlaßende des Hubzylinders Einrichtungen vorzuse* hen, durch die, wenn eitle zum Zylinder führende <· * Leitung defekt werden sollte, der Kolben sich zum Absenken der Last nicht schneller als um einen vorbestimmten Wert bewegt Mit anderen Worten, eine Durchflußsteuervorrichtung bei einem Hublader ist eine solche, die an dem Hubzylinder vorgesehen ist, um eine rasche Abwärtsbewegung des Hubkolbens zu verhindern. Beim Ausfallen oder einer Beschädigung des hydraulischen Kreislaufes, welcher normalerweise die Abwärtsbewegung des Hubkolbens steuert, wirkt diese gleichzeitig als Sicherheitsvorrichtung.

Durchflußsteuerventile sind bereits s,ehr alt und eine Vielzahl von Vorschlägen sind für diese bereits gemacht worden. Bei einem bekannten Durchflußsteuerventil (US-PS 29 88 060) wird der Druckmittelnuß allein durch den Druck geregelt, der durch die Strömung des Druckmittels durch das Ventil aufgebaut wird. Derartige Durchflußregler sind nicht vollständig zufriedenstellend, da sie eine Zeitverzögerung vor shrem effektiven Funktionieren aufweisen. So verändert sich die Ventilstellung bei dem bekannten Durchflußsiteuerventil nicht, wenn beispielsweise bei angehobenem Hubkolben die Ladeplattform belastet wird, da im System ein relativ schneller Druckausgleich zwischen der vom Hubkolben ankommenden und zur Hydraulikpumpe abgehenden Leitung stattfindet. Dies bedeutet, daß beispielsweise, nachdem der Hubkolben angehoben wurde, das Ventil somit voll geöffnet ist, bei Belastung des Hubkolbens das Ventil in der voll geöffneten Stellung verbleibt, so daß bei Beginn des Absenkvorganges der volle Ventilquerschnitt dem Druckmittel zur Verfügung steht, so daß zu Begir.n des Absenkvorganges dieser ausgesprochen rasch erfolgt, was gefährlich sein kann. Sodann weisen derartige Durchflußregler einen Widerstand bei der Zufuhr des Druckmittels zum Zylinder beim Anheben einer Last auf. Zur wirksamen Betätigung des hydraulischen Systems soll en Durchflußregler jedoch einen minimalen Widerstand für den Zufluß des Druckmittels in den Zylinder zum Anheben der Lasten mit sich bringen.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein gattungsgemäßes Durchflußsteuerventil zu schaffen, welches völlig unabhängig vom Druckmittelfluß und einem etwaigen dynamischen Druckaufbau &'js jeü»;'· äetriebssituation heraus sofort, d. h. ohne jede Zeitverzögerung, funktio niert. unabhängig davon, ob die Last gehoben, gehalten oder abgesenkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I aufgeführten Merkmale gelösi

Aus GB-PS 3 06 689 ist bereits eine Vorrichtung mit einem Durchflußsteuerventil bekanrtgeworden. bei dem das andere Ende des Steuerschiebers einem Behälterdruck ausgesetzt ist. der dem Atmosphärendruck plus der Flüssigkeitssäule in diesem Behälter über dem Steuerventil enispricht. Die gesamte Anordnung ν eicht vom Anmeldungsgegenstand insofern grundle gend ab, als dort die Druckmiitelzufuhrleitung zum Arbeitszylinder nicht in das Steuerventil einbe/ogen ist. während der Anmeldungsgcgenstand sich demgegen über auf eine solche Ausbildung richtet, bei der die Druckmittelauslaßleitung gleichzeitig auch Zuführleitung /um Hubzylinder ist und wobei die die Steuerung bewirkenden Einrichtungen zwischen der Arbeilslei lung des Hubzyhnders und der Druckmittelauslaß- und ^zuführleitung angeordnet sind.

Durch die Erfindung ist erreich^ daß beispielsweise bei Belastung des Hubzylinders durch den Druckunterschied auf der einen Seite des Steuerschiebers gegenüber dem Atmosphärendruck das Ventil gleich eine gewisse Drosselstellung einnimmt, die der aufgege^ benefi Last entspricht. Zu Beginn des Absenkvorganges

weist das Ventil daher die für die abzusenkende Last notwendige Stellung auf.

Bei Anheben der Last wird durch die Erfindung sichergestellt, daß der durch die Druckmittelquelle aufgebrachte Druckunterschied zwischen Ventilkammereintritt und Ventilkammeraustritt unmittelbar auf den Dichtkolben wirkt, der sich gegen die Feder im Ventil bewegt und so die Kolbenstange unmittelbar in die Vollöffnungsstellung des Ventils bewegt.

Durch die Fi findung wird eine äußerst einfache Bauweise des Ventils mit einer besonders sicheren Arbeitsweise erreicht

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Durch diese Maßnahme lassen sich die Steuerwege des Ventils in einfacher Weise dem jeweiligen Verwendungszweck anpassen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Diese zeigt in

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Hydrauliksystem, bei dem Druckmittel einem Hubzylinder durch ein DurchfluuSteuerventi! gemäß der Erfindung zugeführt wird, welches im Boden des Zylinders angeordnet ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch das untere Ende des Hubzylinders mit dem Durchflußsteuerventil gemäß der Erfindung ohne Druckbeaufschlagung.

Fig.3 eine graphische Darstellung einer typischen Arbeits- bzw. Leistungskurve des erfindungsgemäßen Durchflußsteuerventils,

F i g. 4 einen Schnitt gemäß F i g. 2 bei Absenkung des Hubkolbens und in

F i g. 5 einen Schnitt gemäß F i g. 2 bei Anhebung des Hubkolbens kurz vor dem vollen Öffnen des Durchflußsteuerventils.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Hubzylinder 10, der beispielsweise zum Heben von Lasten unterschiedlicher Massen mittels des Hubmastes eines Hubladers verwendbar ist. Der Hubzylinder 10 ist einfach wirkend, wobei das obere Ende mittels einer Leitung 14 in einem Sumpf 12 ctlüftet ist. Der Sumpf 12 ist über eine Leitung 17 mit einer Pumpe 16 verbunden. Die Bedienungsperson kann mittels eines Wählventils 18 über eine Leitung 20 Druckmittel dem Arbeitsraum des Hubzylinders 10 zuführen. Der Hubzylinder 10 weist eine ausfahrbare Kolbenstange 21 auf. Das Durchflußsteuerventil 22 gemäß der Erfindung ist am Bodenende des Hubzylinders 10 befestigt. Während des Einfahrens der Kolbenstange 21 strömt hydraulisches Medium zum Sumpf 12 über das Durchflußsteuerventil 22. die Leitung 20. das Wählventil 18 und die Rückflußleitung 24 zurück. Das Durchflußsteuerventil 22 bildet den eigentlichen Gegenstanu der vorliegenden Erfindung und wird nachfolgend in Verbindung mit den F i g. 2 und J näher beschrieben.

Am Bodenende des Zylinderrohres 28 de'· Zylinders 10 ist ein Ventilgehäuse 30 mittels einer Schweißnaht 32 befestigt. Das Ventilgehäuse 30 weist eine zentrale Bohrung 34 mit einem offenen und einem geschlossenen Ende auf. wodurch eine Ventilkammer 36 gebildet wird. Eine Steuerleitung 38 und eine Arbeitsleitung 40 bilden eine Verbindung zwischen der zentralen Bohrung 34 Und dem Arbeitsraum 42 des Zylinderrohres 28, Das Ventilgehäuse 30 weist eine Gewindebohrung 44 auf, welche eine Einlaß- Und Auslaßöffnung für das Durchflußsteuervciftil bildet, zum Anschluß der Leitung 20.

Innerhalb der zentralen Bohrung 34 ist ein Steuerschieber 46 angeordnet, der ein Ende 48 und ein anderes Ende 50 aufweist Zwischen den Enden 48 und 50 des Steuerschiebers 46 ist ein vergrößertes T^iI ausgebildet, welches ein kolbenförmiges Ventilglied 52 darstellt. In dem Ventilglied 52 ist ein Kanal 54 ausgebildet, um eine Verbindung von einem Ende des Venlilgliedes zum anderen Ende zu schaffen.

Am Ende 48 des Steuerschiebers 46 ist eine ringförmige Scheibe angeordnet, in der Durchtritte 58

lu ausgebildet sind, die über das Ende 48 der Kolbenstange 46 geschoben und durch eine Mutter 60 gehalten wird, die auf das Ende 48 der Kolbenstange 46 aufgeschraubt ist Der Zweck der ringförmigen Scheibe ist die Bildung einer Schulter 56 für eine Feder 90.

υ Am offenen Ende des Ventilgehäuses 30 sind Gewindegänge 62 zur Aufnahme eines Venlileinsatzes 64 vorgesehen. Der Ventileinsatz 64 ist ein im wesentlichen zylindrisches Element mit einer Bohrung 66, in welcher das Ventilglied 52 des Steuerschiebers 46

.'u angeordnet ist. In der Außenfläche des Ventileinsatzes 64 sind ringförmige Nuten 68 und 70 -usgebildet. Diese ringförmigen Nuten stehen mit der Hohrung 66 durch eine Steueröffnung 72 und eine Öffnung 74 entsprechend in Verbindung. Das Ende 50 des Steuerschiebers

2S 46 ist in einer Bohrung 76 des VentileinsaUos 64 angeordnet. Die Bohrung 76 weist eine ringföimige Nut zur Aufnahme eines Dicht-O-Ringes 78 auf. Der Zweck des O-Ringes 78 ist die Schaffung einer Dichtung zwischen einer Kammer % und der Atmosphäre oder

jo dem Reservoir bzw. dem Druckmitteisi'mpf und erlaubt eine Hin- und Herbewegung des Steuerschiebers 46 rela'.iv /um Ventileinsatz 64. Der Ventileinsatz 64 wird in das \ entilgehäuse 30 eingeschraubt, bis ein Kopf 80 sich g^-gen die Außenfläche des Ventilgehäuses anlegt.

Jj Zwischen dem Ventilgehäuse 30 und dem Ventileinsatz 64 isi eine Dichtung 82 in Form eines O-Ringes angeordnet.

Wie F i g. 2 zeigt, bildet das innere Ende des Ventileinsatzes 64 einen Anschlag 84. Dem Anschlag 84 benachbart ist ein auf dem Steuerschieber 46 frei hin- und herbeweglicher Dichtkolben 86 angeordnet. Der Dit ':tkolben 86 weist eine Bohrung auf, durch die sich der Steuerschieber 46 erstreckt. In der IJmfangsfläche des Dichtkolbens 86 ist eine ringförmige Nut /ur

r> Aufnahme eines O-Dichtringes 88 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist in der Bohrung des Dichtkolbens 86 eine Ringnut zur Aufnahme eines O-Ringes 89 ausgebildet. Der Dichtkolben 86 trennt in der Bohrung 34 eine Steuerkammer 94 und eine dagegen abgedichte-

vi te Einlaßkammer % in der großen Ventilkammer 36.

Zwischen dem Dichtkolben 86 und der Schulter 56 ist eine Feder 90 angeordnet. Eine Federführung in Form eines rohrförmigen Elementes 92 ist gleitend über den Steuerschieber 46 zwischen diesen und die Feder 90

">) geschoben. Der Zweck des Elementes 92 besteht darin, die Feder 90 abzustützen und ferner als \nschlag zu dienen, wie nachfolgend näher beschrieben wird.

Die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils 22 ist wie folgt: Wenn der Kolben eine Last hält (F i g. 4), ist

" der Druck im A oeitsraum 42 derselbe, wie in den Kammern 94 und % des Ventils. Der Druck in der Steuerkammer 94 wird über die Steuerleitung 38 ausgeübt. Infolge der Durchtritte 58 in der Schulter 56 übt der Druck iii der Steuerkammer 94 eine Kraft auf

• > das Ende 48 des Steuerschiebers 46 aus. Diese Kraft wirkt nach rechts gefnäß Fig.4 und hat eine Größe, welche dem Produkt des Druckes und der Querschniltsfläche des Steuerschiebers 46 entspricht. In der

Einlaßkammcr 96 jedoch wirkt der Druck nicht auf den Steuerschieber, da dessen Ende 50 der Atmosphäre ausgesetzt ist. Es wirken keine Kräfte auf das Ventilglied 52 des Steuerschiebers 46 infolge des Kanals 54, welcher das Vcntilglicd in ausgeglichenem Zustand hüll. Infolgedessen sind die Kräfte, die auf den Steuerschieber 46 des Ventils während des Haltens einer statischen Last wirken: (a) die auf das Ende 48 des Steuerschiebers 46 gemäß F i g. 4 nach rechts wirkende Kraft, (b) die Almosphärcnkraft, die auf das Ende 50 des Steuerschiebers 46 nach links gemäß F i g. 4 wirkt, (c) die Feder 90 welche einer Bewegung des Steuerschiebers 46 nach rechls gemäß Fig.4 entgegenzuwirken sucht. Durch Auswahl einer geeigneten Federgröße für die Feder 90 und bei einem Zustand, bei dem der Druck im Zylinderinnern größer ist als der Atmosphärendruck, versucht infolgedessen die auf den Steuerschieber wirkende Kraft diesen nach rechts gemäß F i g. 4 zu bewegen, wobei das Ventilglied 52 in eine Stellung kommt, bei der es die Steueröffnung 72 schließt. Das Gesamtmaß der Bewegung nach rechts gemäß Fig.4 hängt ab von der wirksamen Kraft, die in Abhängigkeit von der Federkraft nach rechts wirkt. Das Element 92 wirkt als Anschlag gegen den Dichtkolben 86. So kann das Ventilglied 52 sich nicht so weit nach rechts bewegen, daß die Steueröffnung 72 vollständig geschlossen wird, es sei denn, sie sei so entworfen. Wenn das Ventilglied sich nach rechts beweg! Wird der Druckmittelfluß vom Zylinderinnern 42 über die Arbeitsleitung 40 zum Auslaß 44 bemessen bzw. beschränkt. Die Bemessung bzw. Beschränkung steigt mit steigender Belastung an, was zu einem umgekehrten Verhältnis zwischen dem Druckmittelfluß und der Belastung führt. Dieses umgekehrte Verhältnis ist schematisch in F i g. 3 wiedergegeben.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Verschiebung des Ventilgliedes 52 relativ zur Steueröffnung 72 nicht vom Druckmittelfluß abhängig ist. Das Ventilglied 52 wird relativ zur Steueröffnung 72 in Stellung gebracht, auch wenn kein Durchfluß stattfindet. Der Steuerschieber 46 stellt den Unterschied zwischen dem Druck im Zylinderinnern 42 und dem Atmosphärendruck fest. Da der Atmosphärendruck relativ konstant ist, hat das Durchflußsteuerventil gemäß der Erfindung einen stabilen Bezugspunkt, durch den die Druckbedingungen im Zylinderinnern bestimmt sind.

Die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils gemäß der Erfindung während eines Hubvorgangs (Fig. 5) wird nachfolgend beschrieben: Beim Hubvorgang fließt Druckmittel durch die Leitung 20 in die Bohrung 44, die Ringnut 70, die Öffnung 74, die Bohrung 66, die Steueröffnung IX, die Ringnut 68, die Afbeitsleitüng 40 und dann in den Arbeitsraum 42, um den nicht dargestellten Hubkolben anzuheben. Wäh-

rend dieses Hubvorganges ist es wünschenswert, daß das Ventil einen gcringslmöglichen Widerstand für den Druckmittelfluß in den Arbeitsraum 42 ausübt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt der dynamische DruckmiilelfluÖ durch die Leitung 40 einen Druckunterschied zwischen der Einlaßkarfimer 96 Und dem Arbeitsraum 42. Der Druck in der Einlaßkammer 96 während dieses Zustands ist höher als der Druck im Arbeitsraum 42 und infolgedessen in der Steuerkamrner 94. Daher ist der am Ende 48 des Steuerschiebers 46 verfügbare Druck relativ klein, verglichen mit dem auf den Dichtkolben 86 mittels des Kanals 54 ausgeübten Druck. Der Effekt ist, daß der Druckunterschied, der durch die Arbeitsleitung 40 entwickelt wird, den Dichtkolben 86 nach links gemäß Fig. 5 unter Zusammendrücken der Feder 90 bewegt. Ein Zusammendrücken der Feder 90 bewegt den Steuerschieber 46 nach links gemäß F i g. 5 und ebenso das VentilgliH 5^. Um die Steueröffnung 72 vöiiig freizugeben, die zum Arbeitsraum 42 führt. Infolgedessen ist ein Minimum an Widerstand bezüglich des Druckmittelflusses vom Einlaß 44 zum Arbeitsraum 42 gegeben, da das Ventilglied 52 von der Steueröffnung 72 voll zurückgezogen wird, wobei in F i g. 5 eine Stellung kurz vor dem Erreichen der Vollöffnung wiedergegeben ist.

Um die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils gemäß der Erfindung kurz zusammenzufassen, müssen zwei bestimmte Funktionen beachtet werden: Links des Dichtkolbens 86 gemäß F i g. 2 führt der Steuerschieber 46 eine Feststell- oder Wiegefunktion aus. Rechts des Dichtkolbens 86 iührt der Steuersthi?ber durch das Ventilglied 52 eine Bemessung oder eine Durchfluß-Steuerung des Ventils aus. Der Dichtkolben 86 stellt sicher, daß die entsprechenden Kammern 94, 96 rechts und links desselben unabhängig voneinander bleiben.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß ein zu schnelles Absenken des Hubschlittens durch fortschreitendes Schließen der Steueröffnung 72 durch das Ventilglied 52 verhindert wird. Eine derartige Abschließung der Steueröffnung wird durch Feststellen eines Druckunterschiedes zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druckmitteldruck innerhalb des Zylinderinneren bewirkt. Dieser Druckunterschied bewirkt eine Voreinstellung des Ventils, wodurch die Zeitverzögerung eliminiert wird, die üblicherweise bei Ventilen dieser Art bisher auftrat, bei denen ein Druckmittelfluß zur Einstellung der Steuermittel erforderlich ist. Wenn ein Ausfall des Wählventils 18 stattfinden sollte, welches den Druckmitteifiuß von dem Hubzylinder zum Sumpfdurch die Leitung 20 steuert, oder wenn ein Bruch der Leitung TO oder der mit dieser verbundenen Leitungen eintritt schafft das Durchflußsteuerventil gemäß Fig.2 eine vernünftige Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung der Äbsenkgeschwindigkeit eines HubladerhubschÜttens.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Durchflußsteuerventil für einen hydraulischen Hubzylinder, dessen Kolben zur Bewegung einer Last dient, mit einem eine zentrale Bohrung aufweisenden Ventilgehäuse, mit einem darin verschiebbar angeordneten Steuerschieber, mit um den Steuerschieber vorgesehenen Diclumitteln, die die zentrale Bohrung in eine Steuerkammer und eine EinlaQkammer unterteilen, wobei die Steuerkammer über eine Steuerleitung mit dem Arbeitsraum des Hubzylinders, die Einlaßkammer mit einer Leitung für die Druckmittelzufuhr und Druckmittelabfuhr sowie über eine Steueröffnung, mit der ein Ventilglied des Steuerschiebers zusammenwirkt, und eine Arbeitsleitung mit dem Arbeitsraum verbunden sind und wobei der auf das in die Steuerkammer ragende eine Ende des Steuerschiebers einwirkende Druck das Ventilgliea gegen die Kraft einer Feder in Schließrichu\ng beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß da·, andere Ende (50) des Steuerschiebers (46) aus der Einlaßkammer (96) abgedichtet (78) herausgeführt und vom Umgebungsdruck beaufschlagt ist, daß als Dichtmittel ein 2> auf dem Steuerschieber (46) als auch in der zentralen Bohrung (34) verschiebbare· Dichtkolben (86) vorgesehen ist, wobei die Feder (90) zwischen dem Dii-htkolben (86) und einer am ersten Ende (48) des Steuerschiebers (46) angeordneten Schulter (56) so eingespannt ist und die Verschiebbarkeit des Dichtkolben, m der zeniralen Bohrung (34) in Richtung Einlaßkammer (96) von einem Anschlag (84) begrenzt ist, und daß die der Einlaßkammer (96) zugekehrte Seite des Dichikolb^ns (86) mit dem in η der F.inlaßkammer (96) herrschenden Druck beaufschlagt ist.

2. Durchflußsteuerventil nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß um den Steuerschieber (46) /wischen dem Dichtkolben (86) und der Schulter w (46) ein rohrförmiges Element (92) angeordnet ist. dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Feder (90) entspricht und dessen axia'·· Länge kleiner ist als der Abstand /wischen Dichtkolben (86) und Schulter (56). wenn das r> Ventilglied (52) sich in der Offenstellung befindet.