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Hydraulische Überleitvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf in
der Mitte offene hydraulische Steuerventile von der Art gleitender Schieber, und
sie befasst sich esonders mit den Jberleitschiebern, die üblicherweise in diesen
Ventilen verwendet werden.
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In gewissen hydraulischen Systemen können die doppeltwirkenden Betätigungszylinder
Belastungen ausgesetzt sein, die sie veranlassen, sich mit, Geschwindigkeiten zu
bewegt en, die diejenigen übersteigen, mit denen die Förderpumpe Schritt halten
kann. Diese als Überhol- oder Übereilbelastung bezeichnete Bedingung kann die Expansionsseite
des Zylinders veranlassen, zu kavitieren. Daher ist das system üblicherweise mit
einer Überleitvorrichtung ausgerüstet, die automatisch etwaz oder die ganze von
von
der Kompressionsseite des Zylinders verdrängte Flüssigkeit zur ßxpansionsseite hin
überleitet. Der Überleitdurchfluß erganzt die Leistung der Förderpumpe und hält
die Expansionsseite des Zylinders flüssigkeitsgefüllt. Häufig ist die Überleitvorrichtung
in dem Ventilschieber selbst eingebaut. Das am 31.Oktober 1961 erteilte US-Patent
Nr.3 006 372 offenbart Ventilschieber dieses Typs.
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Während die oben erwähnten bekannten oberleitschieber vom ßtandi unkt
der havi tationsverhi nuerungg ausreichen, zeigen sie jedoch den Machteil, daß sie
die Anwendung der üblichen Ausgleichstechniken der Durchflußkraft ausscließen. Die
auf diese Schieber wirkenden Hauptdurchflußkrafte werden an den Mittemeinschnürungen
oder Rillen erzeugt, die einen Teil des in der Mitte offenen Druchflußweges bilden
und die großen Druchflußmengen und Druchgefällen ausgesetzt sein können. @enn ein
Schieber, um den Durchfluß zur einen oder der anderen Seite des gesteuerten Zylinders
zu bemessen, au der Neutralstellung weggeschoben worden ist, wird der Durchfluß
durch die Mitteneinschnürungen gedrosselt und der Schieber ist einer dynamischen
Kraft oder Durchflußkraft ausgesetzt, die unter einem Winkel ur Schieberachse wirkt
und die den Schieber in eine Richtung drängt, um den in der Mitte offenen Weg zu
schließen.
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Die
Die gebräuchliche Art die Größe dieser Kraft
zu verringern, besteht in der Verwendung einer besonderen kontur für jede Einschnürung,
die so ausgebildet ist, daß der Eintritt der Flüssigkeit und ihr Austritt aus der
Einschnürung entgegengesetzt wirkende Kräfte erzeugen. Während diese Technik tatsüchlich
die auf jeden der bekannten Schieber wirkende verbleibende Durchflußkraft verringert,
wenn er in eine Richtung aus er Neutralstellung bewegt wird, hat sie eine geringe
Wirkung, zenn der Schieber in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird. Der
Grund dafür ist, daß das Gberleitkontrollventil sich öffnet und einen Parallelweg
bildet, der einem wesentlichen Teil des durch die offene l.iitte erfolgenden Durchflusses
erlaubt, die geformte Einschnürung, durch die dieser Durchfluß bemessen werden soll,
zu umgehen. Dies verhindert natürlich, daß die ganzen Vorteile zum Tragen kommen,
die durch die besondere Kontur der r;itteneinschnürung möglich sein können.
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Gegenstand der Erfindung ist, einen verbesserten Lberleitventilschieber
zu schaffen, in dem das berleitkontrollventil so ausgebildet und angeordnet ist,
daß es geschlossen bleibt und somit ein Umgehen der Mitteneinschnürungen verhindert,
wenn der Schieber den Durchzur zu der einen oder der anderen Seite des gesteuerten
inders bemißt.
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Die
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung. In dieser sind: Fig.1 ein axialer Schnitt des verbesserten Schiebers,
und eines Teiles des Ventilgehäuses, in dem der Schieber verwendet wird, sowie schematische
Darstellungen der anderen Bestandteile eines typischen Hydraulikkreises und Fig.2
ein vergrößert dargestellter axialer Schnitt des in Fig0l gezeigten Mittelteiles
des Schiebers.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der verbesserte Schieber 11
in einem Vielfachschieberventil des Tandemtps enthalten. Das Ventilgehäuse 12 ist
mit dem üblichen in der Mitte y-förmigen Kanal 13 und Sammelleitungszweigen 14 und
14a versehen. Der .Schieber ist zur Hin- und Herbewegung in einer Bohrung 15 angeordnet.
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Die Bohrung 15 erstreckt sich durch das Gehäuse 12 und wird der Länge
nach durch sieben- sich in Abstand befindliche Kaminern 16-22 gekreuzt. Die Kammern
16 und 17 stehen durch den in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Teil des y-förmigen
Kanals 13 mit einer Pumpe 23 und die klammer 18 mit einem Vorratsbehälter oder Tank
24 durch den in Strömungsrichtung unterhalb liegenden Teil des y-förmigen Kanals
in Verbindung. Die Kammern 19 und 20 sind auf direktem weg mit den Auslaßsammelleitungszweigen
14
14 und 14a verbunden. Die Kammern 21 und 22 sind auf die gegenüberliegenden
Seiten eines doppeltwirkenden Zylinders 25 geschaltet. Der Schieber 11 hat ein Paar
Mitteneinschnürungen 26 und 27, die so gestaltet sind, daß sie in Übereinstimmung
mit der bekannten Technik den Ausgleich der Durchflußkraft ermöglichen und die drei
absperrende volle Teile 23, 29 und 31 begrenzen.
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In der dargestellten Neutralstellung N vervollständigen die Einschnürungen
26 und 27 den in der Mitte offenen weg und die vollen Teile 28 und 31 trennen die
Kammern 21 bz':0 22 voneinander und von den anderen Flüssigkeit enthaltenden Räumen
des Ventil8, Durch den Ver.tilschieber 11 erstreckt sich eine axiale Bohrung, deren
gegenüberliegende Enden durch Gewindestoffen 3,a und 33 verschlossen sind. Die Bohrung
wird durch einen dazwischen eingeschraubten Stopfen 36 in einen-rechten und linken
Bohrungsteil 34 bzw0 35 aufgeteilt. Der rechte Bohrungsteil 34 wird durch zwei i.eihen
von radial verlaufenden Durchgängen 37 und 38 gekreuzt und enthält ein übliches
Lastabfallkontrollventil 39.
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Die Durchgänge 37 und 38 sind so angeordnet, daß sie in der Anhebestellung
R mit den Kammern 22 bzw. 20 und in der Absenkstellung L mit den rammern 17 bzw0
22 in Deckung stehen.
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Der linke Bohrungsteil 35 wird durch drei Reihen von radial
radial
verlauf enden Durchgängen 41, 42 und 43 gekreuzt und enthält ein Paar Tellerventile
44 und 45. Diese Durchgänge ,ind so angeordnet, daf in der Anhebestellung die Durchgänge
42 bzw0 43 mit den rammern 21 bzw 16 und in der Absenkstellung die Durchgänge 41
bzwO 43 mit den Kammern 19 bzw. 21 in Deckung stehen und die Durchgünge 42 durch
die Wand der Bohrung 15 verschlossen sind, Das als Lastabfallkontrollventil dienende
Tellerventil 44 wird durch eine schwache Feder 46 und durch den Druck in den Durchgängen
42 in die Schlußstellung gedrückt und durch den Druck in einem Raum 47, der mit
den radialen Durchgängen 43 in Verbindung steht in die Öffnungsrichtung gedrangt.
Auf der anderen Seite dient das Tellerventil 45 dazu, die Schließbelastung auf das
Ventil 44 zu regeln. Das Tellerventil 45 wird lurch eine Feder 48 und den Druck
in einem Raum 49 an seinem linken Ende in die Schlußstellung gedrückt und durch
den Druck in den radial verlaufenden Durchgingen 42, der auf das rechte Ende des
Tellerventils wirkt, in die Öffnungsrichtung gedrängt. Auf dem äußeren Umfang des
Tellerventils 45 gebildete Längsnuten verbinden den Raum 49 mit den radial verlaufenden
Durchgängen 41. Die Feder 48 übt eine größere Kraft aus als die Feder 46 und hält
dadurch das Ventil 45 gegen die öffnende Wirkung der Feder 46, die sich gegen das
Ventil 45 abstützt, auf seinem Sitz.
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An
An seinem rechten Ende enthält der Bohrungsteil
35 ein Überleitkontrollventil 51, das die Verbindung zwischen dem Raum 47 und einer
Reihe von radial verlaufenden Durchgangen 52 steuert, die durch den Schieber 11
im Bereich der Mitteneinschnürung 26 münden. Das Kontrollventil 51 ird durch eine
Schraubendruckfeder 53 und durch den Druck in einer kammer 54 an seinem rechten
Ende in die Schlußstellung gedrückt und durch den Druck im Raum 47 in die Öffnungsrichtung
gedrängt. Diese kammer 54 steht mit der Schiebereinschnürung 27 durch einen engen
radial verlaufenden Durchgang 55 und mit der Schiebereinschnürung 26 durch axial
und radial verlaufende im wontrollventil '1 ausgebildete Durchg:nge 56 bzw; 57 in
Verbindung. Ein kleines Kontrollventil 58 verhindert einen Rückfluß von der Kammer
54 durch die Durchginge 56 und r;7 zur Schiebereinschnürung 26. I)ie durch den Jt'chgang
55 bedingte Durchflußminderung ist erheblich gröser als die, welche durch die Durchgange
56 und 57 und das Kontrollventil 58 verursacht wird. Daher wird der Druck in der
Kammer 54 ansteigen, wenn das Kontrollventil 58 sich öffnet, um Flüssigkeit in die
Kammer 54 einströmen zu lassen.
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Wie aus der nachfolgenden Betriebsbeschreibung hervorgeht, muß der
Leckverlust der Kammer 54 während des Lastanhebebetriebes
Lastanhebebetriebes
möglichst gering gehalten werden, um ein öffnen des Uberleitkontrollventils 51 zu
verhindern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Aufgabe der Verminderung
des Leckverlustes durch eine enge Passung zwischen dem Kontrollventil 51 und der
Wand des Bohrungsteiles 35 gelöst, wobei auch eine Dichtung verwendet werden könnte0
Wenn das Steuerventil sich in Betrieb und der Ventilschieber 11 sich in der dargestellten
Neutralstellung N befindet, strömt das von- der Pumpe 23 zum y-förmigen Kanal 13
gelieferte öl durch die Kammern 16 und 17 und die Schiebereinschni,frungen 26 und
27 zur mittleren Kammer 18 und fließt dann durch den in Strömungsrichtung unterhalb
liegenden y-förmigen Kanal zu den nachfolgenden Absperreinheiten oder zum Tank 240
Dieser in der Mitte offene Durchfluß wird nicht durch den Schieber 11 gedrosselt.
Daher wird die Pumpe 23, wenn keiner der nachfolgenden Schieber sich in einer Betriebsstellung
befindet, unbelastet sein. In dieser Stellung des Schiebers 11 trennen die vollen
Teile 28 und 31 die Kammern 21 bzw. 22 von den anderen Flüssigkeit enthaltenden
Räumen des Ventils. Auf diese 1.eise ist der Zylinder 25 hydraulisch blockiert0
Wenn der Ventilschieber 11 nach rechts in die Anhebestellung
stellung
verschoben wird, unterbricht der mittlere volle Teil 29 den Durchfluß von der Kammer
17 zur Kammer 18 und das rechte Ende des vollen Teiles 28 beginnt dann den Durchfluß
von der Kammer 16 zur Kammer 18 einzuengen oder zu drosseln. Gleichzeitig oder ungefähr
gleichzeitig beginnen die radial verlaufenden Durchgänge 43 mit der Kammer 16 und
die radial verlaufenden Durchgänge 37 bzw. )8 mit den Kammern 22 bzw. 20 in Deckung
zu kommen. Wenn der Gegendruck, der sich aus dem Drosseln des in der Mitte offenen
Durchflusses ergibt, den Belastungsdruck in der Kammer 21 übersteigt, wird sich
das Tellerventil 44 öffnen und das öl wird auf dem lAeg durch die Kammer 16, die
radial verlaufenden Durchgänge 43, den Raum 47, das Kontrollventil 44, die radial
verlaufenden Durchgänge 42 und die Kammer 21 zum Stangenende des Zylinders 25 fließen.
Der Druckabfall durch das Ventil 44 ist ganz gering, weil das Ventil nur durch die
von der Feder 46 ausgeübte kleine Kraft in die Schlußstellung gedrückt wird. Wenn
der Kolben 25a des Zylinder0' 25 beginnt die Last anzuheben, fließt die vom Kopfende
des Zylinders verdrängte Flüssigkeit durch die Kammer 22, die radial verlaufenden
Durchgange 37, den Bohrungsteil 34, das Kontrollventil 39, die radial verlaufenden
Durchgiinge 38, die Kammer 20 und den Zweig 14a der Auslaßsammelleitung zum Tank
24 zurück. Die Flüssigkeitsmenge, die zum Zylinder 25 gefördert
gefördert
wird und infolgedessen auch die Geschwindigkeit, mit der der Kolben 25a die Last
bewegt, sind von der Stellung des Ventilschiebers 11 abhängig, da dieser den Grad
regelt, mit dem der durch die offene Mitte erfolgende Durchfluß gedrosselt wird.
Wenn der Schieber 11 über seinen ganzen Weg in die Anhebestellung P, geschoben ist,
wird der volle Teil 28 den Durchfluß von der Kammer 16 zur Kammer 18 vollständig
unterbrechen und die ganze Fördermenge der Pumpe 23 wird nach dem Zylinder hin geliefert
Während des Lastanhebebetriebes ist die Kammer 54 hinter dem Überleitventil 51 durch
die Durchgänge 55 und die Kammer 17 in ständiger Verbindung mit dem in Strömungsrichtung
oberhalb liegenden y-förmigen Kanal 13. Da die Leckmenge der Kammer 54 durch die
enge Passung zwischen dem Kontrollventil 51 und dem Bohrungsteil 35 auf ein Minimum
gebracht ist, wird der Druck in der Kammer sehr nahe beim Förderdruck in dem y-förmigen
Kanal liegen. Deshalb wird das )Merleitkontrollventil 51 geschlossen bleiben, obwohl
der Raum 47 Ol unter Förderdruck enthält. Das bedeutet nicht nur eine ß-icherheit
dafür, daß der ganze durch die offene Mitte erfolgende,Durchfluß durch die Mitteneinschnürung
26 fließen wird und somit für den Durchflußkraftausgleich verfügbar ist, sondern
auch, was sogar noch von größerer Bedeutung
Bedeutung ist, daß
die Überleitschaltung nicht die Fördermenge der Pumpe 23 zum Tank 24 ableitet und
den Antrieb des Zylinders 25 verhindert.
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Wenn der Schieber 11 aus der Neutralstellung nach links verschoben
wird, sperrt der volle Teil 29 die Verbindung zwischen den Kammern 16 und 18 und
die linke Kante des vollen Teiles 31 bewirkt eine Drosselung des durch die offene
Mitte gehenden Durchflusses. In diesem Fall werden die radial verlaufenden Durchgänge
37 bzw. 38 mit den Klammern 17 bzw.22, die radial verlaufenden Durchgänge 4, bzw.
43 mit den Klammern 19 bzw. 21 in Deckung gebracht und die radial verlauf enden
Durchgänge 42 sind durch die Wand der Bohrung 15 verschlossen. nur gleichen Zeit
werden die radial verlaufenden Durchgänge 52 von der Kammer 18 getrennt und durch
die Kammer 16 mit dem in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Teil des y-förmigen
Kanals 13 sowie der enge Durchgang 55 mit der rammer 18 in eine freie Verbindung
gebracht.
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Jetzt wird zum Kopf ende des Z Zylinders 25 Cl durch die Kammer 17,
die radial verlaufenden Durchgänge 37, den Bohrungsteil 34, das Kontrollventil 39,
die radial verlaufenden Durchgänge 38 und die Kammer 22 gefördert. Der Rückfluß
von dem Zylinder erfolgt durch die Kammer 21 und die radial verlaufenden Durchgange
gänge
43 zu dem Raum 47 im Bohrungsteil 35. Der Druck im Raum 47 ist bestrebt, den Teller
44 von seinem Sitz abzuheben. Da aber die Durchgänge 42 jetzt gesperrt sind, kann
dieses Ventil nicht eher öffnen, bis der Druck auf einen Wert angestiegen ist, der
ausreicht, um die Belastung der Feder 48 zu übersteigen.
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Zu diesem Zeitpunkt wird das Tellerventil 45 sich öffnen und die vorübergehende
hydraulische Verblockung, die das Ventil 44 geschlossen gehalten hat, aufheben.
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Dies erlaubt dem Teller 44 sich zu öffnen und ermöglicht dem Öl, das
zur Kammer 47 zurückfließt, am Teller 45 vorbei, durch die radial verlaufenden Durchgänge
41, die Kammer 19 und den Zweig 14 der Äuslaßsammelleitung zum Tank 24 zu fließen.
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Da während dieses Lastabsenkbetriebes die radial ver laufenden Durchgänge
52 und die angeschlossenen Durchgänge 57 im Ub'erleitkozitrollventil 51 51 mit dem
in Strömungsrichtung oberhalb befindlichen Teil des y-förmigen Kanals 13 und die
Durchgänge 55 mit der Kammer 18 in freier Verbindung stehen, wird das kleine Kontrollventil
58 offen sein. Daher wird ein Teil des von der Pumpe 23 geförderten Öles durch die
Kammer 16, die Durchgänge 52 und 57, das Kontrollventil 58, den Durchgang 56, die
Kammer 54, den engen Durchgang 55, die Kammer 18 und den in Strömungsrichtung unterhalb
liegenden
liegenden Teil des y-förmigen Kanals zum Tank 24 abgeleitet.
Wegen der unterschiedlichen Drosselungen, die sich durch die Zu- und Ablaufwege
der Kammer 54 ergeben, wird dieser Steuerdurchfluß einen Gegendruck in der Kammer
erzeugen, der sich direkt mit dem Förderdruck in dem in Strömungsrichtung oberhalb
liegenden y-förmigen Kanal 13 verändert. Dieser Druck wirkt auf das rechte Ende
des Überleitkontrollventils 51 und erzeugt eine Kraft, die vereint mit der Belastung
der Feder 53 das Ventil 51 gegen seinen Uitz drängt. Wenn die zu bewegende Last
der Bewegung des Kolbens 25a entgegenwirkt, wird der Förderdruck relativ hoch sein
und die auf das Überleitkontrollventil 51 wirkende Schließkraft wird es gegen die
entbegenwirkende durch den Gegendruck im Raum 47 erzeugte Kraft geschlossen halten.
Daher wird unter diesen Bedingungen der ganze Rückfluß vom Zylinder 25 zum Tank
24 durch die Tellerventile 4#' und 45 erfolgen. Auf der anderen Seite wird in
den Fällen, in denen £>ich die Last zur Bewegung des Kolbens 25a addiert und
groß genug ist, um ihn mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die die Leistungsfähigkeit
der @umpe 23 übersteigt, sich der Gegendruck in der Kammer er 54 unter den Druck
im Raum 47 vermindern. Nun wird sich das oberleitkontrollventil 51 öffnen, um wenigstens
einen Teil des Räckflusses zum in Strömungsrichtung oberhalt liegenden Teil des
y-förmigen
y-förmigen kanals 1) durch die radial verlaufenden Durchgänge
52 und die Kammer 16 abzuleiten und dadurch die Leistung der Pumpe 23 zu unterstützen.
Das Verhältnis des Rückflusses, der zum Expansionsende des Zylinders abgeleitet
wird, hängt von der Stärke der Überholbedingung ab und wird immer ausreichen,um
den Förderdruck im y-förmigen Kanal 13 ungefähr auf der Höhe des Gegendruckes im
Raum 47 zu halten. Dieser zuletzt erwähnte Gegendruck kann durch Veränderung der
durch die Feder 48 ausgeübten Belastung verändert werden und ist hoch genug anzusetzen,
um sicher zu gehen, daß der Förderdruck immer ausreichend sein wird, um die Leitungsverluste
zu decken und den Zylinder 25 mit Flüssigkeit gefüllt zu halten.
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Wenn der Schieber 11 Öl zum Kopfende des Zylinders ~5 liefert, trennt
der volle Teil 29 die radial verlaufenden Durchgänge 52 von der Kammer 18, so daß
das Überleitkontrollventil 51 daran gehindert ist, den durch die offene Mitte erfolgenden
Durchfluß um die Schieber einschnürung 27 im Nebenweg herumzuführen. Daher wird
das Durchflußkraftausgleichsystem vollständig wirksam.
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Obwohl das Kontrollventil 58 immer offen ist und etwas Öl ständig
durch die Durchgänge 56 und 57, die Kammer 54 und den Durchgang 55 zum Tank entweicht,
ist die Durchflußmenge durch diesen Weg sehr gering und hat keine materielle wirkung
weder auf das Durchflußkraftausgleich system
system noch auf die
Arbeitsfahigkeit des Systems.
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In einem typischen Fall, in dem die Pumpe 20 Gallonen pro Minute fördert,
betrugt der Steuerdurchfluß bei 300C pound per square inches Förderdruck nur ungefähr
0,7 Gallonen pro Minute.
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Obgleich der hier beschriebene bevorzugte Ventilschieber 11 ein doppeltes
Tellerventil 44 und 45 enthalt und dadurch in der Lage ist, den für eine ausreichende
Überleittätigkeit erforderlichen Gegendruck im Raum 47 ohne Erhöhung der Druckverluste
in der Anhebestellung herzustellen, sei bemerkt, daß dies kein wesentliches Werhmal
der Erfindung ist. Die doppelte Tellerventilanordnung könnte durch das einfache
Lastabfallkontrollventil ersetzt werden, das in dem .berleitsystem des oben erwähnten
US-Patentes Nr.3 006 372 Verwendung findet.
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Patentansprüche