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Steuerventil mit Servobetätigung für hydraulische Anlagen Die Neuerung
betrifft ein Steuerventil mit Servobetätigung für hydraulische Anlagen, insbesondere
für hohe Arbeitsdrücke.
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Derartige Ventile benötigen bei Anwendung hoher Drücke und großer
Durchflußmengen infolge der genauen erforderlichen Passungen zwischen Steuerschieber
und Gehäuse relativ große Betätigungskräfte, die eine genaue Steuerung erschweren
und daher unerwünscht sind.
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Die Neuerung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu vermeiden
und eine Servobetätigung des Steuerschiebers zu schaffen, die auch bei hohen Drücken
und großen Durchflußmengen eine Betätigung des Steuerventils mit kleinsten Kräften
gestattet, dabei einfach und raumsparend aufgebaut ist und eine wirtschaftliche
Herstellung ermöglicht.
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Ausgehend von einem Steuerventil mit Servobetätigung für hydraulische
Anlagen mit einem als Längsschieber ausgebildeten Steuerschieber, der in der Bohrung
des Steuergehäuses so eingeschlossen ist, daß an beiden Enden eine Druckkammer gebildet
wird, wird diese Aufgabe gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß im Steuerschieber
Ventile angeordnet sind, die von einer das Ventilgehäuse und den Steuerschieber
durchsetzenden Steuerstange betätigt werden, um Drucköl zu einer der beiden Kammern
zu leiten und damit den Steuerschieber zu betätigen, wobei die Kammern über Drosselbohrungen
mit dem Ölrücklauf in Verbindung stehen, so daß eine gesonderte Steuerung des Ölrücklaufs
entfallen kann, Zweckmäßig sind auf der Steuerstange Ventilkörper gleitbar gelagert,
die durch an der Steuerstange abgestützte Federn gegen ihre Ventilsitze im Steuerschieber
gehalten werden und durch
in Schlitzen der Steuerstange geführte
Mitnehmerstift zu öffnen sind, so daß der der Bewegungsrichtung der Steuerstange
entgegengesetzten Kammer Drucköl zugeleitet wird.
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Diese Schlitze in der Steuerstange sind vorteilhaft so lang ausgebildet,
daß in der Neutralstellung beide Ventilkörper den Zufluß zu den Druckkammern sperren,
so daß der Steuerschieber der Bewegung der Steuerstange folgt und in jeder Steuerstellung
feststellbar ist, ohne daß irgendwelche Reaktionskräfte an der Steuerstange auftreten.
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Das Drucköl zur Betätigung des Steuerschiebers wird zweckmäßig in
die Längsbohrung des Steuerschiebers über Querbohrungen geleitet, die in allen Steuerstellungen
mit der Druckquelle in Verbindung stehen. Die Schließflächen der Ventilkörper sind
wesentlich kleiner auszubilden als die wirksamen Druckflächen an den Enden des Steuerschiebers.
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Ganz besonders eignet sich das neue Steuerventil zur Steuerung von
doppeltwirkenden Anlagen, wobei an das Steuerventil außer der Druckzuleitung und
den Rücklaufleitungen zwei Leitungen angeschlossen sind, die zu der hydraulischen
Anlage führen und wahlweise beide absperrbar sind oder von denen, je nach Verschieberichtung
des Steuerschiebers, eine mit der Druckzuleitung und eine mit der Rücklaufleitung
verbunden werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird im folgenden an Hand der
Zeichnungen näher erläutert : Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß
ausgebildetes Steuerventil.
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Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab.
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Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 2.
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Das Steuerventil in der beschriebenen beispielsweisen Ausführungsform
besitzt ein Ventilgehäuse 10 mit einer zylindrischen Längsbohrung 11, in der ein
Steuerschieber 12 verschiebbar geführt ist.
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Die Bohrung 11 ist an einen Ende 13 vergrößert und mit Innengewinde
versehen. Dieses Ende wird durch eine eingeschraubte Kappe 14 verschlossen, deren
Innenraum eine Verlängerung der Bohrung 11
mit etwas größerem Durchmesser
darstellt und mit dem Ende des Steuerschiebers 12 eine Kammer 15 bildet. Die Kammer
15 ist durch einen O-Ring 16 zwischen der Kappe 14 und dem Gehäuse 10 gegen Ölverlust
abgedichtet. Das andere Ende des Steuerventils ist gleichartig ausgebildet und durch
die Kappe 17 verschlossen, in der die Kammer 19 gebildet und durch den O-Ring 18
gegen Ölverlust abgedichtet ist.
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Die Bohrung 11 besitzt Ringnuten 20,21, 22, 23, 24, 25, 26 und 27,
die im Abstand angeordnet sind. Die Kammer 16 ist über eine Drosselbohrung 28 mit
der Ringnute 20 verbunden zum Zwecke des gedrosselten Druckausgleiches. Eine entsprechende
Drosselbohrung 29 verbindet die Kammer 19 und die Ringnute 27. Die Ringnute 20 ist
mit einer Anschlußbohrung 30 verbunden und die Ringnute 21 mit einer Anschlußbohrung
31. Die Ringnute 22 steht über die Bohrung 32 mit der Anschlußbohrung 33 in Verbindung.
Die Anschlußbohrung 33 ist weiterhin mit der Ringnute 24 und über die Bohrung 34
mit der Ringnute 25 verbunden, Die Ringnute 23 steht mit der Anschlußbohrung 35
in Verbindung und die Ringnuten 26 und 27 sind mit den Anschlußbohrungen 36 bzw.
37 verbunden. Die Funktion des Steuerventils wird später erläutert werden.
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Der Steuerschieber 12 besitzt eine zylindrische Längsbohrung 39, deren
erweiterte Enden durch die Schraubstopfen 40 und 41 verschlossen sind, die ebenfalls
bei 42 und 43 durchbohrt sind. Die inneren Enden der Bohrungen 42 und 43 sind konisch
erweitert, um einen Ventilsitz zu bilden. Eine Steuerstange 45 erstreckt sich durch
das ganze Steuerventil und durchsetzt die Kappe 17, die Kammer 18, die Bohrung 43
des Schraubstopfen 41, die Bohrung 39, die Bohrung 42 des Schraubstopfen 40, die
Kammer 15 und die Kappe 14. Ein Gabelkopf 46 an einem Ende der Steuerstange 45 er-
| laubt den Anschluß eines zweckmäßigen Bedienungsgestänges.
Der |
Durchmesser der Steuerstange 45 ist geringer als der Durchmesser der Bohrungen 42
und 43, so daß der Ölfluß durch diese Bohrungen nicht wesentlich behindert wird.
Die Steuerstange wird von zwei Stiften 47 und 48 quer durchsetzt und besitzt außerdem
zwei Längsschlitze 49 und 50. Ferner sind auf ihr zwei zylindrische Ventilkörper
52 und 53 gelagerte deren innerer Durchmesser etwa dem Durchmesser der Steuerstange
45 entspricht, und deren äußerer
Durchmesser etwas geringer ist
als der Durchmesser der Bohrung 39.
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EineEnde des Ventilkörpers 52 ist konisch ausgebildet, entsprechend
dem Ventilsitz im Schraubstopfen 40. Ferner besitzt der Ventilkörper 52 einen Querstift
54, der auch den Schlitz 49 der Steuerstange 45 durchsetzt und hierin geführt ist
Zwischen dem Stift 47 und dem inneren Ende des Ventilkörpers 52 ist eine Schraubendruckfeder
55 angeordnet, die den Ventilkörper 52 auf seinen Sitz im Schraubstopfen 40 drückt.
Der Ventilkörper 53 ist in gleicher Weise ausgeführt und besitzt ebenfalls ein konisch
ausgebildetes Ende, das mit dem Ventilsitz im Schraubstopfen 41 zusammenwirkt. Der
Ventilkörper 53 trägt einen Querstift 56, der auch den Schlitz 50 der Steuerstange
45 durchsetzt. Eine zwischen dem Stift 48 und dem inneren Ende des Ventilkörpers
53 angeordnete Schraubendruckfeder 57 drückt letzteren gegen den Ventilsitz im Schraubstopfen
41.
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Wenn keine Verstellkraft auf die Steuerstange 45 einwirkt, so befindet
sie sich in Neutralstellung, die Federn 55 und 57 drücken die Ventilkörper 52 und
53 gegen ihre Sitze und keiner der Stifte 54 und 56 liegt gegen die Wände der Schlitze
49 und 50 an. Die Schlitze sind so ausgebildet, daß in der Neutralstellung die äußeren
Endwände der Schlitze einen geringeren Abstand von den Stiften haben als die inneren
Wände. Es ist daher zu erkennen, daß bei Bewegung der Steuerstange 45 nach links
in Fig. 1, und vorausgesetzt, daß zur Bewegung des Steuerschiebers 12 eine größere
Kraft erforderlich ist, als zur Öffnung der Ventilkörper 52 und 53, die äußere Wand
des Schlitzes 50 gegen den Stift 56 zur Anlage kommt und den Ventilkörper 53 von
seinem Sitz im Schraubstopfen 41 abhebt. Hierbei gleitet der Stift 54 lediglich
in den Schlitz 49.
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Bei der Bewegung der Steuerstange 45 in entgegengesetzter Richtung
kommt der Stift 54 gegen die äußere Wand des Schlitzes 49 zur Anlage und hebt damit
den Ventilkörper 52 von seinem Sitz ab.
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Der Ventilkörper 53 bleibt in Schließstellung und wird durch die Feder
57 noch fester auf seinen Sitz gedrückt.
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Der Steuerschieber 12 selbst besitzt drei Ringnuten 60,61 und 62 an
seiner äußeren Oberfläche und zwei Verbindungsbohrungen 63 und 64, die seine Innenbohrung
39 mit der Außenseite verbinden und zwischen den Ringnuten 61 und 62 angeordnet
sind « Die Bohrungen und Ringnuten im Gehäuse 10 und im Steuerschieber 12 sind so
angeordnet, daß in der Neutralstellung nach Fig. 1 die Ringnuten 21 und 60
in
Verbindung stehen, die Ringnute 22 abgeschlossen ist, die Ringnuten 23,61 und 24
in Verbindung stehen, die Bohrung 63 abgeschlossen ist, die Bohrung 64 und die Ringnute
25 in Verbindung stehen, die Ringnuten 62 und 26 in Verbindung stehen und die Ringnute
27 abgeschlossen ist,, Das Steuerventil ist so angeschlossen, daß die Anschlußbohrung
33 mit einer Druckmittelquelle in Verbindung steht, die Anschlüsse 30,35 und 37
mit einem Ölbehälter in Verbindung stehen und die Zuleitungen eines hydraulischen
Motors, der gesteuert werden soll, bei 31 und 36 angeschlossen sind. Es ist offensichtlich,
daß bei Verbindung einer der Leitungen 31 oder 36 mit der Druckleitung, die andere
Leitung mit dem Ölbehälter verbunden sein sollte.
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Zur Erläuterung der Funktion des Steuerventils sei zunächst angenommen,
daß die Steuerstange 45 sich in der Neutralstellung nach Fig. 1 befindet, wobei
die Kammern 15 und 19 durch die Ventile 52 und 53 abgeschlossen sind. Über den Anschluß
33, die Bohrung 34, die Ringnute 25 und die Bohrung 64 gelangt Drucköl in die Bohrung
39 des Steuerschiebers 12. Vom Anschluß 33 fließt das Drucköl über die Ringnuten
24, 61 und 23 zum Anschluß 35 und von dort zum Ölbehälter. Der hydraulische Motor,
der bei 31 und 36 angeschlossen ist, ist in seiner Lage blockiert, da die Ringnuten
21 und 26 durch den Steuerschieber 12 abgeschlossen sind.
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Wenn nun die Steuerstange 45 nach rechts verschoben wird, so wird
der Ventilkörper 52 von seinem Sitz abgehoben, wie Fig. 2 und 3 zeigt, gleichzeitig
wird der Ventilkörper 53 stärker auf seinen Sitz gepreßt. Drucköl fließt jetzt aus
der Bohrung 39 um die Steuerstange 45 durch die Bohrung 42 in die Kammer 15 in der
Kappe 14 und drückt gegen die Fläche des Schraubstopfen 40, so daß der Steuerschieber
in Richtung der Bewegung der Steuerstange 45 verschoben wird. Das Öl aus der Kammer
19 wird über die Bohrung 29, die Ringnute 27 und die Anschlußbohrung 37 zum Ölbehälter
verdrängt.
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Obwohl auch über die Drosselbohrung 28 eine gewisse Menge Öl zum Ölbehälter
zurückfließt, ist die Drosselung ausreichend, um in der Kammer 15 genügend Druck
zur Verschiebung des Steuerschiebers 12 aufzubauen. Wenn der Steuerschieber 12 der
Bewegung der Steuerstange 45 gefolgt ist, schließt sich der Ventilkörper 52 wieder
und der Steuerschieber 12 wird in dieser Stellung blockiert.
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Ist der Steuerschieber 12 genügend weit nach rechts verschoben, so
fließt jetzt Drucköl von der Anschlußbohrung 33 über die Bohrung 32 und die Ringnuten
22,60 und 21 zur Anschlußbohrung 31.
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Bei der Bewegung des Steuerschiebers 12 nach rechts wird die Ringnute
23 abgeschlossen, so daß der Rücklauf von der Anschlußbohrung 33 zum Ölbehälter
gesperrt ist. Drucköl wird nunmehr über die Bohrung 63 und die Ringnute 25 zur Bohrung
39 im Steuerschieber geleitet. Die Anschlußbohrungen 36 und 37 sind über die Ringnuten
26, 62 und 27 verbunden.
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Ganz entsprechend erfolgt die Steuerung bei einer Verschiebung der
Steuerstange 45 aus der Stellung nach Fig. 1 nach links.
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Bei einigen Ausführungsformen der Neuerung könnte es gelegentlich
einer extremen Verschiebung des Steuerschiebers 12 nach rechts vorkommen, daß die
Bohrung 64 mit der Ringnute 26 in Verbindung tritt, die mit dem Ölbehälter in Verbindung
steht. Aus diesem Grunde ist die Bohrung 63 mit einem wesentlich größeren Durchmesser
ausgebildet als die Bohrung 64f so daß ein genügender Differenzdruck in der Bohrung
39 zur Betätigung des Steuerventils entsteht.
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Es ist daher erkennbar, daß das neue Steuerventil mit einem Servomechanismus
ausgerüstet ist derart, daß der Steuerschieber, in Abhängigkeit von der Stellung
einer mit geringen Kräften verschiebbaren Steuerstange, durch hydraulischen Druck
verschiebbar ist, wobei sich der Servomechanismus in jeder beliebigen Stellung selbsttätig
neutralisiert. Obwohl das Ausführungsbeispiel als Ventil mit Ölrücklauf zum Vorratsbehältnis
ausgebildet ist, kann die Erfindung genausogut auch bei Ventilen ohne Rücklauf und
ebenfalls mit anderen Anordnungen der Steuerbohrungen und Nuten angewandt werden.
Das Steuerventil kann auch statt der gezeigten vier Hauptanschlüsse zwei oder drei
Hauptanschlüsse besitzen.
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Schutzansprüche :