DE1944129B2 - Steuerventeinrichtung - Google Patents

Description

ein Entlastungsventil mit dem Sumpf verbindbar ist

Es sind zwar in der Hydraulik-Technik bistabile Ventile bekannt (DT-PS 8 31 639), jedoch sind solche bistabile Ventile nicht in Verbindung mit den anderen vorstehend aufgeführten Merkmalen bekannt

Die Ausbildung des Hauptstromreglers ist insoweit vereinfacht, als für die Beaufschlagung des federbelasteten Kolbens mit dem stromauf der frei einstellbaren Drossel herrschenden Druck keine zusätzliche Leitung in der Steuereinrichtung erforderlich ist.

Dabei übernimmt das Durchflußsteuerventil außer der Steuerung des Durchflusses zum Kolben hin noch die Sicherung der Druckmittelquelle gegenüber einem zu hohen Arbeitsdruck am Servomotor. Über das bistabile Ventil wird der zu hohe Arbeitsdruck dem die Feder enthaltenden stirnseitigen Druckraum des Durchflußsteuerventils zugeführt, so daß der Hohlkolben in seine Schließstellung verschoben wird, in der er die Druckmittelzulaufleitung von dem Handsteuerventil und damit von dem Servomotor abtrennt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anschließend anhand der einzigen Figur beschrieben die eine schematische Darstellung der Steuerventileinrichtung zeigt.

Die in der Figur gezeigte Steuerveniileinrichtung 14 für die Steuerung des Druckmittelflusses von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor 26 besteht im wesentlichen aus einem handbetätigten, jeweils den Druckmittelzulauf über eine frei einstellbare Drossel 25a zum Servomotor 26 und den Druckmittelrücklauf vom Servomotor freigebenden Steuerventil 25 und einem stromauf von diesem angeordneten Durchflußsteuerventil 27, sowie einem bistabilen Ventil 31. Weiterhin weist die in der Figur dargestellte Steuerventileinrichtung ein Rückschlagventil 32 auf. Es ist möglich, daß alle diese Ventile in ein und demselben Ventilgehäuse 35 ausgebildet sind; jedoch können sie auch in getrennten Ventilgehäusen angeordnet sein, die über entsprechende Leitungen miteinander verbunden sind. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist der Sumpf der Steuerventileinrichtung 14 schematisch an verschiedenen Stellen dargestellt und mit dem Bezugszeichen 36 belegt. Bei einer praktischen Ausführungsform dürfte natürlich nur ein einziger Sumpf vorgesehen sein.

Der Steuerventileinrichtung 14 wird über eine Druckmittslzulaufleitung 55 von einer Druckmittelquelle her Druckmitte! zugeführt. Weiterhin ist die Steuerventileinrichtung mit einer Steuersignalleitung 60 verbunden, die von Bedeutung ist, wenn mehrere Steuerventileinrichtungen 14 und somit mehrere doppeltwirkende Servomotoren 26, die einen unterschiedlichen Druckbedarf haben, von ein und derselben Druckmittelquelle her versorgt werden sollen.

Das Steuerventil 25 weist zwei öffnungen 65 und 66 auf, die über Leitungen 67 bzw. 68 mit den zugeordneten Druckräumen des doppeltwirkenden Servomotors 26 verbunden sind. Das Steuerventil 25 weist ferner eine Einlaßöffnung 70, eine Auslaßöffnung 71, sowie zwei Steueröffnungen 73 und 74 auf. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist das Steuerventil 25 ein 3-Stellungsventil, das die öffnungen 65, 66 und 70, 71, 73, 74 in den verschiedenen Stellungen in unterschiedlicher Weise miteinander verbindet. In der mittigen Neutralstellung des Steuerventils 25 sind die Einlaßöffnung 70 und die Motoröffnungen 65 und 66 blockiert. Um für die frei einstellbare Drossel 25a einen konstanten Durchfluß unabhängig von Druckscliwankungen im System zu erhalten, ist das Durchflußsteuerventil 27 vorgesehen. Der steuerungsaktive Teil des Durchflußsteuerventils 27 ist ein in einer Bohrung 92 des Ventilgehäuses 35 verschiebbar gelagerter Hohlkolben 91. Der Hohlraum des Kolbens 91 ist von einer Wand 94 radial durchsetzt Weiterhin ist er mit die Verbindung zwischen Druckmittelquelle und Steuerventil 25 herstellenden Radialbohrungen 96,97,98 und 99 versehen, wobei die Radialbohrungen % und 9Γ einerseits und die Radialbohrungen 98 und 99 andererseits einander paarweise gegenüberliegen. Die Radialbohrungen wirken mit Aussparungen 101 und 102 im Ventilgehäuse zusammen. Weiterhin ist eine Aussparung 103 vorgesehen, die auf der einen Seite der Wand 94 einen Druckraum 104 bestimmt Auf der anderen Seite der Wand 94 bestimmen Bohrungen 92 und Kolben 91 einen zweiten Druckraum 105. In dem stirnseitigen Druckraum 104 ist eine sich am Ventilgehäuse 35 abstützende und die Wand 94 beaufschlagende Druckfeder 107 eingebracht.

Die Aussparung 101 ist über eine Leitung 77 mit der von der Druckmittelquelle kommenden Leitung 55 verbunden. Die Aussparung 102 ist über eine Leitung 78 mit der Einlaßöffnung 70 des Steuerventils 25 verbunden. Der die Feder 107 enthaltende Druckraum 104 ist über eine Leitung 86 mit dem Ausgang 81 des bistabilen Ventils 31 verbunden. In der Leitung 86 ist eine feste Drossel 116 vorgesehen. Die Eingänge 80 und 82 des bistabilen Ventils sind über Leitungen 83 bzw. 84 mit den Steueröffnungen 73 bzw. 74 des Steuerventils 25 verbunden. Eine Abzweigung der Leitung 86 verbindet den Ausgang 81 des bistabilen Ventils noch mit dem Rückschlagventil 32, das andererseits über eine L.eitung 88 mit der Steuersignalleitung 60 verbunden ist.

Die dem Druckraum 105 zugewandte Fläche der Wand 94 ist mit 108 und die dem Druckraum 104 zugewandte Fläche mit 109 bezeichnet. Die Flächen 108 und 109 bilden zusammen mit den kreisringförmigen Endflächen des Hohlkolbens 91 die auf den Druck in der Druckkammer 104 bzw. 105 ansprechenden Wirkflächen.

Außer mit dem bistabilen Ventil 31 ist der Druckraum 104 noch über eine Leitung 113 mit einem Entlastungsventil 28 verbunden. Das Entlastungsventil 28 weist einen Kugelventilkörper 110 auf, der von einer Feder 112 gegen seinen Ventilsitz gedrückt wird und bei niedrigen Drücken die Leitung 113 verschließt. Der Innenraum des Entlastungsventils 28 ist über eine Leitung 14 mit dem Sumpf verbunden.

Um das Verständnis der Arbeitsweise der Steuereinrichtung 14 zu erleichtern, werde zunächst angenommen, daß das Durchflußsteuerventil einen ungehinderten Durchfluß zwischen den Leitungen 77 und 78 ermögliche. Bei Bewegung des Steuerventils 25 in seine linke oder rechte Stellung beaufschlagt der in der Leitung 55 herangeführte Druck den doppeltwirkenden Motor 26. Wenn sich z. B. das Ventil 25 in der linken Stellung befindet, wird der in der Leitung 78 herrschende Druck von der Einlaßöffnung 70 über die frei einstellbare Drossel 25a der mit dem Motor 26 verbundenen öffnung 25 zugeführt. Gleichzeitig wird die Öffnung 65 mit der Steueröffnung 73 und somit über die Leitung 83 mit dem bistabilen Ventil 31 verbunden. Das bistabile Ventil 31 leitet diesen Druck über seinen Ausgang 81 auf den Druckraum 104 und über das Rückschlagventil 32 auf die Steuersignalleitung 60. Wenn jedoch der Druck in der Steuersignalleitung 60 schon höher ist als der in der Öffnung 65, bleibt das

Rückschlagventil 32 geschlossen.

Das bistabile Ventil kann, wie dargestellt, eine einzige Kugel als Verschlußkörper für die Eingänge 80, 82 aufweisen, es kann aber auch zwei Kugeln unter Zwischenschaltung einer Feder haben, die die Eingänge wechselseitig verschließen.

Gleichzeitig mit der Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 70, der Öffnung 65 und der Steueröffnung 73 wird auch eine Verbindung zwischen der anderen mit dem Servomotor verbindenden Öffnung 66, der Auslaßöffnung 71 und der Steueröffnung 74 hergestellt, so daß der nichtbeaufschlagte Druckraum des doppeltwirkenden Servomotors 26 über die Leitung 79 mit dem Sumpf 36 verbunden ist und der Kolben des Servomotors verschoben werden kann. Während der Beaufschlagung des Servomotors kann der Bedienungsmann die frei einstellbare Drossel verstellen, um die Verstellgeschwindigkeit dieses Kolbens einzustellen. Dies ist lediglich durch Änderung des Durchflußquerschnitts möglich, weil das Durchflußsteuerventil 27 einen konstanten Druckabfall über die frei einstellbare Drossel 25a aufrechterhält. Das Durchflußsteuerventil dient aber noch zusätzlichen Funktionen. Es reguliert in Verbindung mit dem Entlastungsventil 28 den Druck des dem Servomotor 26 zugeführten Druckmittels auf ein vorgesehenes Maximum; es arbeitet außerdem als Rückschlagventil, das bei einem unbeabsichtigt hohen Überdruck stromab der frei einstellbaren Drossel 25 wirksam wird, so daß die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Steuerventil 25 und der von der Druckmittelquelle kommenden Leitung 55 unterbrochen wird; schließlich führt es dem Steuerventil einen niedrigen Hilfsdruck zu, wenn sich das Steuerventil in der Neutralstellung befindet

Die Radialbohrungen 96 und 97 wirken mit dem in der Figur gezeigten rechten Rand der Aussparung 101 zusammen und bilden somit eine einstellbare Drossel zur Bemessung des Druckmittelflusses aus der Leitung 77 über die Leitung 78 zur Einlaßöffnung des Steuerventils 25. Die Feder 107 sucht den Kolben in der Figur nach links zu bewegen. Da die auf Druck ansprechenden Flächen in den Druckräumen 104 und 105 gleich groß sind muß der durch die Radialbohrungen 96 und 97 in den Druckraum 105 eingelassene Druck den Druck im Druckraum 104 um den durch die Kraft der Feder 107 bestimmten Betrag überschreiten, wenn der Kolben nach rechts bewegt werden soll, damit Druckmittel in vorgegebener Menge durch die Radialbohrungen % und 97 durchtreten kann. Da der Druckraum 104 mit der Leitung 86 verbunden ist, ist der sich in diesem Druckraum aufbauende Druck der über das bistabile Ventil 31 und die Leitung 83 oder 84 herangeführte Betätigungsdruck, also Arbeitsdruck des doppeltwirkenden Servomotors 26. Wenn somit in der Leitung 55 ein Druck herrscht, der den an der beaufschlagten Motoröffnung anstehenden Druck um einen Betrag überschreitet, der durch die Kraft der Feder 107 bestimmt ist, bewegt sich der Kolben des Durchflußsteuerventils zur Veränderung des Drosselquerschnittes der Radialbohrungen % und 97 nach rechts, so daß unter vermindertem Druck stehendes Druckmittel der Einlaßöffnung 70 des Steuerventils zugeführt wird. Wenn z.B. der Arbeitsdruck 105at beträgt und die Feder 107 einen Druck von 2,5 at aufbringen kann, bewegt sich bei einem Druck von mehr als 107,5 at in der Leitung 55 der Kolben 91 zur Verringerung des Drosselquerschnittes so lange nach rechts, bis sich der in dem Druckraum 105 herrschende Druck auf einen um 2,5 at über dem Betätigungsdruck des Servomotors 26 liegenden Druck vermindert hat.

Das Entlastungsventil 28 dient zur Begrenzung des Druckes im Druckraum 104 und somit an der Einlaßöffnung 70 auf einen vorgegebenen Höchstwert. Wenn z.B. der Auslösedruck des Entlastungsventils 112,5 at beträgt, verbindet beim Überschreiten dieses Druckwertes das Entlastungsventil den Druckraum 104 mit dem Sumpf 36, so daß sich der Hohlkolben 91 nach rechts bewegen kann, um den Durchfluß des zur Einlaßöffnung 70 strömenden Druckmittels zu drosseln und eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 70 und dem Druckraum 104 über die Radialbohrungen 98 und 99 aufzubauen, wodurch der Druck an der Einlaßöffnung 70 auf etwa 112,5 at gehalten wird.

Au inhalt das Durchflußsteuerventil 27 an der Einlaßöffnung 70 bei in Neutralstellung befindlichem Steuerventil 25 einen Bereitschaftsdruck aufrecht, der durch die Feder 107 bestimmt wird. Dies wird durch die Verbindung des Druckraums 104 mit dem Sumpf 36 über die Leitung 86, das bistabile Ventil 31 und die Leitung 83 oder die Leitung 84 erreicht, so daß der Beaufschlagungsdruck vom Druckraum 104 ferngehalten wird. Daher bewegt ein Druck von etwa 2,5 at im Druckraum 105 den Kolben 190 in der Figur nach rechts, so daß sich an der Einlaßöffnung 70 ein niedriger Bereitschaftsdruck von etwa 2,5 at aufbaut.

Wie bereits erwähnt, arbeitet das Durchflußsteuerventil auch als Rückschlagventil, wenn der Druck im druckbeaufschlagten Arbeitsraum des Servomotors den in der Leitung 55 herrschenden Druck überschreitet oder diesem annähernd gleich ist; der Kolben 91 wird durch die Feder 107 und den im Druckraum 104 herrschenden Arbeitsdruck nach links bewegt, um einen Durchfluß von der Einlaßöffnung 70 zur Leitung 55 hin zu verhindern. Der Kolben 91 bleibt in dieser Stellung, bis der in der von der Druckmittelquelle kommenden Leitung 55 herrschende Druck etwa 2,5 at über dem Arbeitsdruck des Servomotors liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

646c

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerventileinrichtung für die Steuerung des Druckmittelflusses von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor, mit einem handbetätigten, jeweils den Druckmittelzulauf über eine einstellbare Drossel zum Servomotor und den Druckmittelrücklauf vom Servormotor freigebenden Steuerventil und mit einem stromauf von diesem in der Druckmittelzulaufleitung angeordneten Durchflußsteuerventil, wobei dieses als Hauptstromregler in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke stromauf und stromab der frei einstellbaren Drossel des Steuerventils betätigt wird und wobei der steuerungsaktive Teil des Durchflußsteuerventils ein federbelasteter Kolben ist, dessen Stirnseiten gegensinning von den genannten Drücken beaufschlagt sind und dessen ihm zugeordnete Druckfeder die Druckdifferenz über die frei einsteilbare Drossel des Steuerventils bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Durchflußsteuerventils (27) ein mit die Verbindung zwischen Druckmittelquelle und Steuerventil (25) herstellenden Radialbohrungen (96, 97, 98, 99) versehener Hohlkolben (91) ist, die mit Aussparungen (101,102) im Gehäuse (35) des Durchflußsteuerventils (25) zusammenwirken, daß eine den Hohlraum des Hohlkolbens (91) des Durchflußsteuerventils (25) radial durchsetzende Wand (94) die Druckräume (104,105) an den Stirnseiten dieses Hohlkolbens (91) voneinander trennt und daß in die den Druck stromab der frei einstellbaren Drossel (25a) des Steuerventils (25) führende Verbindungsleitung (83, 86) zwischen Steuerventil (25) und den die Druckfeder (107) enthaltenden stirnseitigen Druckraum (104) des Durchflußsteuerventils (27) ein bistabiles Ventil (31) eingeschaltet ist, dessen Eingänge (80, 82) in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Steuerventils (25) mit dem Druck stromab der frei einstellbaren Drossel (25a) des Steuerventils (25) bzw. mit dem Sumpf (36) verbindbar sind, wobei die Radialbohrungen (96 bzw. 99) des Hohlkolbens (91) des Durchflußsteuerventils (27) derart angeordnet sind, daß sie bei einem unbeabsichtigt hohen Überdruck stromab der frei einstellbaren Drossel (25a) des Steuerventils (25) gegenüber der Druckmittelzufuhr zum Durchflußsteuerventil (27) verschließbar sind, und daß der die Druckfeder (107) aufnehmende Druckraum (104), in dem der Arbeitsdruck herrscht, über ein Entlastungsventil (28) mit dem Sumpf (36) verbindbar ist.

   55

   Die Erfindung betrifft eine Steuerventileinrichtung für die Steuerung des Druckmittelflusses von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor, mit einem handbetätigten, jeweils den Druckmittelzulauf über eine frei einstellbare Drossel zum Servomotor und den Druckmittelrücklauf vom Servomotor freigebenden Steuerventil und mit einem stromauf von diesem in der Druckmittelzulaufleitung angeordneten Durchflußsteuerventil, wobei dieses als Hauptstromregler in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke stromauf und stromab der frei einstellbaren Drossel des Steuerventils betätigt wird und wobei der steuerungsaktive Teil des Durchflußsieuerventils ein federbelasteter Kolben ist, dessen Stirnseiten gegensinnig von den genannten Drücken beaufschlagt sind und dessen ihm zugeordnete Druckfeder die Druckdifferenz über die frei einstellbare Drossel des Steuerventils bestimmt.

   Es ist eine Steuerventilschaltung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kolbens innerhalb eines Zylinders bekannt (Fachbuch von Heinz Z ο e b 1, »ölhydraulik«, Wien. Springer-Verlag, 1963, S. 164 ff. insbesondere A b b. 155e), bei deren Hauptstromregler stromauf einer frei einstellbaren Drossel in der Druckmittelzulaufleitung ein federbelasteter Kolben angeordnet ist, dessen ihm zugeordnete Feder die Druckdifferenz über die frei einstellbare Drossel bestimmt. Der stromab der frei einstellbaren Drossel herrschende Druck beaufschlagt das von der Feder beaufschlagte Ende in Richtung auf eine öffnung der Druckmittelzulaufleitung, während der stromauf der frei einstellbaren Drossel herrschende Druck die andere Stirnseite des Kolbens beaufschlagt. Falls sich stromab der frei einstellbaren Drossel ein Arbeitsdruck im Zylinder aufbaut, der oberhalb des Druckes der Druckmittelquelle liegt, wird der Arbeitsdruck durch den Kolben nicht daran gehindert, die Druckmittelquelle zu beaufschalgen, da dieser erhöhte Druck ja gerade den federbelasteten Kolben in Öffnungsrichtung verschiebt. Es besteht somit die Gefahr, daß die Druckmittelquelle und andere an sie angeschlossene Verbraucher beschädigt oder gar zerstört werden.

   Weiterhin ist eine Steuerventileinrichtung für die Steuerung des Druckmittelflusses von einer Druckmittelquelle zu einem doppeltwirkenden Servomotor bekannt (DT-PS 9 08 541), bei der der federbelastete Kolben des dem Steuerventil vorgeschalteten Durchflußsteuerventils einen relativ komplizierten Aufbau aufweist. Im übrigen arbeitet dieses Durchflußsteuerventil als Bypass-Stromregler.

   Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zur Rede stehende Steuerventileinrichtung bezüglich der Ausbildung ihres Hauptstromreglers zu vereinfachen und dabei für Sicherheitsfunktionen gerade in Verbindung mit einem doppeltwirkenden Servormotor geeignet zu machen.

   Erfindungsgemäß ist zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgesehen, daß der Kolben des Durchflußsteuerventils ein mit die Verbindung zwischen Druckmittelquelle und Steuerventil herstellenden Radialbohrungen versehener Hohlkolben ist, die mit Aussparungen im Gehäuse des Durchflußsteuerventils zusammenwirken, daß eine den Hohlraum des Hohlkolbens des Durchflußsteuerventils radial durchsetzende Wand die Di uckräume an den Stirnseiten dieses Hohlkolbens voneinander trennt und daß in die den Druck stromab der frei einstellbaren Drossel des Steuerventils führende Verbindungsleitung zwischen Steuerventil und den die Druckfeder enthaltenden stirnseitigen Druckraum des Durchflußsteuerventils ein bistabiles Ventil eingeschaltet ist, dessen Eingänge in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Steuerventils mit dem Druck stromab der frei einstellbaren Drossel des Steuerventils bzw. mit dem Druckmittelbehälter verbindbar sind, wobei die Radialbohrungen des Hohlkolbens des Durchflußsteuerventils derart angeordnet sind, daß sie bei einem unbeabsichtigt hohen Überdruck stromab der frei einstellbaren Drossel des Steuerventils gegenüber der Druckmittelzufuhr zum Durchflußsteuerventil verschließbar sind, und daß der die Druckfeder aufnehmende Druckraum, in dem der Arbeitsdruck herrscht, über