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Hydraulisches Steuerventil Die Erfindung betrifft ein hydraulisches
Steuerventil und insbesondere ein doppelt wirksames hydraulisches Steuerventil,
das die Eigenschaften einer verbesserten Ergänzungsströmung aufweist.
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Um die Kavitation auf der Kolbenseite eines Differentialkolbenmotors
zu vermeiden, wenn der Kolben rasch bewegt wird, ist es üblich, die Pumpenströmung
zu der Kolbenseite durch die Auslaßströmung von der Stangenseite des Kolbenmotors
zu ergänzen.
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Diese Ergänzungsströmung wird häufig durch das Steuerventil geregelt.
Ein solches typisches Steuerventil wird in der amerikanischen Patentschrift 3 006
372 beschrieben. Ein Nachteil dieses Ventils ist seine Kompliziertheit. Gemäß dieser
Patentschrift wird die ErgänzungsströmurE durch den inneren Hohlraum im Ventilgehäuse
und in den offenen mittleren Strömungsweg der Pumpe abgelenkt. Es wurde gefunden,
daß die komplizierte Hohlraumbildung des bekannten Ventils vermieden und die Ergänzungsströmung
durch das Ventilelement direkt der Kolbenseite des Motors zugefUhrt werden kann.
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Das vereinfachte Steuerventil umfaßt vorzugsweise: ein Ventilgehäuse
mit einer Bohrung, einen parallelen Strömungsdurchlaß, orfene mittlere Einlaß- und
Auslaßkammern sowie Arbeitskammern, die mit der Kolbenseite bzw. der Stangenseite
eines Kolbenmotors verbunden werden können. In der Bohrung ist eine hohle Ventilspindel
angeordnet, die aus einer neutralen Stellung entweder in eine obere oder eine untere
Arbeitsstellung verschiebbar ist.
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Das Ventilelement ist entsprechend ausgebildet, um die Strömung
des
Mediums entweder auf die Stangenseite oder die Kolbenseite des Kolbenmotors zu lenken,
wenn sich das Ventilelement in der oberen oder unteren Arbeitsstellung befindet.
Das Ventilelement kann ferner die Rückflußströmung des Mediums von der Stangenseite
des Kolbenmotors auf die Kolbenseite desselben lenken, wenn sich das Ventilelement
in der unteren Arbeitsstellung befindet und während der raschen Bewegung des Kolbens.
Es ist hervorzuheben, daß die Ergänzungsströmung direkt durch das Ventilelement
zu der Arbeitskammer hindurchgeht, mit welcher die Kolbenseite des Kolbenmotors
verbunden ist. Gemäß der Erfindung erfolgt keine sekundäre Ablenkung des Mediums
in die offenen mittleren Kammern und dann zurück in die hohle Spindel, wie es bei
dem bekannten Ventil der Fall ist.
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Die Erfindung betrifft daher eir doppelt wirksames hydraulisches Steuerventil
mit einem hohlen Ventilelement, das aus einer neutralen Stellung in obere und untere
Arbeitsstellungen verschiebbar ist.
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Das Ventilelement weist verschiedene Öffnungen und Verschlußeinrichtungen
für dieselben auf, wobei die Verschlußeinrichtung derart druckaREnglg ist, daß das
Ergänzungsmedium, wenn sich das Ventilelement in der unteren Arbeitsstellung befindet,
während der raschen Bewegung des obens von der Stangenseite eines Kolbenmotors durch
das Ventilelement zu dc Kolbenseite des Motors strömt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausrührungsform unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
ein doppelt wirksames hydraulisches Steuerventil gemäß der Erfindung, wobei sich
das Ventilelement in einer neutralen Stellung befindet, Fig. 2 einen Längsschnitt
nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III
der Fig. 1, Fig. 4 einen Längsschnitt des Ventils gemäß Fig. 1, wobei sich das Ventilelement
in einer oberen Arbeitsstellung befindet,
Fig. 5 einen Längsschnitt
des Ventils gemäß Fig. 1, wobei sich das Ventilelement in der unteren Arbeitsstellung
befindet.
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In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet.
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Ein doppelt wirksames hydraulisches Steuerventil 10 weist ein langgestrecktes
Gehäuse 12 auf, das durch Bolzen und Muttern an anderen Ventilgehäuseabschnitten
befestigt werden kann, um bei spielsweise eine gewünschte Mehrfachventilanordnung
zu bilden.
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Solche aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten oder vorrangigen
Ventilabschnitten bestehende Anordnungen sind bekannt, wie die amerikanische Patentschrift
3 329 169 zeigt. Das Gehäuse 12 ist mit einer durchgehenden Längsbohrung 14 versehen,
in welcher ein doppelt wirkendes Ventilelement 16 verschiebbar angeordnet ist. Ein
gegabelter Eingangsdurchlaß 17 mit Kammern 18 und 19, welche die Bohrung 14 kreuzen,
nimmt Hochdruckmedium aus einer (nicht dargestellten) Quelle über einen Einlaßabschnitt
auf, der ebenfalls nicht dargestellt, aber bekannt ist. Eine Auslaßkammer 20 kreuzt
die Bohrung 14 zwischen den Einlaßkammern 18 und 19.
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Eine Nebenkammer 22 kreuzt die Bohrung 14 angrenzend an die Einlaßkammer
19 und steht über den Durchlaß 23 mit dem parallelen Strömungsdurchlaß 24 in Verbindung,
welcher in einer Ebene liegt, die im Abstand darunter angeordnet und im allgemeinen
zu der Ebene der Einlaß- und Auslaßkammern parallel ist. Der parallele Strömungsdurchlaß
24 nimmt das Hochdruckmedium aus der gleichen Quelle auf, welche das Medium dem
Eintrittsdurchlaß 17 zuführt.
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Das Gehäuse 12 ist mit Öffnungen 28 und 30 versehen, die mit den Arbeitskammern
31 und 32 in Verbindung stehen, welche die Bohrung 14 auf entgegengesetzten Seiten
der Einlaßkammer 18 bzw. der Nebentymmer 22 kreuzen. Auspuffkammern 34 und 35 kreuzen
die Bohrung 14 auf entgegengesetzten Seiten der Arbeitskammern 31 bzw.
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32 und stehen mit den betreffenden Arbeitskammern ueber Durchlässe
36 und 37 in Verbindung. In den Durchlässen 36 und 37 sind identische Druckentspannungsventile
38 bzw. 39 angeordnet.
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Das Ventilelement 16 ist in Fig. 1 in einer neutralen Stellung dargestellt
und kann in die in Fig. 4 gezeigte obere Arbeitsstellung und in die in Fig. 5 gezeigte
untere Arbeitsstellung durch bekannte Mittel verschoben werden, wie entsprechende
Gestänge, die beispielsweise mit der rechten Seite des Ventilelement 16 verbunden
sind, wie Fig. 1 zeigt. Das Ventilelement 16 wird in die neutrale Stellung durch
eine Spiralfeder 40 gedrückt, die eine Kraft entweder auf den Bund 41 oder den Bund
42 ausübt, welche auf dem tentilelement 16 angeordnet sind, wobei die Richtung der
Kraft von der Längsstellung des Ventilelements abhängig ist. Ein hohles Gehäuse
43, das am Gehäuse 12 befestigt ist, umschließt die Feder 40, den Bund 41 und den
Bund 42 sowie die linke Seite des Ventilelements 16. Das Ventilelement 16 weist
eine hohle Kammer 45 auf, die sich in der Längsrichtung durch dasselbe erstreckt.
In der Umfangsrichtung im Abstand liegende erste bffnungen 47 erstrecken sich in
radialer Richtung und stehen mit dem linken Teil der hohlen Kammer 45 in Verbindung.
In das linke Ende des Ventilelements 16 ist ein Pfropfen 49 eingeschraubt. Eine
druckabhängige Verschlußeinrichtung in Form eines becherförmigen Absperrventils
51 schließt die ersten Öffnungen 47 gegen den mittleren Teil der hohlen Kammer 45
ab. Eine unter Druck stehende Spiralfeder 52 ist zwischen dem inneren Ende des Pfropfens
49 und dem Absperrventil 51 angeordnet, um dasselbe in die Schließstellung zu drücken.
Das Absperrventil 51 weist mehrere in der Umfangsrichtung im Abstand liegende Öffnungen
54 auf> die sich in radialer Richtung durch den inneren Endteil desselben erstrecken
und mit den Öffnungen 47 in Verbindung stehen, wenn sich das Absperrventil 51 in
der Schließstellung befindet. Das Gehäuse 12 trägt eine zylindrische Hülse 55, die
sich nach innen in die Auspuffkammer 54 erstreckt und in einer senkrechten Ebene
endet, welche durch die Mitte der Öffnungen 47 hindurchgeht, wenn sich das Ventilelement
16 in der neutralen Stellung befindet.
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In der Umfangsrichtung im Abstand liegende zweite oeffnungen 58 gehen
in radialer Richtung durch das Ventilelement 16 hindurch und stehen mit der hohlen
Kammer 45 in Verbindung. Diese zweiten Öffnungen sind rechts von der Mitte des Ventilelements
16 angeordnet. In der Umfangsrichtung im Abstand liegende dritte t)ffnungen
60
sind rechts von den zweiten Öffnungen 58 angeordnet und gehen in radialer Richtung
durch das Ventilelement 16 hindurch, so daß sie mit der hohlen Kammer 45 in Verbindung
stehen.
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Eine Gabelkopfspindel 62 ist in das rechte Ende des Ventilelements
16 eingeschraubt. Eine druckabhängige Verschlußeinrichtung in Form eines becherförmigen
Absperrventils 64 schließt die dritten Öffnungen 60 gegen den mittleren Teil der
hohlen Kammer 45 ab. Eine unter Druck stehende Spiralfeder 66 ist zwischen dem inneren
Ende der Gabelkopfspindel 62 und dem Absperrventil 64 angeordnet, um dasselbe in
die Schließstellung zu drücken. Die Druckkraft der Feder 66 ist aus den nachstehend
angegebenen Gründen größer als jene der Feder 52. Das Absperrventil 64 weist mehrere
in der Umfangsrichtung im Abstand liegende Öffnungen 68 auf, die in radialer Richtung
durch den inneren Endteil desselben hindurchgehen und mit den dritten Öffnungen
60 in Verbindung stehen, wenn sich das Absperrventil 64 in der Schließstellung befindet.
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Das Ventilelement 16 weist eine linke Lagerfläche 70, eine rechte
Lagerfläche 71, eine zentrale Lagerfläche 72 und eine mittlere Lagerfläche 73 auf,
die zwischen der zentralen und der linken Lagerfläche angeordnet ist. Auf entgegengesetzten
Seiten der zentralen Lagerfläche 72 sind Nuten 74 und 75 angeordnet, wobei die Nut
74 rechts von der mittleren Lagerfläche 73 liegt. Eine weitere Nut 76 ist zwischen
der mittleren Lagerfläche 73 und der linken Lagerfläche 70 angeordnet. Wenn sich
das Ventilelement 16 in der neutralen Stellung befindet, erstreckt sich die Nut
76 links von einer an die Einlaßkammer 18 angrenzenden Stelle parallel zur Arbeitskammer
31 in die angrenzende Auspuffkammer 34.
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Im Betrieb sind die Austrittsöffnungen 28 und 30 des Ventils 10 mit
den entgegengesetzten Enden eines Differentialkolbenmotors d0 durch Leitungen 82
bzw. 84 verbunden, wie Fig. 1 zeigt. Das Jtangenende des Motors 80 ist mit einer
Last verbunden, wie z.B.
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mit dem Li'örderkübel eines Erdbewegungsfahrzeuges. Wenn sich das
Ventilelen!ent- 16 in der in Fig. 1 gezeigten neutralen Stellung befindet, können
die offenen mittleren Kammern die Pumpenstrd mung stromabwärts ableiten, Das in
das Gehäuse 12 eintretend> Medium kann qaher Quroh die Einlaßkammern 18 und 19
in die Auslaßkammer
20 hindurchgehen. Das Medium kann auch frei
stromabwärts durch den parallelen Strömungsdurchlaß 24 hindurchgehen.
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Die Arbeitskammern 31 und 32 sind durch das Ventilelement 16 blockiert.
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Um den Kolben des Kolbenmotors 80 anzuheben, wird das Ventilelement
16 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung gebracht. Die offene Mitte ist dadurch blockiert,
d.h. die Verbindung zwischen den Einlaßkammern 18, 19 und der Auslaßkammer 20. Die
zweiten Öffnungen 58 sind mit der Nebenkammer 22 ausgerichtet und das durch den
parallelen Strömungsdurchlaß 24 hindurchgehende Medium strömt durch die zweiten
Öffnungen 58 in die hohle Kammer 45 des Ventilelements 16. Die Hülse 55 verhindert,
daß das Medium durch die ersten Öffnungen 47 in die Auspuffkammer 34 eintritt, so
daß das Medium das Absperrventil 64 nach rechts drückt und durch die dritten Öffnungen
60 in die Arbeitskammer 32 strömt, sowie über die Austrittsöffnung 30 zur Stangenseite
des Kolbenmotors 80.
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Das von der Kolbenseite des Kolbenmotors 80 zurückströmende Medium
tritt durch die Leitung 82 in die Austrittsöffnung 28 und in die Arleitskamtner
31 ein und gelangt rund um die Nut 76 in d;ie Auspuffkammer 2't und zurück i aen
Behälter. Das Absperrventil 64 dient auch dazu, jede Rückströmung des Mediums zwischen
der Stangenseite des Kolbenmotors 80 und dem parallelen Strömungsdurchlaß 24 zu
verhindern.
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Fig. 5 zeigt das nach rechts in die untere Arbeitsstellung verschobene
Ventilelement 16. In der unteren Arbeitsstellung ist die offenen Mitte blockiert,
d.h. die Verbindung zwischen der Auslaßkammer 20 und den Einlaßkammern 18, 19. Wenn
der Kolbenmotor belastet ist, strömt das Medium aus dem paralleleln Strömungsdurchlaß
24 über die Nut 75 in die Nebenkammer 22, um sich mit der Strömung des Mediums in
der Einlaßkammer 19 zu vereinigen. Die kombinierte Strömung in der Einlaßkammer
19 geht durch die Nut 76 in die Arbeitskammer 31 hindurch und gelangt durch die
Leitung 82 zur Kolbenseite des Kolbenmotors 80. Das Druckmedium in der Arbeitskammer
31 tritt hinter dem Absperrventil 51 durch die ersten Öffnungen 47 und die Öffnungen
54 ein und hält das Absperrventil 51 in der Schließstellung. Das von der Stangenseite
des Kolbenmotors 80 zurückströniende Medium tritt durch
die Leitung
84 in die Austrittsöffung 30 ein und gelangt dann durch die zweiten Öffnungen 58
in die hohle Kammer 45 des Ventilelements 16. Das Absperrventil 51 wird durch dashEnter
demselben befindliche Druckmedium geschlossen gehalten und das Medium in der hohlen
Kammer 45 drückt daher das Absperrventil 64 nach rechts und strömt in die Auspuffkammer
35 und zurück in den Behälter.
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Wenn der Kolbenmotor 80 einer Belastung unterworfen wird, welche eine
Bewegung des Zylinders mit einer solchen Geschwindigkeit bewirkt, daß das Medium
die Kolbenseite des Kolbenmotors nicht füllen kann, dann tritt die folgende Reihenfolge
von Vorgängen ein: Die DImpenströmung des Mediums gelangt weiter aus der Einlaßkammer
18 rund um die Nut 76 in die Arbeitskammer 31. Der Druck in der Arbeitskammer 71
wird jedoch abnehmen, ebenso wie der Druck hinter dem Absperrventil 51. Das von
der Stangenseite des Kolbenmotors 80 zurückströmende Medium tritt in die hohle Kammer
45 des Ventilelements 16 ein. Dieses Medium drückt dann das Absperrventil 51 nach-links,
um die ersten Öffnungen 47 in die Arbeitskammer 31 zu öffnen. Diese Bewegung des
Absperrventils 51 ergibt sich, weil (wie oben bemerkt) die Druckkraft der auf das
Absperrventil 64 wirkenden Feder 66 größer ist als jene der Feder 52, die auf das
Absperrventil 51 wirkt. Das von der Stangenseite des Kolbenmotors 80 zuitbkströmende
Medium wird daher in die Arbeitskammer 31 und von dort zur Kolbenseite des Kolbenmotors
80 abgelenkt. Demgemäß wird Kavitation auf der Kolbenseite des Kolbenmotors 80 während
der raschen Bewegung des Kolbens vermieden.
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Die Druckkraft der auf das Absperrventil 64 wirkenden Feder 66 kann
entsprechend gewählt werden, um die Menge des Mediums zu bestimmen, das während
der raschen Bewegung des Kolbens des Kolbenmotors 80 rund um das Absperrventil 51
abgelenkt wird. Aus dem gleichen Grund kann auch die Druckkraft der auf das Absperrventil
51 wirkenden Feder 52 entsprechend gewählt werden.
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Es ist zu bemerken. daß das Medium wo] ohe.m .qerXmllnF y r Knl -benseite
des Kolbenmotors 80 ergäNzt
direkt durch die hohle Kammer 45 des Ventilelements 16 in die Arbeitskammer 31 strömt.
Es findet daher keine sekundäre Ablenkung des Mediums in die offenen
mittleren
Einlaßkammern 18, 19 und dann zurück in die hohle Kammer 45 des Ventilelements 16
statt, wie bei den bisher verwendeten Steuerventilen. Das Ventil gemäß der Erfindung
weist demgemäß eine wesentlich einfachere Konstruktion auf als die bekannten Steuerventile
für die Ergänzungsströmung.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene bevorzugte
Ausführungsform beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren kann, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Patent ansprüche