DE2003115A1 - Ventil fuer veraenderlichen Durchfluss - Google Patents

Ventil fuer veraenderlichen Durchfluss

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DE2003115A1
DE2003115A1 DE19702003115 DE2003115A DE2003115A1 DE 2003115 A1 DE2003115 A1 DE 2003115A1 DE 19702003115 DE19702003115 DE 19702003115 DE 2003115 A DE2003115 A DE 2003115A DE 2003115 A1 DE2003115 A1 DE 2003115A1
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Waggoner John Boyd
Mcwilliams Orcenith Dean
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Description

CATERPILLAR TRACTOR CO.
Peoria, Illinois 6i6O2 früher: San Leandro, Kalifornien N.E. Adams Street 100 Davis Street 800
V. St. A. V. St. A.
"Ventil für veränderlichen Durchfluß."
Seit vielen Jahren ist es üblich, GdLenkfahrzeuge, beispielsweise Schürfkübelwagen, bei denen ein zweirädriger Traktor mit einem zweirädrigen Schürfkübel verbunden ist, mit Hilfe von Hydraulikzylindern zwischen den angelenkten Teilen zu steuern, um dadurch die Teile zu veranlassen, zu Steuerungszwecken in bezug aufeinander einen Winkel einzunehmen.
Ein Beispiel für eine derartige Steuerung ist in der USA-Patentschrift 2 614 6kk beschrieben, wobei durch Drehen des Steuerrades ein Ventil geöffnet wird, das dem einen oder dem anderen Ende hydraulischer Steuerzylinder Druckmittel zuführt, und zwar in Abhängigkeit davon, in welcher Richtung das Steuerrad gedreht wird. Wie aus dieser Patentschrift hervorgeht und aus vielen anderen Steuerungsanordnungen ersichtlich ist, wurde bisher ein Nachführgestänge benutzt, so daß die Winke!verschiebung der beiden Fahrzeugteile in bezug aufeinander über dieses Gestänge auf das Ventil zurückübertragen wurde, um das Ventil zu schließen. Auf diese Welse wurde die übliche selbsttätige Steuerung simuliert. Wenn der Fahrer des Fahrzeuges das Steuerrad um eine bestimmte Strecke drehte, wurde das Ventil geöffnet, so daß das Fahr-
Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtich.-Infl. Axel Hanimann, Dipl.-Phys. Sebaitian Herrmann
( MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Takfwii »1202 · T«l«gramm-Adr»M·! LipotH/MOndwn layar. V«r*iiubonk Mtadwn, Zwtigit. Oitar^on-Mllter-Rliie, Wo-Nr. M2493 · PoihdiKk-Kontei MOndwi Nr. 1*3397
oi PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
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zeug in einem entsprechenden Ausmaß gesteuert wurde, woraufhin dann das NachfUhrgestänge das Ventil schloß. Ein solches NachfUhrgestange und der damit verbundene Mechanismus sind jedoch teuer, so daß in bestimmten Fahrzeugen zur Kosteneinsparung und aus anderen GrUnden eine sogenannte "ruckartige■ Steuerung eingeführt wurde. Bei dieser Art der Steuerung Öffnet die Bewegung eines Steuerrades ein Ventil, wodurch steuerndes Strömungsmittel in den Hydraulikzylinder geleitet wird · Hierbei sind jedoch keine Mittel zur Schließung des Ventils vorgesehen, wenn davon abgesehen wird, daß die Ventilschließung duroh RUckdrehen des Steuerrades in seine neutrale oder Stellung für Geradeausfahrt bewirkt werden kann. Somit erfordert der Steuervorgang, daß der Fahrer des Fahrzeuges das Steuerrad solange in der gewünschten Richtung dreht, bis die beiden durch Gelenk verbundenen Teile einen gewünschten Winkel eingenommen haben, und daß er daraufhin das Steuerrad in die neutrale Stellung zurückdreht. Das Fahrzeug setzt dann seine Steuerung oder seinen Betrieb auf dem Boden fort, der durch die Winkelbeziehung der Gelenkkomponenten festgelegt ist. Wenn wieder ein gerader Fahrtkurs eingeschlagen werden soll, wird das Steuerrad solange in die entgegengesetzte Richtung gedreht, bis die beiden Komponenten in einer Linie liegen, und wird dann schnell in die neutrale Stellung zurückgedreht·
Die oben beschriebene Steuerungsart erfordert, daß den Steuerzylindera ein großer Teil des Druckmittels zugeführt wird, um in einer scharfen Kurve, beispielsweise wenn das Fahrzeug in einer Abbaugrube oder in einer Füllgrube arbeitet, das Fahrzeug schnell zu steuern. Eine derartige schnelle Steuerung ist jedoch unerwünscht, wenn das Fahrzeug sich rasch in gerader Richtung oder auf gerader Straße zwischen den Arbeitsgruben bewegt, und zwar entweder beladen oder leer. Demzufolge wird verlang, daß sich das Fahrzeug in einer Arbeitegrube sehr schnell euern lässt, dat jen r'ur langsam oder allmählich gesteuert "den kann, wenn es sich mit hoher Geschwindigkeit auf einer Straße auf einer relativ geraden Bahn bewegt.
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Bei vielen hydraulischen Steueranorummgen let ββ den entgegengesetzten Enden der Steuerzylinder mit Hilfe eines Sohieberventils Druckmittel zuzuführen, und es ist ebenfalls üblich, bei derartigen Ventilen ein gewisses Maß an Anpassung oder Regelung zu ermöglichen, indem Schlitze vorgesehen werden, die die reduzierten Abschnitte des Ventilstössels abfangen und die Zylinder Bit Druckmittel beliefern,. bevor das Ventil vollständig geöffnet ist. Die Erfindung befasst sich nun alt einer Verbesserung dieser Art der Anpassung oder Modulation, die darin bestht, daß Schlitze unterschiedlicher GrOOe vorgesehen werden, die miteinander in Verbindung stehen, um ein größeres Maß an Anpassung zu erreichen. Außerdem sind sehr kleine Schlitze vorhanden, die mit den modulierten oder angepassten Schlitzen in Verbindung stehen, um die Steuer- f kreise vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt zu halten um dadurch Kavitation oder die Bildung von Lufttaschen zu verhindern, die zu einer fehlerhaften Steuerung führen wurden.
Ein Ausführungβbeiepiel dee Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein Steuersystem, aus dem insbesondere die Konstruktion des neuartigen Anpassungsventils ersichtlich ist,
Figur 2 eine vergrösserte Teilschnittansicht längs der Linie U-II in Figur 1, aus/Sie Form der Anpassungsschlitze g zu ersfcen ist, und
Figur 3 ein graphisches Schaubild, das den Unterschied zwischen der Steuerung mit Hilfe des neuartigen Ventils und der Steuerung mit einem üblichen Steuerventil verdeutlicht.
In Figur 1 stellt der Zylinder 10 einen typischen Steuerungszylinder dar, wie er allein oder zu mehreren in einem Gelenkfahrzeug Verwendung findet. Aus einem Behälter 12 mit einer Pumpe 14 abgesogenes Druckmittel wird durch eine Leitung
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BAD ORIGINAL
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16 und ein ganz allgemein bei 18 gezeigtes Steuerventil zu dem Zylinder geführt. Zwischen der Leitung 16 und dem Vorratsbehälter 12 ist ein Entspannungsventil 20 vorgesehen, das überschüssigen Druck entspannt, und zwar inbesondere dann, wenn das Ventil sich in seiner gezeigten, neutralen Stellung befindet. In einer geeigneten Bohrung in dem Körper des Ventile 18 befindet sich ein Schieber 22, der mit gewöhnlichen Kolbenabschnitten versehen ist, die durch ringförmige Aussparungen getrennt sind, welche mit in dem Ventilkörper befindlichen Aussparungen und Durchgängen zusammenwirken, um dem einen Ende der Steuerzylinder, sobald der Ventilschieber in die eine Richtung bewegt wird und dem anderen Ende der Steuerzylinder Druckmittel zuzuführen, sobald die Bewegung des Ventilschiebers in die andere Richtung, also die entgegengesetzte Richtung,erfolgt.
Die erfindungsgemäßen Nuten sind mit ringförmigen Aussparungen im Ventilschieber versehen, wie dies in Verbindung mit Figur 3 erläutert wird. Zunächst wird darauf hingewiesen, daß der Ventilschieber mit Hilfe einer gewöhnlichen Zentrierfederanordnung in einer zentralen oder neutralen Lage gehalten wird. Die Feder dieser Anordnung ist bei 2k in Figur 1 gezeigt, und ihre Arbeitsweise und Aufgabe sind hinreichend bekannt. Die Bewegung des Ventilschiebers wird durch Drehen des bei 26 gezeigten Steuerrades des Fahrzeuges veranlasst, vobei die mit Gewinde versehene Steuerstange des Rades eine Nutter 28 nach oben oder nach unten verstellt, und über ein Gestänge, das ganz allgemein bei 29 gezeigt ist, eine Verstellung des Schiebers 22 herbeigeführt wird. Der Ventilkörper ist mit einer zentralen, ringförmigen Aussparung 30 versehen, in die von der Pumpe Druckmittel gelenkt wird. Ringförmige Aussparungen 32 und 3*» stehen über Leitungen 36 und 38 mit den entgegengesetzten Enden des Steuerzylinders in Verbindung, während die ringförmigen Aussparungen 40 und k2 Druckmittel über einen Kanal kk und eine Leitung kü in den Vorratsbehälter zurückführen.
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BAD ORIOINAL
Der Schieber hat ringförmige Aussparungen 48 und 50, die nor» malerweise mit den Aussparungen 32 und 34 im Ventilkörper in Verbindung stehen. Anpaseungsnuten drei verschiedener Größen stellen eine Verbindung zwischen den Aussparungen 48 und 50 und der Ventilkörperaussparung 30 her. Diese Anpassungsnuten sind auf der linken Seite des Schiebers und in Figur 2 gezeigt und bestehen aus einer verhältnismässig großen Nut 52 und einer kleineren Nut 54, die die große Nut anzapft und sich in Richtung auf die zentrale Nut 90 des Ventils erstreckt. Außerdem sind zwei kleineren Nuten 56 und 58 vorhanden, von denen die eine von der Nut 54 aus zu der zentralen Nut 30 führt, während die andere von der Nut 52 aus zu der Rückführungsaussparung läuft.
Wenn im Betriebszustand das Steuerrad so gedreht wird, daß das Ventil 22 nach rechts bewegt wird, so wird das in der zentralen Aussparung 30 befindliche Druckmittel, wie am besten aus Figur 2 ersichtlich, durch die Nut 54 und die Aussparung zu dem kopfseitigen finde des Zylinders 10 gelenkt, um die Steuerung in der einen Richtung zu bewirken. Während der Anfangsbewegung steht nur die verhältnismässig schmale Nut 54 mit der Aussparung 30 in Verbindung, so daß die Steuerung sehr allmählich oder langsam erfolgt. Beim Weiterdrehen des Steuerrades tritt jedoch die größere Nut 52 mit der Aussparung 30 in Verbindung, so daß die Steuerung schneller erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine in der Kammer der Zentrier- i feder vorhandene Feder 60 zusammengepresst, und diese Feder zeigt dem das Steuerrad bedienenden Fahrer an, daß eine schnellere Steuerungsphase in Gang gesetzt ist, und schafft auf diese Weise eine Rückmeldung des Steuervorganges. Sobald der gewünschte Stenvrvinkel erreicht ist, dreht der Fahrer das Steuerrad in die neutrale Stellung zurück, und diese Fahrzeugsteuerung wird solange fortgesetzt, bis das Steuerrad wieder gedreht wird, um den Ventilschieber wieder zu verstellen. Eine Steuerung in der entgegengesetzten Richtung wird natürlich dadurch erreicht, daß das Steuerrad in die andere Richtung gedreht wird,
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wobei die Anordnung der zu der Aussparung 34 gehörenden Nuten mit der oben beschriebenen Anordnung identisch ist.
Um die Leitungen 36 und 38 und die entgegengesetzten Enden des Zylinders mit hydraulischem Druckmittel gefüllt zu halten, stehen in der neutralen Stellung des Ventils sehr kleine Nuten 56 und 58 mit den Aussparungen 30 bzw. hO in Verbindung. Demzufolge wird durch die Leitungen 36 und 38 Druck zugeführt, und durch die Aussparungen kO und 42 eine Entlastung bewirkt, um das Druckmittel zu dem Vorratsbehälter zurückzuführen. Diese konstante Druckmittelströmung verhindert in dem Zylinder und seinen zugehörigen Lieferleitungen Kavitation, die sonst aufgrund von Leckage auftreten würde, wenn das Ventil sich in seiner neutralen Stellung befindet.
In Figur 3 ist graphisch die Strömungsgeschwindigkeit durch ein übliches Steuerventil mittels der Linie A und durch das erfindungsgemäße Ventil mittels der Linie B dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird bei einer äußerst geringen Bewegung des Ventils aus seiner neutralen Stellung durch die kleinen Nuten 56 und 58 eine sehr kleine Strömung bewirkt, die Kavitation verhindert. Wenn dann die Bewegung des Ventilschiebers sich dem Wert 0,1 Zoll nähert, nimmt die Strömung allmählich zu, bis nach der Vorbeibewegung an dem 0,3 Zollwert die große Nut 52 beginnt, mit dem Druckmittelstrom in Verbindung zu treten, und sich die Strömungsgeschwindigkeit schnell steigert.
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Claims (5)

Patentanmeldung: Ventil für veränderlichen Durchfluß PATENTANS PrCcHL
1. An veränderlichen Durchfluß angepasstes Ventil mit einem Körper, in dem sich eine Bohrung befindet, einer mit der Bohrung in Verbindung stehenden Eintrittsöffnung, einer mit der Bohrung in Verbindung stehenden Austrittsöffnung, die von der Eintrittsöffnung axial getrennt ist und mit einem in der Bohrung hin- und herbeweglichen Schieber, um die Verbindung zwischen der Eintritts- und der Austrittsöffnung zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (22) mit einer ringförmigen Aussparung (*»8, 50) versehen ist, die bei Axialverschiebung des Schiebers eine Verbindung zwischen der Eintrittsund Austrittsöffnung herstellt, und daß in dem Schieber Nuten (52, 5^» 56» 58) unterschiedlicher Breite angeordnet sind, die untereinander und mit der ringförmigen Aussparung (48) in Verbindung stehen und sich in axialer Richtung zu der Auetrittsöffnung (40, 42) erstrecken, um mit ihr vor der ringförmigen Aussparung (48, 50) in Verbindung zu treten ua dadurch einen angepassten Durchfluß durch das Ventil (18) zu bewirken.
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2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Nuten (52, 54, 56, 58) sich bezüglich ihrer Breite in Richtung auf die Austrittsöffnung verkleinern.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Austrittsöffnungen (40, 42) vorhanden sind, die in entgegengesetzter Richtung axial von der Eintrittsöffnung (32, 34) einen Abstand aufweisen, daß in dem Schieber (22) zwei ringförmige Aussparungen (48, 50) vorgesehen sind, die jede zwischen der Eintrittsöffnung (32, 34) und einer Austrittsöffnung (40, 42) eine Verbindung herstellen können, und daß jede ringförmige Aussparung (48, 50) mit Strömungeanpassungsnuten (52, 54, 56, 58) ausgestattet ist, die sich in Richtung einer der Austrittsöffnungen (40, 42) erstrecken.
4. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Federvorrichtung (24, 6o), die der Verstellung des Schiebers (22) in Richtung auf die Durchflußlage Widerstand entgegensetzt, sobald die ringförmige Aussparung (48, 50) mit der Austritte-Öffnung (40, 42) in Verbindung tritt, um auf diese Weise durch den Schieber ein fühlbares Rückmeldesignal zu übertragen, sobald der Schieber von Hand verstellt wird.
5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rlickmeldesignal abgebende Federvorrichtung beim weiten öffnen des Schiebers in beiden Richtungen arbeitet.
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DE19702003115 1969-01-24 1970-01-23 Ventil fuer veraenderlichen Durchfluss Pending DE2003115A1 (de)

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