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Steuerventil mit Vorsteuergerät Die Erfindung betrifft ein hydraulisch
betätigtes Steuerventil mit einem als Druckregelventil arbeitendes Vor steuergerät
zur kontrollierten Steuerung der ArbeitsflÜssigkeit. Der Druck der Steuerflüssigkeit
zur Betätigung des Steuerventils beatimmt hierbei durch entsprechende Verschiebung
des Steuerkolbens gegen die Kraft einer Steuerfeder die Menge der-durchströmenden
Arbeitsflüssigkeit. Der Druck der Steuerflüssigkeit wird wiederum vom Vor steuergerät
festgelegt und zwal> in Abhängigkeit der Spannung einer anstellbaren einen Regelkolben
unmittelbar belastenden Regelfeder. Der Ansteliweg der Regelfeder und der Verschieberweg
dei Steuerkolbens stehen somit im unmittelbaren Zusammenhang. In bekannter Weise
entspricht der maximale Anstellen der Regelfeder dem maximalen Verschiebeweg des
Steuerkolbens.
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Die FeinfUhligkeit der Steuerung der ArbeitsflUssigkeit entspricht
deshalb dem Verhältnis aus dem maximalen Anstellweg der Regelfeder zum maximalen
Ver3chiebeweg des Steuerkolbens, Für viele Einsatzfälle, insbesondere im Mobilsektor,
ist ein relativ hoher FeinfUhligkeitzgrad der Steuerung vor allem im Bereich kleiner
Arbeitsflüigkeitsmengen erwünscht. Mit den bekannten Steuerventilen der vorliegenden
Art ist nur ein Verhältnismäßig niedriger Feinfühligkeitsgrad erzielbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der-Schaffung eines Steuerventils
mit Vorsteuergerät mit einem im Anfangssteuerbereich
relativ hohem
Feinfühligkeitsgrad.
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Nach der Erfindung wird dies in einfacher Weise durch Verwendung einer
Regelfeder für den dem Vorsteuergerät zugeordneten Regelkolben erreicht, deren Kennlinie
im Anfangsbereich des Federweges flach und im Endbereich des Federweges steil ansteigt.
Im flachen Kennlinienbereich steigt die Federkraft mit Zunahme des durch die Anstellung
der Feder bestimmten Federweges nur langsam an und damit auch der den Steuerkolben
in öffnungsrichtung beaufschlagende Steuerdruck. Dadurch ist in diesem Bereich der
Federanstellung der Feinfühligkeitsgrad besonders hoch, so daß kleine Arbeitsflüssigkeitsmengen
genau dosiert werden können. Vorteilhafterweise wird als Regelfeder eine konische
Druckfeder verwendet, deren Kennlinie in bekannter Weise mit zunehmendem Federweg
bzw. Anstellweg progressiv ansteigt. Bei ausreichenden Platzverhältnissen im Bereich
des Regelkolbens ist es zweckmäßig, anstelle einer konischen Druckfeder zwei handelsübliche
zylindrische Druckfedern unterschiedlicher Länge einzusetzen, wobei die längere
Feder eine flach ansteigende Kennlinie aufweist und die kürzere Feder erst nach
Zurücklegung eines Federweges durch die längere Feder entsprechend dem geforderten
Feinsteuerbereich des Steuerventils wirksam ist.
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Die Kennlinie der kürzeren Feder verläuft in Anlehnung an die progressiv
ansteigende Kennlinie einer konischen Feder vorteilhafterweise ateiler als die Kennlinie
der längeren Feder. Bei Steuerventilen mit Federzentrierung des Steuerkolbens in
dessen Augangsstellung und mit SteuerkantenGberdeckung ist die Steuerfeder auf einer
Verlängerung des Steuerkolbens angeordnet, derart, daß die Federteller mit festen
Gehäuseanschlägen zusammenwirken, wobei jeweils zwischen
Federteller
und zugeordneten Gehäuseanschlag ein annähernd dem Bereich der Steuerkantenüberdeckung
entsprechender freier Abstand vorgesehen ist. Die Verschiebung des Steuerkolbens
um den Bereich der Steuerkantenüberdeckung erfordert somit nur die Überwindung der
Kraft der Zentrierfeder, wozu nur ein kleiner Steuerflüssigkeitsdruck erforderlich
ist. Der Anstellweg der Regelfeder kann zur Erzielung dieses geringen Steuerdruckes
klein gehalten werden und ist damit für die eigentliche Regelung der ArbeitsflüssiRkeit
nur geringfügig eingeengt. Anstelle,die Steuerfeder auf eine Verlängerung des Steuerkolbens
anzuordnen, ist es auch von Vorteil, die Steuerfeder mit ihren Federtellern zwischen
zwei festen Gehäuseanschlägen einzuspannen und an einer Verläne;erug des Steuerkolbens
zumindest einen mit einem der Federteller zusammenwirkenden Anschlag vorzusehen,
wobei in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens zwischen diesem Anschlag der Verlängerung
des Steuerkolbens und dem mit diesem zusammenwirkenden Federteller ebenfalls ein
annähernd dem Bereich der Steuerkantenüberdeckung entsprechender freier Abstand
vorgesehen ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Steuerfeder zwischen
den ihr zugeordneten Tellerfedern vorgespannt. Dadurch ist für das Bedienungspersonal
der Regelbeginn infolge des hierbei erforderlichen höheren Steuerdruckes und der
damit verbundenen Erhöhung der Betätigungskraft zu bemerken.
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Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.-Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt des Steuerventils im Bereich des Steuerkolbens
und der Regelkolben, Fig. 2 einen Teilschnitt der Fig. 1 im Bereich der Steuerfeder
und Fig. 3 einen Teilschnitt der Fig. 1 im Bereich eines Regelkolbens mit Regelfeder.
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In der Figur 1 ist mit 1 das Steuerventil und mit 2 das Vorsteuergerät
bezeichnet. In einer Ax:.albohrung 5 des Gehäuses 6 des Steuerventils ist der Steuerkolben
7 verschiebbar geführt. Die beiden Stirnseiten 8 und 9 des Gehäuses 6 sind mit haubenförmigen
Gehäusedeckeln lo und 11 nach außen abgeschlossen. Am Ende 12 des Steuerkolbens
7 ist eine VerlEngerun2 13 mit zwei Anschlagflächen 13 a und 13 b für die Federteller
14 und 15 der Zentrierfeder 16 vorgesehen. Der Federteller 14 stützt sich mit seinem
äußeren
Rand 14 a an der Bodenfläche 18 des Gehäusedeckels lo und
der Federteller 15 stützt sich mit seinem äußeren Rand 15 a an der Stirnseite 8
des Gehäuses 1 ab. In der gezeigten Abotützstellung der Federteller 14, 15 ist der
Steuerkolben 7 in seiner Ausgangsstellung zentriert. Am Ende 22 des Steuerkolbens
7 ist eine Verlängerung 23 zur Aufnahme der Steuerfeder 26 vorgesehen. Die Federteller
24 und 25 der Steuerfeder 26 stützen sich an den Anschlagflächen 23 a und 23 b der
Verlängerung 23 ab.
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Die äußeren Anschlagflächen 24 a und 25 a der Federteller 24 und 25
wirken mit festen Anocnlagen zusammen, die von der Stirnseite 9 des Gehäuses 6 und
vom Boden 27 des Gehäusedeckels 11 gebildet sind. In der gezeigten Au3gang) tellung
des Steuerkolbens 7 ist zwischen den Anschlagflächen 24 a3 25 a der Federteller
und den festen Anschlägen 9> 27 ein freier Abstand von S1 der ca 0,5mm kleiner
ist als die SteuerkantenUberdeekung S2 zwischen Steuerkanten 5 a und Feinsteuernuten
7 a bezogen auf die gezeigte Ausgangsstellung des Steuerkolbens 7. Anstelle, die
Steuerfeder auf der Verlängerung 23 des Steuerkolbens 7 anzuordnen> ist nach
Fig. 2 die Steuerfeder 26 mit ihren Federtellern 24, 25 zwischen der Gehäusestirnseite
9 und dem Boden 27 des Gehäusedeckels 11 eingespannt. Die Verlängerung 23 des Steuerkolbens
7 wirkt hierbei irit ihren Anschlagflächen 23 a und 23 b mit den Federtellern 211
und 25 zusammen, wobei in der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 7 zwIschen
den inneren Anschlagflächen 24 b und 25 b der Federteller 24, 25 und den Anschlagflächen
23 a und 23 b der Verlängerung 23 des Steuerkolbeno 7 ebenfalls ein annähernd
der
Steuerkantenüberdeckung S2 entsprechender freier Abstand S1 vorgesehen ist. Die
Steuerfeder 26 wird somit ebenfalls erst nach Verschieben des Steuerkolbens 7 um
den Bereich S1 wirksam.
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Das VorsteuergerSt 2 weist zwei Führungsbohrungen 30 für jeweils einen
Regelkolben 31 auf. Zwischen dem vorspringenden Bund 36 des Regelkolbens 31 und
dem mit dem Anstellbolzen 39, 40 in Kraftschluß stehenden Federteller 37 ist jeweils
eine als konische Druckfeder ausgebildete Regelfeder 32 angeordnet, die in der Ausgangsstellung
entsprechend der Stellung des Anstellbolzens 40 mittels des mit dem Regelkolben
starr verbundenen Schraubenbolzens 36 b und der sich am Federteller 37 abstützenden
Schrauöe 36 c dem Anfangssteuerdruck entsprechend vorgespannt ist und mit den Regelkolben
31 eine Einbaueinheit bildet.
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In Fig. 3 stehen mit dem Regelkolben 31 zwei Regelfedern 32 , 32 b
in Wirkverbindung. Zu diesem Zweck weist der vorspringende Bund 36 des Regelkolbens
für j ede Regelfeder eine Auflagefläche auf. Auf der gegenüberliegenden Seite des
vorspringenden Bundes stützt sich jede Regelfeder an einem Federteller 37 a, 37
b ab, wobei sich der innere Federteller 37 a seinerseits an der Schraube 36 des
mit dem Regelkolben 31 starr verbundenen Schraubenbolzene 36 b abstützt. Der äußere
Federteller 37 a stützt sich an einen vorspringenden Bund 65 des FedertelLers 37
b ab. In der gezeigten Ausgangsstellung des Anstellbolzen. 39, 40 liegt lediglich
der äußere Federteller 37 a an der entsprechenden Anlagefläche 66 des Anstelibolzens
39, 40 an. Erst nachdem sich der Anstellbolzen um die Strecke a gegenüber den Regelkolben
verschoben
hat, kommt der innere Federteller mit der ihm zugeordneten
Anlagefläche 67 des Anstellbolzens 39, 40 in Kraft schluß.
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Die Anstellbolzen 39, 40 die in hülsenförmigen Einschraubkörpern 51
geführt sind, werden ihrerseits mittels eines Schalthebels 41 mit mit den Anstellbolzen
in Kraftschluß stehender Schaltplatte 41 a betätigt (Fig. 1).,Die Regelkolben sind
mit nutenförmigen Ausnehmungen 42, 43 versehen, die gemeinsam mit den Führungsbohrungen
30 Räume 44, 45 ein schließen. Der Raum 44 ist über eine Leitung 46 mit dem Pumpenanschluß
P und der Raum 45 über eine Leitung 47 mit dem Tankanschluß T verbunden. Die, die
beiden Räume trennende Scheibe 48 des Regelkolbens weist zwei Steuerkanten 48 a,
48 b auf, die mit einer Umführungsbohrung 49 in Wirkverbindung stehen, derart, daß
je nach Stellung des Regelkolben) 31 der unmittelbar mit dem Steuerleitungsanschluß
33, 34 verbundene Federraum 50, 52 entweder mit dem mit der Druckmittelquelle in
Verbindung stehenden Raum 44 oder mit dem mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum
45 verbunden oder von beiden Räumen 44, 45 getrennt ist. Die in den Federräumen
50, 52 angeordneten Rückstellfedern 53, die sich an den Regelkolben 31 und an den
in den AnschlAssen 33, 34 angeordneten Ringscheiben 54 abstützen, belasten die Regelkolben
31 in Richtung deren Ausgangsstellung. Vom Anschluß 33 des Vorsteuergerätes führt
eine Steuerleitung 55 zum Anschluß 56 des Federraumes 57 und vom Anschluß 34 führt
eine Steuerleitung 59 zum Anschluß 60 des Federraumeß 61 des Steuerventils.
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Die Wirkungsweise des Steuerventils ist folgende: Bei Betätigung des
in der Ausgangsstellung 62 gezeigten Schalthebels in eine Hebelstellung 62 a wird
über die Schaltplatte 41a und den Anstellbolzen 39 sowie der Regelfeder 32 der zugeordnete
Regelkolben 31 durch Überwindung der geringen Kraft der Rückstellfeder 53 aus seiner
Ausgangsstellung entsprechend der Stellung des dem Anstellbolzen 40 zugeordneten
Regelkolbens in Richtung des Anschlusses 33 verschoben. Hierbei gibt die Steuerkante
48 a des Regelkolbens die Umführungsbohrung 49 frei, so daß das Druckmittel vom
mit der Druckmittelquelle verbundenen Regelkolbenr2wl 44 über die UmfUhrunxsbohrung
49 zum, Federraum 50 und von dort über die Steuerleitung 55 zum Federraum 7 des
Steuerventils strömt. Die damit gleichzeitig verbunde Druckbeaufschlagung der Stirnfläche
31 a des Regelkolbens 31 bewirkt eine Belastung des letzteren entgegen der Kraftrichtung
der Regelfeder 32. Mit steigendem Druck wird deshalb der Regelkolben 31 wieder entgegen
der Kraft der Regelfeder 32 verschoben und zwar bis zur gezeigten Regelstellung
in der die Umführungsbohrung 49 von der Scheibe 48 geschlossen und damit ein weiterer
Druckanstieg unterbunaen ist.
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Der im Federraum 50 und im mit diesem über die Steuerleitung 55 verbundenenFederraum
57 herrschende Druck entspricht somit jeweile der durch den Ausschwenkungswinkel
des Schalthebels festgelegten Kraft der Regelfeder 32. Wird die Gleichgewichtslage
des Regelkolbens gestört und der Schalthebel beispielsweise in Richtung der Hebelstellung
62 verschwenkt, verringert sich die Kraft der Regelfeder 32 auf den Regelkolben
31. Nunmehr verschiebt der die Stirnfläche 31 a belastende Druck des Druckmittels
den Regelkolben 31 n Richtung des Anstellbolzens 39, wobei die Steuerkante 48 b
die Umführungsbohrung 49 frei gibt und die Verbindung zwischen dem mit dem Tank
verbundenen Raum 45 und dem Federraum 50 erstellt. Damit findet eine Druckentlatung
im Federraum So statt und zwar -suweit, bi3 der Druck im Federraum 50 der Federkraft
entsprechend der Hebelstellung entspricht und der Regelkolben 31 die gezeigie Regelstellung
eingenommen hat. Der von der Stellung des Schalthebels 41 festgelegte und im Federraum
57 oder 61 wirkende Steuerdruck beaufschlagt den Steuerkolben 7> wobei sich dieser
um einen dem Steuerdruck entsprechenden Betrag gegen die Kraft der Zentrierfeder
16 und der Steuerfeder 26 in die Kraftrichtung des wirksamen Steuerdruckes verschiebt.
Die Überwindung der Kraft der Zentrierfeder 16 zum Verschieben des Steuerkolbeno
7 bis zur Anlage einer der Anschlagflächen 24 a oder 25 a der Federteller 24, 25
an einen der fetten Anchlagflächen 9 oder 27 oder nach Fig. 2 bio zur Anlage der
Anschlagflächen 23 a, 23 b der Verlängerung 23 an den Anschlagfla'chen 24 b, 25
b der Federteller 24, 25 erfordert nur einen geringen Steuerdruck und demgemäß auch
nur einen kleinen Schalthebelausschlag. RJach Anlage einer der Anschlagflächen 24
a,
25 a der ich gemeinsam mit dem Steuerkolben 7 verschiebenden
Federteller 24, 25 bzw. der Anschlagflächen 23 a, 23 b der Verlänjterung 23 an den
Federtellern und dem nunmehrigen Wirkamwerden der Steuerfeder 26 beginnt die eigentliche
Steuerbewegung de Steuerkolbens 7. Die Steuerfeder 26 ist soweit vorgespannt, daß
deren Anfangskraft die Kraft der Zentrierfeder 16 bei Beginn der effektiven Steuerbewegung
um einen bestimmten Wert übersteigt.
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Damit erfordert der Steuerbeginn des Steuerkolbens 12 einen erhöhten
Steuerdruck der sich für das Bedienungspersonal durch eine Erhöhung der Betätigungskraft
für den Schalthebel 41 bemerkbar macht. Nach ca. o,5 mm weiterem Verschiebeweg des
Steuerkolbens I gegen die Kraft der Steuerfeder 26 sowie der Zentrierfeder 16 ist
die Steuerkantenü.berdeckung endgültig überbrückt und die Feinsteuernuten 7 angeben
durch Überfahren der Steuerkanten 5 a den Weg frei zwischen dem Druckmittelanschluß
und-je nach Verschieberichtung des Steuerkolbens 7- dem Arbeitaleitung3anschlus3ev
A oder B sowie zwischen Arbeitsleitungsanschluß B oder A und dem Tank anschluß T.
Je höher der Steuerdruck durch entsprechendes Ausschwenken des Schalthebels 41 gewählt
wird, deato weiter verschiebt sich der Steuerkolben 7 entgegen der Kraftrichtung
der Steuerfeder 26 sowie der Zentrierfeder 16. SobaLd die Feinsteuernuten 7 a in
ihrer gesamten Länge die ihnen zugeordneten Steuerkanten 5 a überfahren haben, jjt
die Regelfeder 32 des Vorsteuerbeispielsweise gerätes um die Strecke a durch entsprechende
Aus lenkung des SchalthebelJ 41. und Verschiebung des Anstellbolzens 39 in Richtung
der Regelfeder angestellt. Diese Strecke a entspricht gleichzeitig dem F.jnsteuerbereich
des Steuerventila. Infolge des progressiven
Anstieges der Kennlinie
der Regelfeder 32 ergibt deren weitere Anstellung durch entsprechendes weiteres
Ausschwenken des Schalthebels einen erhöhten Federkraftanstieg, der einen entsprechend
hohen Steuerflüssigkeitsdruck zur Betätigung des Steuerkolbens bewirkt. Demnach
ergeben in diesem Steuerbereich kleine Steuerbewegungen des Schalthebels vernältnismäßig
große Änderungen der Arbeitsflüssigkeitsmenge.
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el Anordnung von zwei Regelfedern 32 a, 32 b gemäß Fig. 3 wird der
Feinsteuerbereich über die Feder 32 a mit der grö-Seren Wirklänge ausgeregelt. Sobald
mittels des Anstellbolzens 39 bzw. 40 diese Feder 32 a soweit angestellt ist (Strecke
a), daß der Federteller 37 b der Feder 32 b mit der kleineren Wirklänge an der Anschlagfläche
67 des Anstellbolzens kraftflüssig anliegt steigt bei weiterer Anstellung die gesamte
federkraft steil an, ähnlich der konisch ausgebildeten Feder nach Fig. 1.
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4ziird der Schalthebel 41 wieder in die Ausgangsstellung 62 verschwenkt,
verschiebt sich der Regelkolben ebenfalls in die Ausgangsstellung entsprechend der
Stellung des dem Anstellkolben 4o ugeordneten Regelkolbens. In der Ausgangsstellung
ist die Steuerkante 1i8 b des Regelkolbens 31 um den Spalt b geöffnet, so daß der
Federraum 50, 52 mit dem Tank in Verbindung steht und damit auch die Federräume
57, 61 des Steuerkolbens 12 druckentlastet and