DE2101493B2

DE2101493B2 - Electromagnetically operated hydraulic directional valve

Info

Publication number: DE2101493B2
Application number: DE19712101493
Authority: DE
Inventors: Rolf 7500 Karlsruhe Hennig
Original assignee: Carl Metz 7500 Karlsruhe GmbH
Current assignee: Metz Feuerwehrgeraete 7500 Karlsruhe De GmbH
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1971-01-14
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2101493C3; DE2101493A1; FR2121841B1; FR2121841A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares hydraulisches Wegeventil, insbesondere zur Steuerung der Bewegungsabläufe eines hinsichtlich seiner Länge und seiner Stellung im Raum veränderbaren Tragbalkens, insbesondere eines Leiterparks einer ausfahrbaren Drehleiter, eines Teleskopmastes, eines Telesoters oder eines längenveränderbaren Kranarmes, mit einem in einer Büchse verschiebbar gelagerten, in der Nullage zentrierten und wahlweise um ein vorgebbares Maß aus der Nullage auslenkbaren Kolben mit drei Bunden, die zwischen sich zwei Kolbenkammern begrenzen, an welche das Antriebsorgan druckmittelmäßig angeschlossen ist und weiche durch Verstellen des Kolbens wahlweise mit einem jeweils von einem Bund gesteuerten Druckanschluß oder Tankanschluß verbindbar sind.The invention relates to an electromagnetically actuated hydraulic directional valve, in particular for Control of the movements of a changeable with regard to its length and its position in space Support beam, in particular a ladder park of an extendable turntable ladder, a telescopic mast, a Telesoters or a length-adjustable crane arm, with a slidably mounted in a sleeve, in the zero position centered and optionally deflectable by a specifiable amount from the zero position piston with three collars that delimit two piston chambers between them, to which the drive member is pressurized is connected and soft by adjusting the piston either with one of a federally controlled pressure connection or tank connection can be connected.

Aus der DE-OS 18 14 455 ist ein z. B. für Werkzeugmaschinen bestimmtes Regelventil dieser Art bekannt. Der vom mittleren Kolbenbund gesteuerte Druckanschluß sowie die von den beiden seitlichen Ko^benbunden gesteuerten Tankanschlüsse sind bei dieser bekannten Ausführung jedoch als einfache, in der Büchse angeordnete Einzelbohrungen ausgebildet Der Durchmesser dieser Bohrungen ist daher auf maximalen Durchfluß einzurichten, was ersichtlich eine außeror-Hentlich große lokale Schwächung der Büchse verursacht. Die Lehre der genannten DE-OS IiS 14 455 geht nun dahin, insbesondere zur Vermeidung von Anfahr- und Bremsstößen im Bereich der steuernden Kolbenbunde keine geraden Steuerkanten vorzusehen, sondern mit entsprechenden Kerben versehene Kanten zur Anwendung zu bringen, so daß beim Oberfahren der genannten Strömungsquerschnitte eine der gewählten Kerbenausbildung entsprechende Verzögerung des öffnungs- bzw. Schließvorganges erreicht wird. Der zur Herstellung derart gekerbter Steuerkanten in Kauf zu nehmende Aufwand ist nicht unbeträchtlich, insbesondere unter Berücksirh tigung der Tatsache, daß derartige Kerben insbesondere im Bereich des mittleren Kolbenbundes in beiden Arbeitsrichtungen vorzusehen sind.From DE-OS 18 14 455 a z. B. for machine tools certain control valve of this type known. The pressure connection controlled by the central piston collar as well as the tank connections controlled by the two side piston collars are on this one known design, however, designed as a simple, arranged in the sleeve individual bores The diameter of these bores is therefore to be set up for maximum flow, which can be seen to be an extraordinary causes great local weakening of the liner. The teaching of the aforementioned DE-OS IiS 14 455 goes now there, especially to avoid starting and braking jolts in the area of the controlling piston collars no straight control edges are to be provided, but rather edges provided with corresponding notches for To bring application, so that when driving over the flow cross-sections mentioned one of the selected Notch formation corresponding delay of the opening or closing process is achieved. The for Production of such notched control edges is not inconsiderable expense, in particular taking into account the fact that such notches especially in the area of the central piston collar are to be provided in both working directions.

Gleichzeitig ergibt sich hierdurch jedoch auch ein nicht unbeträchtlicher Platzbedarf, da die genannten Strömungsquerschnitte in der Nullstellung voll gekapselt sein sollen, d.h. die seitlich vorzusehenden Kerben dürfen hiermit nicht zur Deckung gelangen, sondern müssen vielmehr einen zumindest dem entsprechenden Bohrungsdurchmesser des betreffenden Strömungsquerschnittes entsprechenden Abstand voneinander aufweisen. Infolge dieser hier notwenigen Kolbenverlängerung ist aber auch ein nicHt unbeträchtlicher Mehraufwand an Material in Kaut zu nehmen. Ganz abgesehen davon kommt es jedoch bei der bekannten Anordnung im Wirkbereich der genannten Kerben der Steuerkanten zu einem nicht unbeträchtlichen auf den Kolben wirkenden Axialschub. Bei einem Festhalten des Steuerkolbens in dieser Lage müßte der jeweils aktivierte Elektromagnet diesem Schub entgegenwirken. Es bestände daher die Gefahr, daß sich derartige Zwischenstellungen ohnehin von selbst beseitigen.
Die US-PS 27 51 752 zeigt ein Servoventil mit einemAt the same time, however, this also results in a not inconsiderable space requirement, since the flow cross-sections mentioned should be fully encapsulated in the zero position, i.e. the notches to be provided on the side must not be congruent, but rather have to be at a distance from one another corresponding at least to the corresponding bore diameter of the flow cross-section in question . As a result of this piston extension, which is necessary here, however, there is also a not inconsiderable amount of additional material to be taken into account. Quite apart from this, however, in the known arrangement in the effective area of the mentioned notches of the control edges there is a not inconsiderable axial thrust acting on the piston. When the control piston is held in this position, the activated electromagnet would have to counteract this thrust. There would therefore be the danger that such intermediate positions would be eliminated by themselves anyway.
The US-PS 27 51 752 shows a servo valve with a

so Kolben mit zwei Bunden, welche drei Kammern begrenzen, an die über in Teilströme aufgegliederte, durch die Kolbenbunde gesteuerte Verbindungsleitungen ein einen beidseitig beaufschlagbaren Kolben aufnehmender Steuerzylinder angeschlossen ist. Die die einzelnen Teilströme bildenden Bohrungen sind hierbei jedoch reihenmäßig nebeneinander angeordnet. Dies führt ersichtlich zu einer äußerst starken lokalen Schwächung der Büchse und erfordert daher die Einhaltung relativ starker tragender Querschnitte, was insgesamt eine äußerst aufwendige und sperrige Anordnung ergibt. Der zwischen den einzelnen Bohrungen vorhandene relativ schwache Steg ist dabei gegen Bruch äußerst gefährdetso pistons with two collars, which delimit three chambers, to which are subdivided into partial flows, Connecting lines controlled by the piston collars and a piston that can be acted upon on both sides receiving control cylinder is connected. The holes forming the individual partial flows are here but arranged in rows next to one another. This clearly leads to an extremely strong local Weakening of the sleeve and therefore requires compliance with relatively strong load-bearing cross-sections, which overall results in an extremely complex and bulky arrangement. The one between the individual The relatively weak web that is present in bores is extremely vulnerable to breakage

The GB-PS 11 70 281 shows an arrangement in which

zwei axial gegeneinander versetzte und an eine gemeinsame Ringleitung angeschlossene Ventilkanäle vorgesehen sind, die von einem mittleren Bund eines Steuerkolbens gesteuert werden. Abweichend hiervontwo valve channels axially offset from one another and connected to a common ring line are provided which are controlled by a central collar of a control piston. Deviating from this

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ist den beiden äußeren Kolbenbunden jeweils nur ein entsprechender Ventilkanal zugeordnet, wobei ersichtlich gleiche Querschnitte vorgesehen sind. Die axiale Verstellbarkeit des Steuerkolbens ist so begrenzt, daß die vom mittleren Kolbenbund gesteuerten Kanäle in keiner Stellung des Steuerkolbens gemeinsam in Tätigkeit treten können. Vielmehr tritt jeder der beiden Ventilkanäle nur Tür sich allein in Tätigkeit. Eine Steuerung der Durchflußmenge durch Freigabe entweder nur eines Kanals oder beider Kanäle ist hier dennoch nicht möglich.only one corresponding valve channel is assigned to the two outer piston collars, which can be seen the same cross-sections are provided. The axial adjustability of the control piston is limited so that the channels controlled by the central piston collar do not share in any position of the control piston Activity. Rather, each of the two valve channels only comes into action on its own. One Control of the flow rate by releasing either only one channel or both channels is here nevertheless not possible.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs angegebene Wegeventil dahingehend zu verbessern, daß es einfach und platzsparend aufgebaut ist durch ausgezeichnete Nutzung der tragenden Querschnitte der Büchse, so daß es eine robusten. Betriebsweisen gewachsene Festigkeit besitzt.Starting from this, it is the task of the present one Invention to improve the directional control valve specified at the outset in that it is simple and It is space-saving due to the excellent use of the load-bearing cross-sections of the bushing, so that it a robust one. Operating modes has increased strength.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Druckanschluß und die Tankanschlüsse in dem durch die ihnen jeweils zugeordneten Bunde des Kolbens gebildeten Steuerbere^;;h in eine jeweils gleiche Zahl von spiralförmig in der Büchse angeordneten radialen Durchgangsöffnungen münden, die sich in Längsrichtung des Kolbens überlappen.To achieve this object, it is proposed according to the invention that the pressure connection and the tank connections be in the control area formed by the collars of the piston assigned to them ^; ; h open into an equal number of radial through-openings which are arranged in a spiral shape in the sleeve and which overlap in the longitudinal direction of the piston.

Durch diese Maßnahmen werden zum einen in vorteilhafter Weise übermäßig hohe örtliche Schwächungen der Büchse vermieden, was eine optimale Materialausnützung gestattet, und gleichzeitig eine gedrängte, platzsparende und kompakte Bauweise ermöglicht und zum anderen eine stufenlose Proportionalsteuerung des Massedurchsatzes erreicht.On the one hand, these measures advantageously result in excessively high local weakenings the sleeve avoided, which allows an optimal use of material, and at the same time a A crowded, space-saving and compact design and, on the other hand, an infinitely variable proportional control of the mass throughput is reached.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die als Bohrungen ausgebildeten Durchgangsöffnungen um ihren Radius in Kolbenlängsrichtung gegeneinander versetzt sind. Hiermit läßt sich eine besonders günstige Steuercharakteristik erreichen.A particularly advantageous embodiment of the invention consists in the fact that the through-openings, which are designed as bores, extend around their radius in the longitudinal direction of the piston are offset from one another. This enables a particularly favorable control characteristic to be achieved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteranspriichen.Further refinements of the invention emerge from the remaining subclaims.

Ein Ausfü'irungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Schnittes näher erläutertAn exemplary embodiment of the invention is shown below explained in more detail using a section shown in the drawing

Der in der Zeichnung dargestellte Schnitt zeigt das Wegeventil in seiner Nullage. Der Kolben 15 weist drei Bunde, 16,17 und 18 auf und ist in einer Büchse 30 axial verstellbar gelagert. Die Nullage des Kolbens 15 wird durch die beidseitig angreifenden und gegeneinander wirkenden Druckfedern 20 und 21 eingehalten. Wird über die Steuerleitung St 1 der Elektromagnet MR 1 erregt, dann wird der Kolben 15 nach rechts verstellt. Bei Erregung des Elektromagneten MR 2 über die SteuerleiUng 5/2 wird der Kolben 15 nach links verstellt.The section shown in the drawing shows the directional control valve in its zero position. The piston 15 has three collars 16, 17 and 18 and is mounted in a sleeve 30 so as to be axially adjustable. The zero position of the piston 15 is maintained by the compression springs 20 and 21 acting on both sides and acting against one another. If the electromagnet MR 1 is excited via the control line St 1, the piston 15 is moved to the right. When the electromagnet MR 2 is excited via the control line 5/2, the piston 15 is moved to the left.

Dem Druckanschluß 11 des Wegeventils sind die Durchgangsöffnungen 13, 13' bis 13" in der Büchse zugeordnet, die in Längsrichtung spiralförmig über den Umfang der Büchse 30 verteilt angeordnet sind. Diese Durchgangsöffnungen sind als Bohrungen ausgebildet, die sich in der Längsrichtung des Kolbens um ihren Radius überlappen. Die öffnungen 13 bis 13" sind über die Außennut 12 der Büchse 30 miteinander verbunden und erstrecken sich nur über den Bereich des mittleren Kolbenbundes 15, der diese öffnungen in seiner Nullage sperrt.The pressure connection 11 of the directional control valve are the through openings 13, 13 'to 13 "in the sleeve assigned, which are arranged distributed spirally over the circumference of the sleeve 30 in the longitudinal direction. These Through openings are designed as bores that extend around their in the longitudinal direction of the piston Overlap radius. The openings 13 to 13 ″ are connected to one another via the outer groove 12 of the sleeve 30 and extend only over the area of the central piston collar 15 which has these openings in its zero position locks.

Die Tankanschlüsse 27 und 29 im Ventilgehäuse 10 führen zu entsprechenden öffnungen 26 bis 26" bzw. 28 bis 28", die in gleicher Wiise durch die Kolbenbunde 17 und 18 in der arbeitsunwirksamen Stellung desThe tank connections 27 and 29 in the valve housing 10 lead to corresponding openings 26 to 26 "and 28, respectively to 28 ", which in the same way by the piston collars 17 and 18 in the inoperative position of the

Directional control valve are blocked.

Zwischen den Kolbenbunden 16 und 17 bildet sich die linke Kolbenkammer 14, die über den Kanal 22 der Büchse 30 und den Kanal 23 des Ventilgehäuses 10 dauernd mit der Arbeitsleitung B des Antriebsorgans HM in Verbindung steht Zwischen den Kolbenbunden 16 und 18 bildet sich die rechte Kolbenkammer 19, die über den Kanal 24 der Büchse 30 und den Kanal 25 des Ventilgehäuses 10 dauernd mit der Arbeitsleitung A desThe left piston chamber 14 is formed between the piston collars 16 and 17 and is permanently connected to the working line B of the drive element HM via the channel 22 of the sleeve 30 and the channel 23 of the valve housing 10. The right piston chamber is formed between the piston collars 16 and 18 19, which via the channel 24 of the sleeve 30 and the channel 25 of the valve housing 10 continuously with the working line A of the

ίο Antriebsorgans HMm Verbindung stehtίο The drive element HMm is connected

Wird der Elektromagnet MR 1 erregt, dann verstellt sich der Kolben entsprechend nach rechts. Die vorgegebene Erregung ist dabei ein Maß für den Verstellweg des Kolbens. Da die Windungszahl der Elektromagneten MR 1 und MR 2 konstant ist wird die Erregung durch die Einstellung des Erregerstromes verändert Dabei kann die Abhängigkeit des Erregerstromes vom Vcrstellweg des Kolbens 15 als Gerade dargestellt werden.If the electromagnet MR 1 is excited, the piston moves accordingly to the right. The specified excitation is a measure of the displacement path of the piston. Since the number of turns of the electromagnets MR 1 and MR 2 is constant, the excitation is changed by setting the excitation current. The dependence of the excitation current on the displacement of the piston 15 can be shown as a straight line.

Bei dieser Verstellbewegung des Kolbens 15 gibt der Kolbenbund 16 eine bestimmte Anzah! dsr Durchgangsöffnungen 13 bis 13" und der Kolbenbund 18 eine gleiche Anzahl der Durchgangsöffnungen 28 bis 28" frei. Der Druckanschluß 11 kommt über die freien öffnungen 13 und gegebenenfalls 13', 13", die linke Kolbenkammer 14 und die Kanäle 22 und 23 mit der Arbeitsleitung B in Verbindung. Die Arbeitsleitung A findet über die Kanäle 24 und 25, die rechte Kolbenkammer 19, die freien Öffnungen 28 gegebenenfalls 28', 28" und den Kanal 29 eine Rückführverbindung zum rechten Tankanschluß 29. Das Antriebsmittel fließt in der eingezeichneten Richtung durch das Antriebsorgan HM und legt dessen Bewegungsrichtung fest Die Geschwindigkeit des Bewegungsablaufes wird durch die Durchflußmenge bestimmt, die durch die freien Durchgangsöffnungen gegeben ist Durch die Überlappung dieser öffnungen ergibt sich eine mit dem Verstellweg des Kolbens 15 proportionale Zunahme des Durchlaufquerschnittes und damit der freigegebenenDuring this adjustment movement of the piston 15, the piston collar 16 gives a certain number! The through openings 13 to 13 "and the piston collar 18 free an equal number of through openings 28 to 28". The pressure connection 11 comes into connection with the working line B via the free openings 13 and possibly 13 ', 13 ", the left piston chamber 14 and the channels 22 and 23. The working line A is via the channels 24 and 25, the right piston chamber 19, the free openings 28 optionally 28 ', 28 "and the channel 29 a return connection to the right tank connection 29. The drive means flows in the direction shown through the drive member HM and determines its direction of movement The overlapping of these openings results in an increase in the flow cross-section that is proportional to the adjustment path of the piston 15, and thus in the open area

Flow rate.

Fs ist leicht einzusehen, daß durch die Abstimmung der axialen Lage der Anfangs- und Endbcrcichc der öffnungen 13 und 13" bzw. 26 und 26" bzw, 28 und 28" zu den Kolbenbunden 16,17 und 18 die Schal (folge der Ventilwege vorgegeben werden kann. Es kann jede gewünschte zeitliche Staffelung der Schaltfolgen erreicht werden. Darüber hinaus besteht noch die Möglichkeit, die Schaltfolgen bei der Erregung der Elektromagnete MRi und MR2 gleich oder unterschiedlich auszulegen.It is easy to see that by coordinating the axial position of the start and end areas of the openings 13 and 13 ″ or 26 and 26 ″ or 28 and 28 ″ to the piston collars 16, 17 and 18, the scarf (follow the valve travel is predetermined Any desired time graduation of the switching sequences can be achieved. In addition, there is also the possibility of interpreting the switching sequences identically or differently when the electromagnets MRi and MR2 are excited.

Die umlaufende Atißennut 12 verbindet die Durchgangsöffnungen 13 bis 13" und stellt damit sicher, daß das über den Druckanschluß 11 zugeführte hydraulische Antriebsmittel über alle gerade freien öffnungen in die Kolbenkammer 14 eindringen kann. Das Antriebsmittel fließt somit in kleinen unterschiedlich gerichteten Teilflüssen in die Kolbenkammer 14, so daß dabei die durch die vorgegebene Erregung bestimmte Kolbenstellung nicht beeir .rächtigt wird.The circumferential Atissen groove 12 connects the through openings 13 to 13 "and thus ensures that the hydraulic Drive means can penetrate into the piston chamber 14 via all currently free openings. The drive means thus flows in small, differently directed partial flows into the piston chamber 14, so that the piston position determined by the given excitation is not affected.

Wird der Elektromagnet MR 1 abgeschaltet, dann kehrt der Kolben 15 in die Nullage zurück und beendet den Bewegungsablauf. Das Antriebsorgtn HM behält seine erreichte Stellung bei, da die Arbeitsleitungen A und B verschlossen werden.If the electromagnet MR 1 is switched off, the piston 15 returns to the zero position and ends the movement. The drive unit HM maintains the position it has reached since the working lines A and B are closed.

Wird der Elektromagnet MR 2 über die Steuerleitung St 2 erregt, dann wird der Kolben 15 nach links verstellt. Der Kolbenbund 16 gibt wieder einen Teil der Durchgangsöffnungen 13 bis 13" frei. Der Druckan-If the electromagnet MR 2 is excited via the control line St 2, the piston 15 is moved to the left. The piston collar 16 again releases part of the through openings 13 to 13 ″.

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Schluß 11 im Ventilgehäuse 10 kommt diesmal über die rechte Kolbenkammer 19 und die Kanäle 24 und 25 der Büchse 30 und des Ventilgehäuses 10 mit der Arbeitsleitung A in Verbindung. Die Arbeitsleitung B findet über die Kanäle 22 und 23, die linke Kolbenkammer 14 und die freien Durchgangsöffnungen 26 bis 26" eine Rückführverbindung zum linken Tankanschluß 27. Das Antriebsmittel fließt nun in der entgegengesetzten Richtung durch das Antriebsorgan HM und ändert demzufolge dessen Bewegungsrichtung. This time, the end 11 in the valve housing 10 is connected to the working line A via the right piston chamber 19 and the channels 24 and 25 of the bushing 30 and the valve housing 10. The working line B finds a return connection to the left tank connection 27 via the channels 22 and 23, the left piston chamber 14 and the free through openings 26 to 26 ″. The drive medium now flows in the opposite direction through the drive element HM and consequently changes its direction of movement.

Die Bewegungsgeschwindigkeit wird wieder durch der Kolbenverstellweg bestimmt, der in Abhängigkeit vor der Erregung des Magneten die Durchflußmeng« festlegt. Ein derartiger Ansteuerstromkreis ermöglich also in einfachster Weise die Vorgabe der Richtung um der Geschwindigkeit des Bewegungsablaufes de hydraulischen Antriebsorgans. Diese Vorgabe kanr durch die Veränderung der Schleiferstellung ausgeführ werden, die manuell und in gleicher Weise auch über eir fernsteuerbares Stellorgan vorgenommen werden kannThe speed of movement is again determined by the piston displacement, which depends on the previous the excitation of the magnet determines the flow rate. Such a control circuit is made possible So in the simplest way the specification of the direction to the speed of the movement de hydraulic drive member. This specification can be carried out by changing the grinder position which can be done manually and in the same way via eir remote-controlled actuator

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: 21 Ol 493

1. Electromagnetically operated hydraulic directional control valve for controlling the by means of hydraulic Drive organs to be accomplished movement sequences in terms of its length and its Position in the space changeable support beam, in particular a ladder park of an extendable Turntable ladder, a telescopic mast, a telesoter or a length-adjustable crane arm, with a slidable in a library, in the zero position centered and via two electromagnets Optionally by a predeterminable amount from the zero position deflectable piston with three collars, the delimit two piston chambers between them, to which the drive element is connected in terms of pressure medium is and soft by adjusting the piston either with one of each Bund controlled pressure connection or Tapkan connection are connectable, characterized in that that the pressure connection (11) and the tank connections (27, 29) in the through them respectively assigned collars (16, 17, 18) of the piston (15) formed control area in an equal number of spirally arranged in the sleeve (30) radial through openings (13, 13 ', 13 "; 26, 26', 26"; 28, 28 ', 28 ") which are located in Overlap the longitudinal direction of the piston (15).

2. Directional valve according to claim 1, characterized in that that the through openings (13, 13 ', 13 "; 26, 26', 26"; 28, 28 ', 28 ") are arranged offset by their radius.

3. Directional valve according to Ansprtjh 1 or 2, thereby characterized in that when the piston (15) is adjusted, the collars (Iv 17, 18) which they clear associated passage openings (13, 13 ', 13 "; 26,26', 26"; 28,28 ', 28 ") at the same time.

4. Directional valve according to claim 1 or 2, characterized in that upon adjustment of the Piston (15) whose central collar (16) the through openings (13, 13 ', 13 ") assigned to it to the pressure connection (11) releases the passage opening eu earlier than the two outer collars (17, 18) (26,26 ', 26 "; 28,28', 28") to the respectively assigned tank connection (27 or 29).

5. Directional valve according to claim 1 or 2, characterized in that upon adjustment of the Piston (IS) whose middle collar (16) the through openings (13, 13 ', 13 ") assigned to it to the pressure connection (11) later releases the passage openings than the two outer collars (17, 18) (26, 26 ', 26 "; 28, 28', 28") to the respectively assigned tank connection (27 or 29).