DE2140972B2 - Indirekt steuerbares Servoventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein indirekt steuerbares Servoventil von der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.

Zum Umschalten der verschiedenen Arbeitsgänge /. B. bei Baggern, die bekanntlich zumeist hydraulisch angetriebene Schaufeln oder Löffel als Schürf- und Materialaufnahmevorrichtungen aufweisen, werden Servoventile benötigt, und es stellt sich das Problem der günstigen Anordnung dieser Ventile. Werden Servoventile in der Nähe des Führerstandes angebracht, dann werden lange Leitungen zu den Arbeitszylindern bzw. Servomotoren der Maschine benötigt, werden die Ventile aber in der Nähe ihrer Arbeitszylinder bzw. Servomotoren angeordnet, dann wird eine Fernsteuerung benötigt. Eine solche könnte elektrischer, pneumatischer, hydraulischer oder auch mechanischer Art sein.

Die US-PS 2775982 zeigt ein elektrisch fernsteuerbares Servoventil, jedoch erschweren die hohen hydraulischen Drücke die Konstruktion solcher Servoventile.

Die US-PS 3 160 174 zeigt ein Beispiel eines hydraulisch fernsteuerbaren Servoventils, welches aus einem federzentrierten Hauptventil und einem Vorsteuerventil besteht, jedoch ist der Aufwand wegen der benötigten Erstellung des Steuerdrucks und der vielen Leitungen zwischen den beiden Ventilen beträchtlich.

Die mechanische Lösung ist dann am wirtschaftlichsten, wenn die Stellkraft ohne weiteres von der Bedienungsperson aufgebracht werden kann und der durch die Maschine führende Steuerweg nicht allzu verschlungen ist. Jedoch treten Schwierigkeiten auf, mit mechanischen Verbindungsgliedern die benötigte Präzision der Fernsteuerung zu erzielen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein indirekt steuerbares Servoventil zu schaffen, welches eine präzise Einhaltung der Arbeitsstellungen im Hinblick auf manuelle Fernbetätigung über mechanisehe Verbindungsglieder gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Hauptanspruchskennzeichen argegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei wird also eine verriegelbare Nachführeinrichtung benuizt, welche die Un_oenauigkeiten z. B. durch toten Gang der mechanischen Verbindungsglieder ausgleicht und direkt an dem Wegeventil angebaut ist, so daß sich eine kompakte Bauweise ergibt. Das einzige nach außen führende Teil ist die Betätigungswelle, welche in ihre bevorzugten Winkelpositionen fernbetätigbar ist.

Ein indirekt steuerbares Servoventil ist noch aus der DE-PS 802298 bekannt, jedoch weist der Schieberkolben des Hauptventils keinen Kolben mit untcrschiedlich großen Wirkflächen, also Differentialkolben, auf. Durch Verstellung des Steuerschiebers werden zwei Drosselströme gegensinnig beeinflußt, so daß ein Druckungleichgewicht an dem Schieberkolben des Hauptventils entsteht und dieser so lange verschoben wird, bis dieses Gleichgewicht wieder hergestellt ist. Eine manuelle Fernbetätigung ist nicht vorgesehen.

Eine bekannte Folgeverstelleinrichtung (DE-OS 1 601701) wird für die Verstellung der Schrägscheibe einer Pumpe mit variabler Verdrängung benutzt. Der Stellzylinder weist einen Differentialkolben auf und ist insofern mit dem Wegeventil zu vergleichen. Der Steuerschieber ist jedoch wesentlich komplizierter aufgebaut als beim Anmeldungsgegenstand, und es ist keine manuelle Fernbetätigung vorgesehen.

Zur Sicherung der Stellung eines Ventilschiebers ist es bekannt (DE-PS 724315), diesen durch einen hydraulisch betätigbaren Kolben zu verriegeln. Eine

verriegelbare Fernbetätigung ist nicht vorgesehen.

Bei einem bekannten Drucksteuerventil für hydrostatische Getriebe (DE-AS 1 228943) ist es bekannt, einen mechanischen Hebel als Steuerhandhabe eines Piizventils bzw. eines Kugelventils vorzusehen, die somit ausgelöst werden können. Eine Zuordnung der Winkelstellung des Hebels zu der Stellung eines Hauptventils ist nicht vorgesehen.

Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Servoventils mit einer Variante wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Servoventil,

Fig. 2 eine Stirniinsscht des Servoventils von Fig. 1 mit einem Teilschnitt durch die Ebene 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ansicht des Servoventils von Fig. 1 mit einem Teilschnitt durch die Ebene 3-3 in Fig I,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Ebene 4-4 in Fig. 2 und

Fig. 5 einen der Darstellung in Fig. 4 entsprechenden Teilschnitt durch eine abgewandelte Rasteinrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Servoventil besteht aus einem Wegeventil 10, 12 als Hauptventil und einem Vorsteuerventil als aktives Glied einer Nachlaufsteuerung. Das Wegeventil besitzt ein Gehäuse 10 mit Kanälen 14 und einen Schieberkolben 12 mit Nuten 16, so daß der Druckmittelfluß zu und von .einer Arbeitsvorrichtung geschaltet werden kann. Eine Zentrierfeder 18 hält den Schieberkolben 12 des Wegeventils in bekannter Weise in seiner mittleren oder Neutralstellung, in welcher der Zufluß und der Abfluß zur Arbeitsvorrichtung unterbrochen ist. Wird jetzt der Schieberkolben 12 aus seiner Mittelstellung heraus auf die eine oder die andere Seite entgegen der Vorspannung der Zentrierfeder 18 verschoben, so werden für das Druckmittel entsprechende Zu- und Ableitkanäle zur angeschlossenen Arbeitsvorrichtung durchgeschaltet, und die Arbeitsvorrichtung wird entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung betätigt. Diese Arbeitsweise ist typisch für ein Wegeventil.

An einem Ende des Schieberkolbens 12 ist ein Differentialkolben 20 vorgesehen, dessen linke Stirnfläehe 20a etwa nur halb so groß ist wie die rechte Stirnfläche 2Oi. Die Schieberkolbenbohrung des Gehäuses 10 wird durch einen mit Schrauben 24 befestigten Gehäusedeckel 22 abdichtend verschlossen, in dessen zylindrischer Bohrung 26 sich der Differentialkolben 20 hin- und herbewegen kann. Gleitdichtungen 28, 30 sorgen für Abdichtung gegenüber dem Schieberkolben 12 bzw. dem Differentialkolben 20. Der Schieberkolben 12 besitzt eine zentrale Steuerschieberbohrung 32, die an ihrem linken Ende über ebenfalls im Schieberkolben 12 vorgesehene Radialbohrungen 34 mit dem zum Behälter rückführenden Kanal 14 in Verbindung steht. In der Nähe ihres rechten Endes ist die Steuerschieberbohrung 32 über radiale Kanäle 36 im Schieberkolben 12 mit der kleinen Stirnfläche 20« des Differentialkolbens 20 verbunden, die ständig dem Druck eines Steuerdruckmittels ausgesetzt ist, das aus derselben Druckmittelquelle stammt, wie das Arbeitsdruckmittel. Verschiebbar innerhalb der Steuerschieberbohrung 32 befindet sich ein Steuerschieber 38 mit zwei Bunden 40. 42, welche in der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung gerade die Radialbohrunucn 34 sowie die Kanäle 36 absperren. Ferner weist der Steuerschieber 38 ei.ie axiale Innenbohrung 44 zur Verbindung seiner linken Stirnfläche mit dem Hohlraum 22α des Gehäusedeckels 22 auf. Zur Hubbegrenzung des Steuerschiebers 38 ist ein Querstift 46 vorgesehen, der in einer Nut 48 des Schieberkolbens 12 läuft. Die Bunde 42, 40 steuern die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Steuerdruckmittels zur bzw. von der großen Stirnfläche 2Qb des Differentialkolbens 12 in Abhängigkeit von Verschiebebewegungen des Steuerschiebers 38. Der Steuerschieber 38 hat eine Nut oder Aussparung 50, in die ein zweiarmiger Schwenkhebel 52 einer Betätigungswelle 54 eingreift. Wie sich aus Fig. 3 entnehmen läßt, ist die Betätigungswelle 54 durch die Wandung des Gehäusedekkels 22 mit Hilfe einer Dichtung 56 abgedichtet hindurchgeführt. Am herausgeführten Ende der Betätigung&welle 54 ist ein Betätigungshebel 58 befestigt, der wiederum über mechanische Verbindungsglieder wie Seilzug oder Hebelgestänge von der Bedienungsperson in die gewünschte Steuerstellung bewegt wird.

Der Schwenkhebel 52 besitzt einen Hebelarm 72, der durch eine Öffnung im Gehäusedeckel 22 hindurch ins Innere eines Gehäuses 60 einer Rasteinrichtung ragt, die mit Schrauben 62 am Gehäusedeckel 22 befestigt ist. Das Gehäuse 60 besitzt einen Steuerdruckanschluß 64 zur Verbindung mit dem Druckmittel. Über Kanäle 66 im Gehäuse 60 und Deckel 22 gelangt das Steuerdruckmittel in die zylindrische Bohrung 26 links vom Differentialkolben 20 und über die radialen Kanäle 36 zum Steuerschieber 38. Innerhalb einer axialen Bohrung 68 des Gehäuses 60 ist ein zylindrischer Stößel 70 verschiebbar gelagert, der mit dem Hebelarm 72 des Schwenkhebels 52 gekoppelt ist. Der Stößel 70 dient teils als Rast und Anschlag, teils als Zentriermechanismus für den Steuerschieber 38 und auch für weiterführende mechanische Betätigungselemente, welche am Betätigungshebel 58 angeschlossen sind.

Zur Sicherung der jeweiligen Schaltstellung des Servoventils, wenn dieses in stark rüttelnden Maschinen, τ. B. Bagger, eingebaut ist, ist eine Rasteinrichtung mit unter Federdruck stehenden Rastkugeln 78 (Fig. 2) vorgesehen, die sich in Radialbohrungen 80 befinden und in eine Rastnut 74 bzw. 76 (Fig. 1) des Stößels 70 einrasten. Ist eine Umschaltung des Servoventils vorgesehen, werden die Rastkugeln 78 mit Hilfe eines elektro-magnetisch oder hydraulisch betätigten Freigabeventils 92 mit Druckmittel beaufschlagt und entgegen den sie beaufschlagenden Federn aus der Rastnut 74 bzw. 76 herausgedrängt, so daß eine Betätigung der Welle 54 über den Betätigungshebel 58 vorgenommen werden kann. Nach Beendigung der Umschaltung wird die Druckmittelzufuhr zu den Kugeln 78 eingestellt, so daß diese aufgrund der sie beaufschlagenden Federn wieder in die Rastnut 74 bzw. 76 gedrückt werden und somit eine Verriegelung für die Welle 54 und damit für den Steuerschieber 38 bewirken.

Der Stößel 70 und damit das gesamte Servoventil werden in ihrer Mittelstellung durch eine Zentriereinrichtung gedrängt, welche aus einer Zentrierfeder 82 und zugehörigen Käfigen 84, 86 besteht. Der Raum des Gehäuses 60, in dem die Zentrierfeder 82 untergebr;":ht ist, ist über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Tank verbunden und steht über einer Drosselstreckc. bestehend aus dem Spalt zwischen dem Stößel 70 und der Bohrung 68, mit dem Raum 22« in Verbindung. Die gesamte Zentriereinrichtung wird

innerhalb des Gehäuses 60 durch einen lösbaren Verschlußdeckel 88 festgehalten, so daß das Einsetzen von Zentrierfedern verschiedener Stärke möglich ist, um die mechanischen Betätigungskräfte der zwischen dem Servoventil und dem Bedienungsstand verwendeten mechanischen Übertragungseinrichtung anpassen können.

Um die Rastkugeln 78 zu lösen, führt ein Kanal 90 (Fig. 1, 4, 5) vom Steuerdruckanschluß 64 zum Freigabeventil 92 (Fig. 2,4), welches in eine Bohrung

94 eingeschraubt und als elektro-magnetisch betätigtes Zwei-Wcgcvcntil mit Verschlußstück 93 ausgebildet ist, wie in größerer Darstellung Fig. 4 zeigt. Befindet sich das Freigabeventil 92 in geöffnetem Zustand, d. h., ist das Verschlußstück 93 von der Mündung eines Kanals 96 abgehoben, so gelangt das Steuerdruckinittel über eine Querbohrung 95 zu dem Kanal 96, der mit der Rastnut 74 bzw. 76 und damit mit den Innenseiten der jeweils eingerückten Rastkugcln 78 in Verbindung steht. Normalerweise, wenn nämlich das Freigabeventil 92 geschlossen ist, liegt an den Kugeln 78 der im Hohlraum 22o herrschende Druck an, der gleich dem Druck auf der großen Stirnfläche 20/) des Differcntialkolbens 20, d. h., ungefähr die Hälfte des Steuerdrucks, ist. Ist jedoch das Freigabeventil offen, so liegt der höhere Steuerdruck an den Innenseiten der betreffenden Rastkugeln 78 an und drückt diese gegen die Federspannung nach außen, so daß jetzt der Stößel 70 freigegeben ist und unter dem Einfluß der Zcntierfedcr 82 in seine Mittelstellung gleitet.

Als Variante ist in Fig. 5 ein pneumatisch betätigtes Zwei-Wegeventil 98 dargestellt, welches in die Bohrung 94 eingeschraubt ist. Dieses pneumatische Ventil 98 besitzt einen durch eine Feder vorgespannten Kolben 100, der bei Beaufschlagung mit Druckluft über einen Anschluß 102 einen Ventilstift 104 anhebt, um das hydraulische Druckmittel aus der Querbohrung

95 in den Kanal 96 und damit zu den Rastkugeln 78 gelangen zu lassen. Ferner besteht die Möglichkeit, in die Bohrung 94 einen hydraulischen Anschluß einzuschrauben, durch den hydraulisches Druckmittel aus einer anderen Stcucr-Druckmittelquelle direkt in den Kanal 96 gelangen kann, um die Rasteinrichtung freizugeben.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Servoventil ist folgende: Der Steuerdruck gelangt über den Druckanschluß 64 und die Kanäle 66 in die Bohrung

^r> 26 und wirkt damit auf die linke Stirnfläche 20a des Differentialkolbcns 20 ein. Der Druck im Raum 22« hängt von der Stellung des Steuerschiebers 38 ab. Die rechte große Stirnfläche 20/) des Differentialkolbcns 20 wird druckentlastet, wenn der Bund 40 den Abflußweg 34, 14 freigibt, wonach der Schieberkolben 12 gegen die Kraft der Zentrierfeder 18 mit Bezug auf Fig. I nach rechts gedrückt wird. Der Schieberkolben 12 folgt also der Verschiebung des Steuerschiebers 38, bis dieser seine rechte, durch die Rastnut

i'' 76 bestimmte Stellung einnimmt. Soll das Servoventil in die andere Arbeitsstellung umgeschaltet werden, so wird die Betätigungswelle 54 so gedreht (in Fig. 1 im Uhrzeigersinn), daß der Steuerschieber 38 über den Schwenkhebel 52 nach links (in Fig. 1) verscho-

2" hen wird. Der Bund 42 gibt dabei die radialen Kanäle 36 frei, während der Bund 40 die Radialbohrungen 34 schließt. Aus der zylindrischen Bohrung 26 gelangl Druckmittel in den Hohlraum 22a des Gehäusedekkels 22, so daß die Kraft auf der großen Stirnfläche

-') 20/) des Differentialkolbcns 20 überwiegt und dei Schieberkolben nach links wandert. Dieser Vorgang dauert so lange an, wie der Steuerschieber 38 nacl links verschoben wird. Wird der Steuerschieber 38 angehalten, weil die Rastnut 74 wirksam wird, so gelaiv

i» gen die radialen Kanäle 36 auf den Bund 42 und wer den verschlossen, womit das Steucrdruckmittel nich mehr in den Raum 22« strömen kann. Der Schiober kolben 12 gibt jetzt in dieser anderen Stellung ändert (nicht dargestellte) Druckmittelkanäle für das Druck

f' mittel frei als in der vorhergehenden Stellung.

Es ist somit ersichtlich, daß zur Umschaltung de: Servoventil lediglich eine gerichtete Verstellung de Betätigungshebels 58 bzw. Drehung der Betätigungs welle 54 benötigt wird, daß jedoch das genaue Mal

an der Verstellung bzw. der Drchwinkel von den Rastnu ten 74,76 bestimmt wird. Das Servoventil ist also un empfindlich gegen die Ungenauigkcitcn der tnechani sehen Verbindungsglieder zur Fernbetätigung.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

b) Patentansprüche:

1. Indirekt steuerbares Servoventil mit einem Wegeventil als Hauptventil, das in einer Gehäusebohrung einen Schieberkolben in Gleitführung aufnimmt, wobei Nuten des Schieberkolbens mit entsprechenden Kanälen des Gehäuses des Hauptventils im Sinne der Durchschaltung des Druckmittelflusses zu und von einer Arbeitsvorrichtung zusammenarbeiten, und mit einem im Schieberkolben angeordneten Steuerschieber, der das aktive Glied einer Nachlaufsteuerung für den Schieberkolben bildet, welcher gegeneinander wirkende Beaufschlagungsflächen für das über den Steuerschieber schaltbare Steuerdruckmittel zur Verstellung des Schieberkolbens aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Beaufschlagungsflächen am Schieberkolben (12), der in seiner Neutralstellung von einer Feder (18) zentriert ist, sind die Stirnflächen (20o, 20 b) eines an einem Ende des Schieberkolbens angebrachten Differentialkolbens (20), dessen kleinere Stirnfläche (20«) ständig vom Steuerdruckmittel beaufschlagt ist;

der im Schieberkolben (12) angeordnete Steuerschieber (38) ist über einen an ihm angreifenden zweiarmigen, mit einer Betätigungswelle (54) verbundenen Schwenkhebel (52) von Hand über mechanische Verbindungsglieder fernbedienbar, derart, daß das der Angriffsfläche am Steuerschieber (38) abgewandte Ende (72) des Schwenkhebels (52) mit einer die Arbeitsstellungen des Servoventils bestimmenden Rasteinrichtung verbunden ist;

c) der Schwenkhebel (52) ist vom Gehäuse (22) des Hauptventils und dem Gehäuse (60) der Rasteinrichtung abgedichtet umschlossen, wobei die Betätigungswelle (54) abgedichtet nach außen führt.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung eine Zentrierfeder (82) aufweist, die durch Entfernen eines Verschlußdeckels (88) des Gehäuses (60) der Rasteinrichtung austauschbar ist.

3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung ein Freigabeventil (92) enthält, das Druckflüssigkeit zur Rasteinrichtung zuläßt, wenn sie zu lösen ist.

4. Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Freigabeventil (92) als Zweiwegeventil ausgebildet ist, dessen zweiter Weg (96, 74, 76) in den den Schwenkhebel (52) aufzunehmenden Raum (22a) führt.