DE2140972C3

DE2140972C3 - Indirekt steuerbares Servoventil

Info

Publication number: DE2140972C3
Application number: DE2140972A
Authority: DE
Inventors: Carl Roy Warren Binkley; Robert Guy Royal Oak Farrell
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1971-08-16
Publication date: 1979-03-22
Also published as: GB1358304A; US3646968A; FR2108107B1; DE2140972B2; AU461996B2; JPS5335781Y2; JPS5289739U; FR2108107A1; CA929824A; SE362287B; AU3122071A; DE2140972A1

Description

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

Zum Umschaltern der verschiedenen Arbeitsgänge z. B, bei Baggern, die bekanntlich zumeist hydraulisch angetriebene Schaufeln oder Löffel als Schürf- und Materialaufnahmevorrichtungen aufweisen, werden Servoventil 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 Näh«, ihrer Arbeitszylinder bzw. Servomotoren angeordnet, dann I" wird eine Fernsteuerung benötigt. Eine isolche könnte elektrischer, pneumatischer, hydraulischer oder auch mechanischer Art sein.

Die US-PS 2775982 7.eigt ein elektrisch fernsteuerbares Servoventil, jedoch erschweren die hohen hydi aulischen Drücke die Konstruktion solcher Servoventile.

Die US-PS 3160174 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 wirtschaft-Iichsten, wenn die Stellkraft ohne weiteres von der Bedienungsperson aufgebracht werden «cann und der durch die Maschine tührende 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 Hauptanspruchskennzeicnen angegebenen Merkmale gelost.

Hierbei wird also eine veiTiegelbar..' Nachführeinrichtung benutzt, welche die Ungenauigkeitsn 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 unterschiedlich großen Wirkflächen, also Differentialkolben, auf. Durch Verstellung des Steuerschiebers weHen 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

1601 701) 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 12289431 ist es bekannt, einen mechanischen Hebel als Steu«_.nandhabe eines Pilzventils 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 Servoventil mit einer Variante wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Servoventil,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Servoventil von Fig. 1 '5 mit einem Teilschnitt durch die Ebene 2-2 in Fig. 1,

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

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

Fig. 5 einender 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 Ableitkanäie „or 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 halo so groß ist wie die rechte Stirnfläche 2ßb. 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 a 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, I dargestellten Neutralstellji.ig gerade die Radialbohrungen 34 sowie die Kanäle 36 absperren. Ferner weist der Steuerschieber 38 eine axiale Innenbohrung 44 zur Verbindung seiner linken Stirnfläche mit dem Hohlraum 22 ο 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 20 b 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 Betätigungswelle 54 ist ein Betätigungshebel 58 befestigt, der wiederum über mechanische Verbindungsglieder wie Seilzug cder Hebelgestänge von der Bedienungsperson in die gewünschte Steuerstell', ig bewegt wird.

Der Schwenkhebel 52 besitzi eineu 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 2δ 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 Zentriermechanisinus 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, :·. 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, werderi 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 be? ufschlagenden Federn wieder in /lie Rastnut 74 bzw. 76 gedrückt werden und somit eine Verriegelung für die Welle 54 und damit für den Steuerschieber 38 bewirken.

Der Stößel 70 unJ damit das gesamte Servoventil werden in ihrer Mittelstellung durch eine Zentriereinrichtung gedrängt, welche aus einer Zentrierfed«r 82 und zugehörigen Käfigen 84, 86 besteht. Der Raum des Gehäuses 60, in dem die Zentrierfeder 82 untergebracht ist, ist über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Tank verbunden und steht über einer Drosselstrecke, bestehend aus dem Spalt zwischen dem Stößel 70 una der Bohrung 68, mit dem Raum 22a 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 Bötätigungskräfte 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 Freigabeventil02(Fig. 2,4),welches in eine Bohrung

94 eingeschraubt und als elektro-magnetisch betätigtes Zwei-Wegeventil 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 Steuerdruckmittel über eine Querbohrung 95 zu dem Kanal 96, uci mit uci Rästiuu 74 iiZw. 7ö Und däiTiii iTiii dcii Innenseiten der jeweils eingerückten Rastkugeln 78 in Verbindung steht. Normalerweise, wenn nämlich das Freigabeventil 92 geschlossen ist, liegt an den Kugeln 78 der im Hohlraum 22α herrschende Druck an, der gleich dem Druck auf der großen Stirnfläche 2Qb des Differentialkolbens 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 Zentierfeder 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 Steuer-Druckmittelquelle direkt in den Kanal 96 gelangen kann, um die Rasteinrichtung

freizugeben.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Servoventils ist folgende: Der Steuerdruck gelangt über den Druckanschluß 64 und die Kanäle 66 in die Bohrung 26 und Wirkt damit auf die linke Stirnfläche 20a des Differentialkolbens 20 ein. Der Druck im Raum 22a hängt von der Stellung des Steuerschiebers 38 ab. Die rechte große Stirnfläche 20 b des Differentialkolbens 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. 1 nach rechts gedrückt wird. Der Schieberkolben 12 folgt also der Verschiebung des Steuerschiebers 38, bis dieser seine rechte, durch die Rastnut 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 άζτ Steuerschieber 38 über den Schwenkhebel 52 nach links (in Fig. 1) verschoben wird. Der Bund 42 gibt dabei die radialen Kanäle 36 frei, während der Bund 40 die Radialbohrungen 34 schließt. Aus der zylindrischen Bohrung 26 gelangt Druckmitte! in den Hohlraum 22 α des Gehäusedekkels 22, so daß die Kraft auf der großen Stirnfläche 20fc des Differentialkolbens 20 überwiegt und der Schicberkolben nach links wandert. Dieser Vorgang dauert se lange an, wie der Steuerschieber 38 nach links verschoben wird. Wird der Steuerschieber 38 angehalten, weil die Rastnut 74 wirksam wird, so gelangen die radialen Kanäle 36 auf den Bund 42 und werden verschlossen, womit das Steuerdruckmittel nicht mehr in den Raum 22a strömen kann. Der Schieberkolben 12 gibt jetzt in dieser anderen Stellung andere (nicht dargestellte) Druckmittelkanäle für das Druckmittel frei als in der vorhergehenden Stellung.

Es ist somit ersichtlich, daß zur Umschaltung des Servoventils lediglich eine gerichtete Verstellung des Betätigungshebels 58 bzw. Drehung der Betätigungswelle 54 benötigt wird, daß jedoch das genaue Maß

■to der Verstellung bzw. der Drehwinkel von den Rastnuten 74,76 bestimmt wird. Das Servoventil ist also unempfindlich gegen die Ungenauigkeiten der mechanischen Verbindungsglieder zur Fernbetätigung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

b) Patentansprüche:

1. Indirekt steuerbares Servoventil mit einem Wegeventil a!s 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 Dmckmittelflusses zu und von einer Arbeitsvorrichtung zusammenarbeiten, und mit einem im Schieberkolbein angeordneten Steuerschieber, der das aktive Glied einer Nachlaufsteuerung für den Schieberkolbem bildet, welcher gegeneinander wirkende Beaufschlagungsflächen für das über den Steuerschiieber schaltbare Steuerdruckmittel zur Verstellung des Schieberkolbens aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Beaiifschlagungsflächen am Schieberkolben (12), der in seiner Neutraisieiiung von einer Feder (18) zentriert ist, sind die Stirnflächen (20a, 20b) eines an einem Ende des Schieberkolbens angebrachten Differentialkolbens (20), dessen kleinere Stirnfläche (20a) ständig vom Steuer/iruckmittel beaufschlagt ist;

der im Sichieberkolben (12) angeordnete Steuerschieber (38) ist über einen an ihm angreifenden zweiarmigen, mit einer Betätigungswc's (54) verbundenen Schwenkhebe! (52) von Hand üher mechanische Verbindungsglieder fernbedienbar, derart, daß das der Angriffsfläche am Steuerschieber (38) abgewandte Ende (72) des Schwenkhebels (52) mit eiiner 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 Zen-Irierfeder (82) iiufweist, 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 Rasteinrichtunf! 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) lufzunehmenden Raum (22a) führt.