DE2163153A1

DE2163153A1 - Wahlweise betätigbares druckgesteuertes Ventil

Info

Publication number: DE2163153A1
Application number: DE19712163153
Authority: DE
Inventors: Leo Troy Mich. Bauer (V.StA.). P
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-01-06
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1972-07-20
Also published as: SE371476B; FR2121591A1; US3696836A; IT945239B; DE2163153B2; CA936068A; DE2163153C3; JPS5338377B1; FR2121591B1; GB1362664A

Description

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SPERRY RAND CORPORATION

Wahlweise betätigbares druckgesteuertes Ventil

Die Erfindung betrifft ein wahlweise betätigbares druckgesteuertes Ventil für eine reversible hydraulische Übertragung mit veränderlicher Geschwindigkeit.

Viele Vorrichtungen, die durch reversible hydraulische Übertragungen mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben sind, werden in vorteilhafter Weise eher durch Auswahl des Wertes des Drehmoments gesteuert, welches an die Last anzulegen ist, als durch Auswahl des Wertes der Geschwindigkeit. Typische Vorrichtungen dieser Art sind Löffelbagger oder Krane, die einen Drehantrieb zum Drehen der Vorrichtung als Ganzes um eine vertikale Achse besitzen. Eine solche Vorrichtung erfordert es, daß die Bedienungsperson in der Lage ist, entweder beschleunigende oder verzögernde Drehmomente in Jeder Richtung und in jedem gewünschten Wert anwenden kann, und zwar einschließlich des Wertes Null, bei dem es der Einheit frei möglich ist, entweder auszurollen bzw. im Freilauf zu fahren oder stationär zu bleiben. Im Idealfall muß eine derartige Steuerung unabhängig davon

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■ wirksam sein, ob die Last eine Eingangskraft zu deren Antrieb benötigt, oder ob die Last infolge von Trägheits- oder Gravitationskräften Energie liefert, die von dem Antrieb aufzunehmen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Steuerventil für reversible hydraulische Übertragungen mit veränderlicher Geschwindigkeit zu schaffen, welches es gestattet, den Wert des Drehmoments, das durch die Übertragung auf die Last zur Einwirkung gelangt, wahlweise in jedem gewünschten Wert und in jeder Richtung einzustellen.

Das durch die Erfindung geschaffene Ventil soll einen einfachen und zuverlässig arbeitenden Aufbau besitzen, der mit niedrigen Gestehungskosten hergestellt werden kann und mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Ventil dadurch gelöst, daß das Ventil für die durch einen hydraulischen Servomotor von voller Vorwärtsgeschwindigkeit bzw. -leistung bis zu voller Rückwärtsgeschwindigkeit bzw. -leistung steuerbare hydraulische Übertragung einen Grundkörper mit Einlaß-, Auslaß- und Motordurchlässen aufweist, die mit einer Ventilbohrung verbunden sind, an deren entgegengesetzten Enden Federkammern vorgesehen sind und in welcher zwei konzentrisch ineinandergefügte Ventilschieber angeordnet sind, die in der Ventilbohrung und relativ zueinander zur Steuerung der Strö-

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mung zwischen den Durchlässen im Grundkörper verschiebbar sind, wobei gegeneinander wirkende Federeinrichtungen vorgesehen sind, die der Verschiebung eines Ventilschiebers aus einer Mittelstellung in jeder Richtung entgegenwirken, und eine auf Druck ansprechende Vorrichtung zur Verschiebung des einen Ventilschiebers entgegen jeder der Federn vorhanden ist, sowie eine wahlweise betätigbare Vorrichtung zum Verschieben des anderen Ventilschiebers, um jede gewünschte neutrale Stellung auf jeder Seite der Mittelstellung, welche durch die Federn allein hergestellt wird, einzustellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in den Figuren 1 bis 6 der Zeichnung im Prinzip dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils;

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine reversible Pumpe mit variabler Verdrängung, welche das Ventil nach Figur 1 umfaßt;

Fig. 3 eine Endansicht der Pumpe nach Figur 2; Fig. 4- eine Seitenansicht der Pumpe nach Figur 2;

Fig. 5 ein hydraulisches Kreislaufbild zur Veranschaulichung eines Übertragungssystems, welches die vorliegende

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Erfindung umfaßt; und

Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht gemäß der Linie 6-6 in Figur 4.

Es wird zunächst auf Figur 5 Bezug genommen, in welcher das schematische Kreislaufschema einer typischen hydraulischen Übertragung gezeigt ist, die unter Anwendung der vorliegenden Erfindung arbeitet. Im einzelnen umfaßt diese Einrichtung eine reversible Pumpe 10 mit variabler Verdrängung, welche durch Hauptleitungen 12 und 14 mit einem Strömungsmittelmotor 16 fester Verdrängung verbunden ist. Die Verdrängung der Pumpe 10 kann mittels eines Servomotorsystems verändert werden, welches mit unterschiedlichen Flächen arbeitet, indem es eine Kolben-Zylinderanordnung 18 mit kleiner Kolbenfläche und eine Kolben-Zylinderanordnung 20 mit großer Kolbenfläche umfaßt, wobei sich beide Flächen durch ein Verhältnis von 2 : 1 unterscheiden. Das vorliegende System umfaßt vorzugsweise übliche Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise ein Reservoir 22 mit dem das Gehäuse der Pumpe 10 verbunden sein kann und von welchem eine Lade- und Steuerdruckpumpe Strömungsmittel abzieht, um es durch die Leitungen 26, 28 und 30 an die Nachfüll-Rückschlagventile 32 bzw. 34 weiterzugeben, die in die Leitungen 14 und 12 einspeisen. Eine gegen Überlastungen wirkende Entlastung kann mittels eines üblichen hin- und herbewegbaren Ventils 36 erreicht werden, das mit einem auf einen maximalen Druck ansprechenden Rückflußventil 38 verbunden ist, welches seinerseits durch die

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Leitungen 40 und 42 zum Gehäuse der Pumpe 10 und zum Sumpf bzw. Reservoir 22 entlastet. Ein auf niedrigen Druck ansprechendes Rückflußventil 44 begrenzt den maximalen Lade- und Steuerdruck. Rückschlagventile 46 und 48 führen Strömungsmittel von jeder der Hauptleitungen 12 oder 14 zu einer Steuerströmungsmittelversorgungsleitung 50, die ein Druckreduzierventil 52 enthält und Strömungsmittel durch die Leitungen 54- und 56 zu der Zylinder-Kolbenanordnung 18 und durch die Leitung 58 zu einem Servosteuerventil 60 führt, welches die Zu- oder Abfuhr von Strömungsmittel zu oder von der Zylinder-Kolbenanordnung 20 über die Leitung 61 steuert. Eine Auslaßleitung 62 führt von dem Servosteuerventil 60 zum Gehäuse der Pumpe 10 und zum Reservoir 22. Abgesehen von dem neuartigen Aufbau des Ventils 60 ist vorstehend eine typische hydraulische Kraftübertragung beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist bei vielen anderen Abwandlungen desselben anwendbar.

Es wird nimmehr auf die Figuren 2, 3 und 4 Bezug genommen, in denen eine typische reversible Pumpe 10 mit variabler Verdrängung dargestellt ist; diese Pumpe kann von irgendeiner geeigneten Art sein, bei welcher ein hydraulischer Servomotor zur Steuerung der Richtung und des Betrages der Verdrängung der Pumpe vorgesehen ist. Die genutete bzw. kerbverzahnte Antriebswelle ist bei 64 dargestellt. Das Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise als Einheit auf der Seite des Gehäuses der Pumpe 10 angebracht, wie bei 60 veranschaulicht ist. Die Hauptübertragungsleitungen

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stellen eine Verbindung mit der Pumpe her, wie bei 12 und angedeutet ist, und von diesen Leitungen führen Abzweigungsleitungen 66 und 68 zu entgegengesetzten Enden der Ventilanordnung bzw. des Ventils 60,

Es wird nunmehr auf Figur 1 Bezug genommen, in welcher der innere Aufbau des Ventils 60 veranschaulicht ist. Das Ventil 60 umfaßt einen Haupt- bzw. Grundkörper 70, der an der Pumpe

) 10 an einem abgestuften zylindrischen Vorsprung 72 angebracht werden kann, durch welchen der Innenaufbau des Ventils 60 mit dem Inneren des Gehäuses der Pumpe 10 über Durchgänge 74· verbunden sein kann. Es sei darauf hingewiesen, daß das Ventil natürlich auch unabhängig befestigt und mit der Pumpe sowie dem Rest des hydraulischen Systems durch geeignete externe Leitungen verbunden werden könnte. Die Durchgänge 74- dienen als Auslässe für den Grundkörper 70, der auch einen Einlaß bei 76 und einen Motordurchlaß bei 78 besitzt. Diese Durch-

^ lasse sind mit den Leitungen 58 bzw. 61 der Figur 5 durch nichtdargestellte Bohrungen im Vorsprung 72 und im Gehäuse der Pumpe 10 verbunden.

Der Grundkörper 70 weist eine longitudinale Ventilbohrung 80 auf, die an jedem Ende eine erweiterte ffederkammer 82 und 84 besitzt. Verschiebbar in der Ventilbohrung 80 ist ein hohler Ventilschieber 86, der radiale Durchlässe 88 und 90 besitzt, die in allen Stellungen des Ventilschiebers 86 mit dem Einlaß 76 bzw. dem Motordurchlaß 78 verbunden sind. Radiale

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Durchlässe 91 dienen als Auslässe. Der Ventilschieber 86 besitzt eine Nut 92 an dessen rechtem Ende, und der Grundkörper 60 trägt ein oberes Teil 94, das als Schaft bzw. Welle ausgebildet ist und einen exzentrischen Stift 96 aufweist, welcher in die Nut 92 eingreifen kann. Am anderen Ende des Teils 94· ist ein Betätigungsarm 98 vorgesehen, der zwischen einstellbaren Anschlägen 100 (Figur 4) schwingen bzw. verschwenkt werden kann, wobei diese Anschläge an herausragenden Vorsprüngen 102 vorgesehen sind. Wenn daher ein Betätigungshebel mit dem Arm 98 verbunden wird, können das als Welle bzw. Schaft ausgebildete Teil 94 und der exzentrische Stift 96 verschwenkt werden, um den Ventilschieber 86 in jede gewünschte Stellung heraus aus seiner in Figur 1 dargestellten Mittelstellung zu verschieben.

Innerhalb der Innenbohrung des Ventilschiebers 86 ist ein zweiter Ventilschieber 104 verschiebbar, der geeignete Stege und Nuter für die wahlweise Verbindung des Motordurchlasses 90 mit jedem der Druckdurchlässe 88 oder dem Auslaß 91 im Ventilschieber 86 besitzt. Der Ventilschieber 104 ist so angeordnet, daß er auf Druckänderungen in den Hauptleitungen der Übertragung anspricht. Zu diesem Zweck ist der Grundkörper mit Endkappen 106 und 108 versehen, die Steuerleitungen 66 und 68 aufnehmen und kleine Kolben 110 und 112 enthalten, welche an den Enden des VentilSchiebers 104 anliegen. Außerdem liegen an den Enden des VentilSchiebers 104 zwei zur Befestigung von Federn dienende Bauteile 114 und 116 an, an

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denen wiederum Federn 118 und 120 anliegen· Diese Federn sind relativ leicht und bilden die einzigen Vorrichtungen, welche dem Strömungsmitteldruck auf die Kolben während der ersten Stufe der Verschiebung aus der Mittellage entgegenwirken. Daher ist die Rate bzw· Geschwindigkeit des Druckaufbaues bezüglich der anfänglichen Verschiebung des Ventilschiebers 104 eine niedrige, welche von der Fläche der Kolben 110, 112 und der Federkonstanten der Federn 118 und 120 bestimmt wird. | Zwei weitere Federn 122 und 124·, die eine viel größere Federkonstante besitzen, sind auch innerhalb der Federkammern angebracht, jedoch berühren diese die Bauteile 114 und 116 während der anfänglichen Verschiebebewegung des Ventilschiebers 104 aus seiner Mittelstellung nicht. Geeignete Bauteile 126 und 128 dienen zum Halten der schweren Federn in deren Lage und können, sofern es erwünscht ist, eine kleine Vorbelastung auf diese Federn ausüben.

Wie in Figur 6 veranschaulicht ist, kann das Druckreduzierventil 52 einen durch Steuerung betätigten Ventilschieber 130 umfassen, der in einer Bohrung 132 verschiebbar und so angeordnet ist, daß er die Strömung zwischen einem mit der Leitung 50 der Figur 5 in Verbindung stehenden Einlaß 134 und einem mit der Leitung 54 in Verbindung stehenden Auslaß 136 steuert. .Ein mit einer Feder belastetes Steuerventil 138 spricht auf den Auslaßdruck bei 136 durch die verengte innere Bohrung im Ventilschieber 130 und einen Durchlaß 140 an· Wenn der Auslaßdruck über einen vorbestimmten Wert anwächst, dann öffnet das Steuerventil 138 und leert die Kammer am oberen Ende der

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Bohrung 132 in den Auslaß 142, so daß sich der Ventilschieber 130 heben kann.

Wenn im Betrieb der Steuer- bzw. Betätigungsarm 98 in der Mitte liegt und keine Last auf den Motor 16 einwirkt, führt die Lade- und Steuerdruckpumpe 24 Strömungsmittel zu, und zwar durch die Leitung 26 und durch irgendwelche zwei der Rückschlagventile 32, 34, 46 und 48 in die Leitung 50 und zum Reduzierventil Das überschüssige Volumen von der Lade- und Steuerdruckpumpe geht über das Rückflußventil 44 und die Leitung 42 in das Reservoir 22. Dieser Druck wirkt über die Leitungen 5^ und auf den Kolben der Zylinder-Kolbenanordnung 18 mit kleiner Fläche, welche zum Servomotorsystem der Pumpe 10 gehört, und wird durch die Leitung 58 weitergegeben, damit er am Einlaß 76 des Ventils 60 verfügbar ist. Dieses Ventil hat, bevor es seine neutrale Stellung erreicht, dem Kolben der Zylinder-Kolbenanordnung 20 mit großer Fläche über die Leitung 61 Druck zugeführt, und zwar mit einem Betrag, der die Hälfte desjenigen Druckes ist, welcher auf den Kolben der Zylinder-Kolbenanordnung 18 mit kleiner Fläche einwirkt, so daß der Servomotor der Pumpe 10 stationär ist· Das kann bei jeder Verdrängungslage auftreten, sowohl vorwärts als auch rückwärts, und der Motor 16 fährt fort, mit der Last zu drehen, ohne diese anzutreiben oder zu bremsen. Alternativ kann der Motor 16 natürlich gestoppt bleiben, wenn das Ventil 60 in seiner neutralen Lage angekommen ist und'sich der Servomotor der Pumpe 10 ebenfalls in seiner neutralen Lage befindet.

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Wenn es erwünscht ist, ein Drehmoment auf die Last zur Einwirkung zu bringen, beispielsweise im Uhrzeigersinn, dann kann der Steuer- bzw. Betätigungsarm 98 verschoben bzw. verdreht werden, so daß der äußere Ventilschieber 86 durch die Einwirkung des Stifts 96 verschoben wird, und zwar beispielsweise nach links in Figur 1. Dadurch wird der Durchlaß 90 zum Durchlaß 88 geöffnet, wodurch unter Druck stehendes Strömungsmittel in die Leitung 61 und zum Kolben der Zylinder-Kolbenanordnung 20 mit großer Fläche eingelassen wird. Wenn diese Wirkung ausgehend von der in Figur 5 veranschaulichten Stellung hervorgerufen wird, führt das zur Reduzierung der Verdrängung der Pumpe 10, so daß eine Bremskraft auf den Motor 16 und die Last ausgeübt wird und der Druck in der Hauptleitung 12 und im Steuerzweig 68 ansteigt. Das wirkt zurück auf den Kolben 112, welcher den Ventilschieber 104· gegen die Kraft der Feder 118 und eventuell auch gegen die Kraft der Feder 122 verschiebt. Diese Bewegung endet, wenn der Ventilschieber 104 eine neutrale Stellung relativ zur neuen Stellung des äußeren Ventilschiebers 86 erreicht. Veränderungen in der Lastreaktion, die auf den Motor 16 einwirken, rufen Veränderungen im Druck in der Leitung 12 hervor, und diese wirkt über den Steuerzweig 68 derart, daß der Ventilschieber 104 je nach Erfordernis nach rechts oder links verschoben wird und daß auf diese Weise der die Verdrängung regulierende Servomotor der Pumpe 10 in die jeweils erforderliche Lage verschoben wird, die notwendig ist, um das gleiche Druckniveau in der Hauptleitung 12 aufrecht-

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zuerhalten. Das kann entweder eine Geschwindigkeitsvergrößerung oder eine Verlangsamung oder sogar eine Umkehr bedeuten.

Zur Anwendung des Drehmoments auf die Last in der entgegengesetzten Richtung wird der Ventilschieber 86 nach rechts von der Mittelstellung verschoben, und in der gleichen bzw. entsprechenden Weise wird ein Druckaufbau in der Hauptleitung 14 hervorgerufen und in dem Wert aufrecht erhalten, der vom Betrage der Verschiebung bzw. Versetzung des Ventilschiebers 86 aus dessen Mittelstellung bestimmt ist. Da der Ventilschieber 86 klein und leicht und mechanisch unabhängig vom Druckfeststeil- bzw. -nachweismechanismus ist, ist nur eine leichte Kraft erforderlich, um den Ventilschieber zu verschieben, und daher kann er alternativ durch eine sehr geringe manuelle Kraft oder selbst durch elektrische oder andere Umwandlungsvorrichtungen, Umformer, Umsetzungsgeräte, Wandler ο.dgl. betätigt werden.

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Claims

Patentansprüche

Wahlweise betätigbares druckgesteuertes Ventil für eine reversible hydraulische Übertragung mit veränderlicher

* Geschwindigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil(60) für die durch einen hydraulischen Servomotor von voller Vorwärtsgeschwindigkeit bzw· -leistung bis zu voller Rückwärtsgeschwindigkeit bzw. -leistung steuerbare hydraulische Übertragung einen Grundkörper (70) mit Ein-, Aus- und Motordurchlässen (76, 74, 78) aufweist, die mit einer Ventilbohrung (80) verbunden sind, an deren entgegengesetzten Enden Federkammern (82, 84) vorgesehen sind und in welcher zwei konzentrisch ineinandergefügte Ventilschieber (86, 104) angeordnet sind, die in der Ventilbohrung und relativ zueinander zur Steuerung der Strömung zwischen den Durchlässen im Grundkörper verschiebbar sind; wobei gegeneinander wirkende Federeinrichtungen (118, 120, 122, 124·) vorgesehen sind, die der Verschiebung eines Ventilschiebers aus einer Mittelstellung in jeder Richtung entgegenwirken und eine auf Druck ansprechende Vorrichtung zur Verschiebung des einen Ventilschiebers entgegen jeder

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der Federn vorhanden ist, sowie eine wahlweise betätigbare Vorrichtung zum Verschieben des anderen VentilSchiebers, um jede gewünschte neutrale Stellung auf jeder Seite der Mittelstellung, welche durch die Federn allein hergestellt wird, einzustellen.

2. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der äußere der beiden Ventilschieber (86) an einem Ende eine Umfangsnut (92) aufweist und der Grundkörper (70) ein Teil (94-) trägt, welches um eine senkrecht zum Ventilschieber verlaufende Achse schwingen bzw. verschwenkt werden kann und einen exzentrischen Stift (96) besitzt, der mit der Umfangsnut in Eingriff treten kann, um den Ventilschieber zu verschieben.

5. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise betätigbare Vorrichtung das schwingbare Teil (94) umfaßt.

4. Ventil nach Anspruch 1,2 oder 3_t

dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtungen ein erstes Paar leichter Federn (118, 120) umfassen, welche mit dem Ventilsohieber (104) in dessen Mittelstellung in Eingriff sind, sowie ein zweites Paar schwerer Federn (122, 124) von kürzerer

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Länge als der volle Verschiebungsweg des Ventilschiebers, derart, daß die Rate des Druckaufbaues während des ersten Verschiebungsweges bzw. -Vorganges weg von der Mitte niedrig ist, und auf eine größere Rate anwächst, wenn jede bzw· eine der schweren Federn mit dem Ventilschieber in Eingriff tritt bzw. ist.

5. Ventil nach Anspruch 4,
" gekennzeichnet durch

eine Stoppeinrichtung (126, 128), welche die Expansion der schweren Federn (122, 124) auf eine vorbestimmte Expansionsgrenze beschränkt.

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