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Steuereinrichtung Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit
einer doppelt wirkenden, gleiche Kolbengeschwindigkeiten in beiden Bewegungsrichtungen
ermöglichenden Zylinderkolbeneinheit und mit einem Umschaltventil, in dessen Steuerbohrung
ein Steuerschieber bewegbar ist und das einen Eingang und einen Ausgang zur Zu-
bzw. Abfuhr eines Arbeitsmittels und zwei mit den Anschlüssen der Zylinderkolbeneinheit
verbundene Anschlußstutzen aufweist. Derartige
Steuereinrichtungen
werden als hydraulische Lenkungen bei Landmaschinen, wie Traktoren, Mähdreschern,
Rübenvollerntemaschinen und dergl. eingesetzt.
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Bei bekannten Steuereinrichtungen dieser Art weist die Zylinderkolbeneinheit
eine-durchgehende Kolbenstange auf.
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Um in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens der Zylinderkolbeneinheit
die gleiche Kolbengeschwindigkeit zu erreichen, ist die wirksame Kolbenfläche auf
beiden Seiten des Kolbens gleich groß. Aufgrund der durchgehenden Kolbenstange wird
jedoch in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens ein großer Bewegungsraum für die
Kolbenstange benötigt und es sind zwei abgedichtete Kolbenstangen-Durchführungen
erforderlich, so daß die bekannte Zylinderkolbeneinheit zur Ermöglichung gleicher
Kolbengeschwindigkeiten in beiden Bewegungsrichtungen aufwendig und teuer in der
Herstellung ist. Darüberhinaus müssen in beiden Bewegungsrichtungen gleich große
Arbeitsmittelmengen durchgesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die
einfach und billig in der
Herstellung ist und darüberhinaus die Verwendung einer einfach aufgebauten Zylinderkolbeneinheit
ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Kolbenflächen
des Kolbens der Zylinderkolbeneinheit sich wie 2:1 verhalten und die Kolbenstange
am Kolben einseitig angreift, in einer Stellung des Steuerschiebers der zum Zylinderraum
mit der kleineren Kolbenfläche führende Anschlußstutzen mit dem Eingang und der
andere Anschlußstutzen mit dem Ausgang verbunden ist, in einer anderen Stellung
des Steuerschiebers beide Anschlußstutzen untereinander und mit dem Eingang verbunden
sind und der Ausgang geschlossen ist und in einer Zwischenstellung des Steuerschiebers
beide Anschlußstutzen verschlossen sind und der Eingang unmittelbar mit dem Ausgang
verbunden ist. Dadurch läßt sich ein Gleichlauf des Kolbens der Zylinderkolbeneinheit
in beiden Bewegungsrichtungen ausführen, wobei die Kolbenstange nur einen einseitigen
Bewegungsraum benötigt. Weiterhin ist nur eine abzudichtende Kolbenstangen-Durchführung
erforderlich und es werden nur in einer Bewegungsrichtung große Ar beismittelmengen,aus
einem Zylinderraum abgeführt, in
der anderen Bewegungsrichtung wird
das Arbeitsmittel aus dem einen Zylinderraum in den anderen Zylinderraum verdrängt,
wobei die Förderleistung einer das Arbeitsmittel zuführenden Pumpe vom Zylinderraum
mit der klelneren Kolbenfläche bestimmt wird. Darüberhinaus ist auch das Umschaltventil
einfach und billig in der Herstellung, es sind nur wenige Bohrungen innerhalb des
Umschaltventiles zu dessen Funktion in den drei Stellungen erforderlich. Das Kolbenflächenverhältnis
wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß die QuerschnittsSläche
der KQlbenstange die Hälfte der Kolbenfläche auf der anderen Seite des Kolbens beträgt.
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In einer Ausführungsrorm der Erfindung weist der Steuerschieber vier
Dichtkolben auf, von denen einer mit einer Leitung versehen ist, welche die beiden
an die Stirnseiten dieses Dichtkolbens anschließenden Räume der Steuerbohrung miteinander
verbindet. Dadurch werden weitere Dichtkolben und weitere Bohrungen innerhalb des
Umschaltventiles eingespart. Die Steuerbohrung weist fünf Ringräume auf, von denen
einer mit dem Ausgang, zwei mit jeweils einem Anschlußstutzen und zwei mit dem Eingang
verbunden sind. Dabei liegt der Ringraum, welcher mit dem zum Zylinderraum mit der
kleinen Kolbenfläche führenden Anschlußstutzen verbunden ist, zwischen den zum Eingang
führenden Ringräumen und der mit dem anderen Anschlußstutzen
verbundene
Ringraum liegt zwischen einem mit dem Eingang und dem mit dem Ausgang in Verbindung
stehenden Ringraum. Die beiden äußeren Dichtkolben dienen der Abdichtung der Steuerbohrung
nach außen und der Steuerung des Durchflusses durch einen Teil der Ringräume. Der
die Leitung aufweisende Dichtkolben ist breiter als der Dichtraum, der zum Zylinderraum
mit der großen Kolbenfläche führt.
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Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung ist in der einen Stellung des
Steuerschiebers der Eingang über den Ringraum, der zwischen den mit den Anschlußstutzen
in Verbindung stehenden Ringräumen liegt, mit dem Zylinderraum mit der kleinen Kolbenfläche
verbunden, der zweite zum Eingang führende Ringraum ist verschlossen und der Zylinderraum
mit der großen Kolbenfläche ist über den zugehörigen Ringraum und die Leitung im
Steuerschieber mit dem Ausgang verbunden. In der anderen Stellung ist der rait dem
Ausgang verbundene Ringraum von einem Dichtkolben verschlossen und die übrigen Ringräume
und die beiden Anschlußstutzen sind untereinander mit dem Eingang verbunden, wobei
die Leitung den Durchfluß zwischen zwei benachbarten Ringräumen freigibt. In'der
Zwischenstellung sind die mit den Anschlußstutzen verbundenen Ringräume und einer
der mit dem Eingang verbundenen Ringräume durch die Dichtkolben verschlossen und
der zum Ausgang führende
Ringraum ist mit dem nächstliegenden zum
Eingang führenden Ringraum über die Leitung verbunden. Am Steuerschieber ist ein
Elektromagnet angeordnet, der zur Einstellung der drei Schaltstellungen dient.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der eichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles einer Steuereinrichtung näher erläutert. Die Figuren 1 bis
3 zeigen die Steuereinrichtung in ihren drei Stellungen.
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Eine als hydraulische Lenkung verwendbare Steuereinrichtung besteht
aus einer doppelt wirkenden Zylinderkolbeneinheit 1 und einem Umschaltventil 2,
in dessen Ventilkörper 3 ein Steuerschieber 4 innerhalb einer Steuerbohrung 5 durch
einen nicht dargestellten Elektromagneten bewegbar ist.
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Die Zylinderkolbeneinheit 1 ist aus einem Zylinder 6 und einem innerhalb
des Zylinders 6 bewegbaren Kolben 7 mit einer Kolbenstange 8 gebildet. Anschlüsse
9 und 10 münden in die Zylinderräume 11 bzw. 12, in denen sich die Kolbenflächen
wie 2:1 verhalten. Dieses Kolbenflächenverhältnis ist dadurch erreicht, daß die
Querschnittsfläche der Kolbenstange 8, die nur einseitig am Kolben 7 angreift, die
Hälfte der Kolbenfläche auf der anderen Seite des Kolbens 7, d.h. im Zylinderraum
11, beträgt. Der Kolben 7 und die Kolbeange 8 sind in bekannter Weise
gegenüber
dem Zylinder 6 abgedichtet. An der Kolbenstange 8 greift ein nicht dargestelltes
Bauteil der Lenkung an.
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Die Steuerbohrung 5 im Ventilkörper 3 weist fünf Ringräume 13 bis
17 auf, der Ringraum 13 führt zu einem Ausgang 18, über den das- Arbeitsmittel zu
einen Tank 19 abfließen kann, der Ringraum 14 führt zu einem Anschlußstutzen 20,
der mit dem Anschluß 9 der Zylinderkolbeneinheit 1 über eine Leitung verbunden ist,
die Ringräume 15 und 17 stehen mit einem Eingang 21 in Verbindung, in den über eine
nicht dargestellte Pumpe ein Arbeitsmittel eingespeist wird, und der Ringraum 16
führt zu einem Anschlußstutzen 22, der über eine Leitung mit dem Anschluß 10 der
Zylinderkolbeneinheit 1 verbunden ist. Zwischen jeweils zwei Ringräumen 13,14; 14,15;
15,16; 16,17 und beidseits der Ringräume 13 und 17 bildet die Steuerbohrung 5 Dichtflächen
23 für Dichtkolben 24 bis 27 des Steuerschiebers 4. Der Dichtkolben 25 ist mit einer
Leitung 28 versehen, welche die beiden an die Stirnseiten des Dichtkolbens 25 anschließenden
Ringräume der Steuerbohrung 5 miteinander verbindet. Die Leitung 28 ist durch zwei
Radialbohrungen 29 und eine Axialbohrung 30 gebildet, die sich durch den Steuerschieber
4 erstreckt und im nicht für die Leitung 28 benötigen Bereich in nicht dargestellter
Weise wieder verschlossen ist. Im Bereich der Radialbohrungen 29 und zwischen den
Dichtkolben
26 und 27 weist der Steuerschieber 4 einen geringeren Querschnitt auf als im Bereich
der Dichtkolben 24 bis 27. Von diesen dichten die Dichtkolben 24 und 27 die Steuerbohrung
5 nach außen hin ab. Der Dichtkolben 25, der die Leitung 28 aufweist, ist breiter
als der Ringraum 14, der zum Zylinderraum 11 mit der großen Kolbenfläche führt.
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Die Funktion der Steuereinrichtung, deren doppelt wirkende Zylinderkolbeneinheit
gleiche Geschwindigkeiten des Kolbens 7 in beiden Bewegungsrichtungen ermöglicht,
ist folgende: In der in der Fig. 1 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 4
ist der Eingang 21 über den Ringraum 15, der zwischen den mit den Anschlußstutzen
20,22 in Verbindung stehenden Ringräumen 14 bzw. 16 liegt, mit dem Zylinderraum
12 mit der kleinen Kolbenfläche verbunden.
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Der zweite zum Eingang führende Ringraum 17 ist verschlossen und der
Zylinderraum 11 mit der großen Kolbenfläche ist über den zugehörigen Ringraum 14
und die Leitung 28 im Steuerschieber 4 mit dem Ausgang 18, der zum Tank 19 führt,
verbunden. In dieser Stellung erfolgt eine Bewegung des Kolbens 7 der Zylinderkolbeneinheit
1 in Richtung des Pfeiles 31, wodurch das im Zylinderraum 11 befindliche Arbeitsmittel
in den Tank 19 eingeführt wird.
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Durch eine Betätigung des nicht dargestellten Elektromagneten wird
der Steuerschieber 4 in die in der Fig. 2 dargestellte Zwischenstellung verschoben.
In dieser sind die mit den Anschlußstutzen 20 und 22 verbundenen Ringräume 14 bzw.
16 und der mit dem Eingang 21 verbundene Ringraum 17 durch die Dichtkolben 25,26
und 27 verschlossen und der zum Ausgang 18 führende Ringraum 13 ist mit dem nächstliegenden
zum Eingang 21 führenden Ringraum 15 über die Leitung 28 verbunden. Somit wird der
Kolben 7 der Zylinderkolbeneinheit 1 in der eingestellten Lage gehalten, eine Verschiebung
des Kolbens 7 ist nicht möglich, da das Arbeitsmittel aus keinem der Zylinderräume
11 und 12 verdrängt werden kann.
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Durch weiteres Betätigen des nicht dargestellten Elektromagneten kann
die in der Fig. 3 dargestellte Stellung erreicht werden. In dieser ist der mit dem
Ausgang 18 verbundene Ringraum 13 vom Dichtkolben 24 verschlossen und die übrigen
Ringräume 14 bis 17 und die beiden Anschlußstutzen 20 und 22 sind untereinander
und mit dem Eingang 21 verbunden, wobei die Leitung 28 den Durchfluß des Arbeitsmittels
zwischen den benachbarten Ringräumen 14 und 15 freigibt. In dieser Stellung wird
der Kolben 7 der Zylinderkolbeneinheit 1 in der durch den Pfeil 32 bestiinmten Richtung
bewegt. Die Bewegung erfolgt mit der gleichen Geschwindigkeit, wie auch die Bewegung
in Richtung
des Pfeiles 31. In beiden Zylinderräumen 11 und 12
stellt sich das gleiche Druckniveau ein, aufgrund des Flächenverhältnisses von 2:1
der Kolbenflächen in den Zylinderräumen 11 und 12 resultiert eine größere Kraft
im Zylinderraum 11, die den Kolben 8 in Richtung des Pfeiles 32 bewegt. Dabei wird
das aus dem Zylinderraum 12 verdrängte Arbeitsmittel dem Zylinderraum 11 zugeführt,
so daß in den Zylinderraum 11 doppelt so viel Arbeitsmittel zugeführt wird wie in
den Zylinderraum 12 in der in der Fig. 1 dargestellten Stellung. Aufgrund des Flächenverhältnisses
2:1 der Kolbenflächen in den Zylinderräumen 11 bzw. 12 resultiert die gleiche Geschwindigkeit
in Richtung des Pfeiles 32, die auch in Richtung des -Pfeiles 31 vorhanden ist.