DE2234313B2 - Ventileinrichtung zur steuerung der druckmittelwege eines hydraulischen servomotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Steuerung der Druckmittelwege eines hydraulischen Servomotors, der entweder ein doppeltwirkender oder ein einfachwirkender Servomotor ist, mit einem handbetätigten Schieber, der zur Freigabe der Druckmittelwege zum und vom Servomotor aufweist, von einer Gehäusebohrung der Venlileinrichtung aufgenommen wird und aus einer den Servomotor hydraulisch blockierenden Neutralstellung axial verstellbar ist, und mit einer Steueröffnung, die in die Gehäusebohrung mündet und über die die Arbeitsdruckmittelmenge in Abhängigkeit von der aus Arbeitsdruck und Pumpendruck gebildeten Differenz mittels eines der Steueröffnung nachgeschalteten Geberventils beeinflußt wird, wobei jeder Beaufschlagungsseite des doppeltwirkenden bzw. der Beaufschlagungsseite des einfachwirkenden Servomotors eine Einlaßöffnung, eine Arbeitsöffnung und eine Auslaßöffnung für das Druckmittel in der angegebenen Reihenfolge zugeordnet ist und wobei diese Reihenfolge im Fall des doppeltwirkenden Servomotors beidseitig der zum Schieber senkrecht verlaufenden Mittelachse der Ventileinrichtung eingehalten ist und die Neutralstellung in der Mitte zwischen den Arbeifssiellungen liegt, wobei die Steueröffnung im Fall des doppeltwirkenden Servomotors, in der Mitte zwischen den Arbeitsstellungen liegt, wobei die Steueröffnung im Fall des doppeltwirkenden Servomotors in der Mitte zwischen den Einlaßöffnungen angeordnet bzw. im Fall des einfachwirkenden Servomotors der Einlaßöffnung auf der der Arbeitsöffnung abgekehrten Seite benachbart ist, mit in der Neutralstellung jeweils über im Schieber vorgesehene Kanäle bestehender Verbindung der Steueröffnung mit der betreffenden Auslaßöffnung, wogegen in Arbeitsstellung diese Verbindung aufgehoben und die Steueröffnung mit der jeweils den Arbeitsdruck führenden Arbeitsöffnung verbunden ist.

Bei einer bekannten Ventileinrichtung (US-PS 35 65 110), von der die Erfindung ausgeht, sind innerhalb des Schiebers zwei Steuerkammern vorg' sehen, in welche in der Arbeitsstellung des Schiebers über entsprechende Steueröffnungen die Einlaßöffnung, die Arbeitsöffnung und die jeweilige Auslaßöffnung münden. Dabei isi jede Steuerkammer mit der Arbeitsöffnung bzw. der Auslaßöffnung über ein Rückschlagventil im Schieber verbunden. Über Quer- und Längsbohrungen, die ein relativ aufwendiges, verzweigtes Kanalsystem bilden und Rückschlagventile steht die jeweilige Steuerkammer in der Neutralstellung des Schiebers mit der Auslaßöffnung und in der Arbeitsstellung des Schiebers mit der Steueröffnung zur Beeinflussung des Geberventils in Verbindung. Diese Ventileinrichtung baut schon deshalb relativ lang, weil das genannte Kanalsystem und die Arbeitsmittelwege im wesentlichen nebeneinander im Schieber angeordnet sind.

Aus der DT-PS 9 08 541 ist eine Ventileinrichtung bekannt, bei der der Schieber insgesamt sechs Steuerbunde aufweist und die Kanäle, über die der Arbeitsdruck zum Geberventil geführt wird, im Ventilgehäuse vorgesehen sind, wobei die beiden in den jeweiligen Stellungen des Schiebers r.iit den Arbeitsöffnungen verbindbaren, den mittleren Steuerbunden benachbarten Ringnuten miteinander verbunden sind und die zum Geberventil führende Verbindung in die Ventilbohrung im Bereich der einen Ringnut mündet. Über eine Längsbohrung im Schieber und einem weiteren Kanal im Ventilgehäuse kann in der Neutralstellung des Schiebers in die genannten Ringnuten über die mittleren Steucrbunde eingetretenes Pumpendruckmittel in den Auslaß geführt werden. Auch dieses Ventil hat wegen der Vielzahl an Bunden und der kompliziert geführten Stcuerkanäle eine relativ große Baulänge.

Darüber hinaus ist es bekannt (DT-PS 11 89 347), bei

einem Steuerschieber die den Steuerdruck rührenden Kanäle entweder im Schieber selbst oder im Gehäuse anzuordnen.

Ausgehend von der Ventileinrichtung der eingangs angegebenen Art liegt der Erfindung die Aufgaoe s zugrunde, eine möglichst kurze Baulänge der Ventileinrichtung zu erzielen und die Herstellung des Schiebeis zu vereinfachen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Übermittlung des Arbeitsdrucks an das Geberventil dienenden Kanäle im Schieber ein U-förmiges Kanalsystem bilden, dessen Schenkel als Radialkanälc in die Steueröffnung und in die Auslaßöffnung bzw. Arbeitsöffnung münden und dessen die Basis bildender Längskanal im Schieber eine die Arbeitsöffnung mit der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung verbindende Ringnut am Schieber überbrückt.

Ein solches Kanalsystem ist natürlich jeder Beaufschlagungsseitc des betreffenden Servomotors angeordnet.

Dadurch erfährt die Bauweise des Schiebers eine . wesentliche Vereinfachung. Die Kanäle bestehen !jeweils nur aus einem Längskanal, der beidseitig in je einen Radialkanal übergeht. Diese Kanäle überbrücken die zur Freigabe der Druckmittelwege zum und vom Servomotor dienende Ringnut im Schieber, so daß in der Neutralstellung des Schiebers die Steueröffnung über die Kanäle mit der Auslaßöffnung verbunden ist und damit Rückschlagventile entfallen können. In der Arbeitsstellung des Schiebers sind dagegen die Kanäle mit der jeweiligen Arbeitsöffnung verbunden und übertragen somit den Druck in der Ringnut in die Steueröffnung. Im Fall des doppeltwirkenden Servomotors sind für den Schieber nur drei Steuerbunde und für den Fall des einfachwirkenden Servomotors zwei .Steuerbunde erforderlich, so daß die Ventileinrichtung kompakter und kürzer ausfällt und wirtschaftlicher hergestellt werden kann.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung geht aus Anspruch 2 hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Ventileinrichtung für einen doppeltwirkenden Servomotor,

F i g. 2 die Ansicht des Schiebers einer Ventileinrichtung für einen einfachwirkenden Servomotor und

Fig.3 die Ansicht, teilweise geschnitten, eines Schiebers für einen doppeltwirkenden Servomotor mit in der Kanalanordnung vorgesehenem Dreiwegeventil.

Eine Pumpe 10 hat eine Steuervorrichtung 15 zur Beeinflussung der Förderleistung. Diese Steuervorrichtung besieht aus einem Hubkolben Ib, einer Feder 17 und einem Gegenhubkolben 18. Das nur schematisch dargestellte Geberventil 12 hat eine neutrale Stellung 20, eine die Förderleistung a^p.r Pumpe vergrößernde Stellung 21, eine die Förderleistung vermindernde Stellung 22, eine der Vergrößerung der Förderleistung dienende Betätigungsvorrichtung 23, eine der Verringerung der Förderleistung dienende Betätigungsvorrichtung 24 und eine Feder 25. Der doppeltwirkende <><> Servomotor 14 hat Motoranschlußöffnungcn 26, 27 und einen Kolben 28.

Das Steuerventil 13 weist ein Ventilgehäuse 10 mit Auslaßöffnungen 31a und 316, die über einen Kanal 33 mit einem gemeinsamen Auslaß 32 verbunden sind, <>·■ sowie Arbeitsöffnungen 34a und 34b auf. Zudem sind Einlaßöffnungen 35a, 356, die über einen Kanal 37 mit einem gemeinsamen Einlaß 36 verbunden sind, sowie eine Steueröffnung 38 und eine Gehäusebohrung 39 vorhanden.

Ein handbetätigter Schieber 42 ist verschiebbar in dei Gehäusebohrung 39 geführt und hat Steuerbunde 43a, 436 und 44, Ringnuten 45a, 456 und eine Steuerkante 46. Das Gehäuse 30 des Steuerventils hat auch eine Steuerkante 40, die den gleichen Zweck wie die Steuerkante 46 des Schiebers 42 erfüllt. Der Schieber 42 hat ein doppeltes U-förmiges Kanalsystem, bestehend aus den Radialkanälen 47a, 476, Längskanälen 48a, 486 und Radialkanälen 49a, 496.

Die Radialkanäle 47a, 476 und 49a, 496 sowie die Steuerkanten 40 oder 46 sind jeweils paarweise an gegenüberliegenden Seiten des Schiebers und der Gehäusebohrung angeordnet, um einen radialen Druckausgleich zu schaffen, d. h., daß die jeweiligen beiden Radialkanäle in dem Schieber um 90° und 270° versetzt angeordnet sind.

In F i g. 1 ist das Steuerventil 13 mit dem Schieber 42 in der neutralen Stellung dargestellt. Die Einlaßöffnungen 35a, 356 haben keine Verbindung zu den Arbeitsöffnungen 34a, 346 sowie zu den Auslaßöffnungen 31a, 316. In einigen Anwendungsfällen ist es jedoch wünschenswert, einen Verbindungsweg zwischen einer Arbeitsöffnung und einer Auslaßöffnung herzustellen, wenn sich der Schieber in der neutralen Stellung befindet. Die Ringnut 456 kann ggf. zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Arbeitsöffnung 24<? und der Auslaßöifnung316verlängert werden.

Befindet sich der Schieber 42 wie dargestellt, in der neutralen Stellung, so ist die Steueröffnung 38 über die Radialkanäle 49a, 496, die Längskanäle 48a, 486 und die Radiaikanäle47a, 476 mit den Auslaßöffnungen 31a, 316 verbunden Auf diese Weise wird der Steuerdruck in der Betätigungsvorrichtung 23 des Geberventils 12 und in der Steuerdruckleitung 52 durch den Druckmittelstrom zum Sumpf 11a über die Leitung 53 abgeschwächt bzw. gedämpft.

Die Abschwächung oder Dämpfung des SteuerJrukkes in der Betätigungsvorrichtung 23 gestattet eine Verschiebung des Geberventils 12 in die die Förderleistung vermindernde Stellung 22 durch die Betätigungsvorrichtung 24, wobei nur die Kraft der Feder 25 gegen die Betätigungsvorrichtung 24 wirkt. Falls die Kraft der Feder 25 bei 7 at in der Betätigungsvorrichtung 24 überwunden wird, dann bewegt ein Pumpendruck von 7 at in der Leitung 54 das Geberventil in die Stellung 22. Druckmittel wird vom Hubkolben 16 über die Leitungen .'55 und 56 sowie den Weg 57 zum Sumpf zurückgeführt. Der Pumpendruck führt über die Leitung 54a zum Gegenhubkolben 18 in dem Maße, daß gerade ein Druck von 7 at in der Leitung 54 und in der Betätigungsvorrichtung 24 aufrechterhalten wird.

Im Bereitschafts/ustand ist die Pumpe 10 so eingestellt, daß ein Druck von 7 al aufrechterhalten wird.

Wenn der Schieber 42 in Fig. 1 nach rechts in seine erste Arbeitsstellung bewegt wird, so wird die Einlaßöffnung 356 mit der Ringnut 456 und über die Arbeitsöffnung 34b mit der Leitung 60 und somit mit der Motoranschlußöffnung 26 verbunden. Es werden ferner die Motoranschlußöffnung 27 und die Arbeitsöffnung 34a über die Ringnut 45a und über die Steuerkante 40 mit der Auslaßöffnung 31a und dem Sumpf 11a verbunden. Dabei wird die Verbindung der Steueröffnung 38 mit den Auslaßöffnungen 31a, 316 unterbrochen, indem der Radialkanal 49a aus der Verbindung mit der Steueröffnung 38 und der Radialkanal 476 aus der

Verbindung mit der Auslaßöffnung 316 gelangt. Die Bewegung des Schiebers 42 nach rechts wirkt auch derart, daß der Arbeitsdruck von der Arbeitsöffnung 346 und der Motoranschlußöffnung 26 zu der die Förderleistung vergrößernden Betätigungsvorrichtung

23 geleitet wird, und zwar durch Verbinden des Radialkanals 47b mit der Arbeitsöffnung 34b. Hierdurch wird ein Druckmittelweg von der Arbeitsöffnung 34b zur Steueröffnung 38 über das Kanalsystem 47b, 4Sb, 49b im Schieber geschaffen.

1st der Schieber 42 nach rechts bewegt und sind die Verbindungen wie angegeben hergestellt, so wird das Geberventil 12 durch die aus Arbeitsdruck und Pumpendruck gebildete, auf die Betätigungsvorrichtungen 23,24 wirkende Differenz gesteuert. Hierbei ist der Arbeitsdruck abhängig vom Druckabfall zwischen der Einlaßöffnung 356 und der Arbeitsöffnung 346. Der volle Pumpendruck wird auf die Betätigungsvorrichtung

24 ausgeübt, während der auf die Betätigungsvorrichtung 23 ausgeübte Druck gleich dem Arbeitsdruck in der Arbeitsöffnung 34b ist.

Der Schieber 42 kann, wie dargestellt, in Zwischenstellungen zwischen der neutralen Stellung und der Arbeitsstellung eingestellt werden, um die Arbeitsdruckmitteldrosselung zwischen der Einlaßöffnung 35b und der Arbeitsöffnung 346 zu steuern. Abhängig von der Arbeitsdruckmitteldrosselung zwischen der Einlaßöffnung 35b und der Arbeitsöffnung 346 spricht das Geberventil 12 auf die Druckdifferenz an, die durch den Strom von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung verursacht wird. Das Geberventil stellt zur Einstellung der Förderleistung der Pumpe 10 jeweils Druckmittelverbindungen zwischen dem Hubkolben 16 und der Leitung 54 oder dem Sumpf 116 her, bis der Druckmittelstrom von der Einlaßöffnung 356 zur Arbeitsöffnung 346 eine Druckdifferenz zur Folge hat, die die Kraft der Feder 25 ausgleicht. Dabei bewegt sich das Geberventil 12 in die neutrale Stellung 20, um eine konstante Förderleistung der Pumpe 10 aufrechtzuerhalten.

Ein zu kleiner Druckabfall zwischen der Einlaßöffnung 356 und der Arbeitsöffnung 346 gestattet der Feder 25, das Geberventil 12 in die Stellung 21 zu bewegen. Druckmittel aus der Leitung 546 beaufschlagt über den Weg 61 und die Leitung 55 den Hubkolben 16. Die Förderleistung der Pumpe 10 und der Druckmittelstrom zur Arbeitsöffnung 346 nehmen ab. Der Druckabfall zwischen der Einlaßöffnung 356 und der Arbeitsöffnung 346 nimmt zu. Die Druckdifferenz, in den Betätigungsvorrichtungen 23 und 24 steigt entspre· chend, und das Geberventil 12 wird in seine neutrale Stellung 20 bewegt.

Ein zu hoher Druckabfall zwischen der Einlaßöffnung 356 und der Arbeitsöffnung 346 ergibt eine Abnahme der Pumpenförderlcistung, weil die Betätigungsvorrichtung 24 das Geberventil 12 in die Stellung 22 bewegen kann. Hierdurch wird der Druck vom Hubkolben 16 über den Weg 57 zum Sumpf 116 entlastet, so daß der Gegcnhubkolbcn 18 den Hubkolben und die Feder 17 überwinden kann.

Wird die auf den Servomotor 14 ausgeübte Kraft vermindert, während sich der Schieber 42 rechts in der ersten Arbeitsstellung befindet, so nimmt der Arbeitsdruck in der Arbeitsöffnung 346 ab. Das überschüssige Druckmittel in der Betätigungsvorrichtung 23 und der Steueröffnung 38 wird über die Arbeitsöffnung 346 der Motoranschlußöffnung 26 zugeführt. Auf diese Weise ist der Strom /wischen der Arbeitsöffnung und der

Steueröffnung umkehrbar.

Gleiches gilt sinngemäß, wenn der Schieber nach links in seine zweite Arbeitsstellung bewegt wird. Statt der Verbindung der Einlaßöffnung 356 mit der Arbeitsöffnung 346 wird die Verbindung der Einlaßöffnung 35a mit der Arbcilsöffnung34a hergestellt.

Der Schieber 72 in F i g. 2 kann im Ventilgehäuse 30 der Fig. I zur Bildung eines Dreiwcgcventils zur Steuerung eines cinfachwirkendcn Servomotors verwendet werden. In diesem Fall ist die Arbeitsöffnung 34a unwirksam, das Kanalsystem 47a, 48a, 49a entfällt, und der Radialkanal 496 ist durch den Radialkanal 71 ersetzt, der stets mit der Steueröffnung 38 in Verbindung steht. Auf diese Weise verbinden die Radialkanäle 71 und 476 die Steueröffnung 38 mit der Auslaßöffnung 316, wenn sich der Schieber 72 in seiner neutralen Stellung befindet. Wenn der Schieber 72 nach rechts in seine Arbeitsstellung bewegt wird, arbeitet das System wie oben beschrieben.

Der Schieber 75 in F i g. 3 weist ein druckmittelbetätigtes Dreiwegeventil 76 auf. Dieses Ventil 76 hat eine erste Einlaßöffnung 77a für den Steuerdruck, eine zweite Einlaßöffnung 776 ebenfalls für den Steuerdruck, einen Radialkanal 78 und eine Kugel 79 als hin- und hergehenden Ventilkörper in einer Bohrung 85.

Der Schieber 75 besteht aus Abschnitten 80 und 81, die aus Kupfer bestehen und bei 82 z. B. durch Lotung miteinander verbunden sind.

Der erste Abschnitt 80 besitzt den Steuerbund 43a, den Radialkanal 47a, die Ringnut 45a, einen Steuerbund 83, einen Längskanal 84, eine mittlere Kammer 85, eine erweiterte Bohrung 86, den Radialkanal 78 und die Einlaßöffnung 77a. Der zweite Abschnitt 81 hat den Steuerbund 436, den Radialkanal 476, die Steuerkante 46, eine Bundscite 876, eine Ringnut 88, einen Längskanal 89 und die Einlaßöffnung 776.

Der Schieber 75 gemäß F i g. 3 kann im Ventilgehäuse 30 der Fig. 1 verwendet werden. Die Wirkungsweise des Schiebers 75 ist die gleiche wie diejenige des Schiebers 42.

Wenn sich der Schieber 75 in der neutralen Stellung befindet, wird die Steueröffnung 38 mit dem gemeinsamen Auslaß 32 über den Radialkanal 78, die Kammer 85, eine der Einlaßöffnungen 77a oder 776 für den Steuerdruck den Längskanal 84 oder 89, einen der Radialkanäle 47a oder 476 und eine der Auslaßöffruingcn 31a oder 316 zum Abschwächen des Steuerdrucks verbunden. Einer dieser Wege ist offen, weil die Kugel 79 nicht gleichzeitig beide Einlaßöffnungen 77a und 776 verschließen kann.

Während der Schieber 75 nach rechts bewegt wird, wird die öffnung 776 aus der Verbindung mit der Auslaßöffnung 316 wegbewegt und in Verbindung mit der Stcucrkante 41 und der Arbeitsöffnung 346 gebracht. Der Arbeitsdruck in der Arbeitsöffnung 346 wird zum Längskanal 89 geleitet, und die Kugel 79 legt sich auf die Einlaßöffnung 77a. Hierdurch wird verhindert, daß der Steuerdruck in der Steueröffnung 38 und im Radialkanal 78, der mit der Steueröffnung 38 in Verbindung steht, über den Längskanal 84 und den Radialkanal 47a abgeschwächt wird. Somit führt die Ventileinrichtung bei Druckmittelbetätigung die gleichen Funktionen aus, wie diejenige der Fig. 1 mit den Umsteueröffnungen 49a, 496.

Die Abstimmung des Systems zum Erzielen eines bestimmten Vordruckes der Pumpe 10 kann durch Wahl der axialen Lange und der gegenseitigen Lagen der Radialkanäle des jeweiligen Schiebers erreicht werden.

Mitlels der Steuerkante 41 in der Gehäusebohrung 39 des Gehäuses 30 kann die Uberdeckung des Radialkanals 476 mit der Arbeitsöffniing 34i> sowie der Überdeckungsgrad zwischen der Weite des Radialkarials Mb und des Abstandes 50 zwischen der Steuerkante 41 und der Auslaßöffnung 31 b verändert werden.

Zusätzlich können alle Schieber 42, 70, 75 mit Steuerkanten 46 oder das Ventilgehäuse 30 mit Steuerkanten 40 versehen sein, um den Hub des Schiebers zu verringern, der zum Verbinden der Arbeitsöffnungen 34a, 34b sowie der Auslaßöffnungen 31.1, 31b erforderlich ist; dieiser Hub ist sonst größer, da zwischen den Radialkaniilen 47a, 47i> sowie den Dundseiten 87<i, 87ftein Steg erforderlich ist.

Hierzu 1 Dlatt Zeichnungen

709 536/215

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Ventileinrichtung zur Steuerung der Druckmittelwege eines hydraulischen Servomotors, der entweder ein doppeltwirkender oder ein einfachwirkender Servomotor ist, mit einem handbetätigten Schieber, der zur Freigabe der Druckmittelwege zum und vom Servomotor Steuerbunde aufweist, von einer Gehäusebohrung der Ventileinrichtung aufgenommen wird und aus einer den Servomotor hydraulisch blockierenden Neutralstellung axial verstellbar ist, und mit einer Steueröffnung, die in die Gehäusebohrung mündet und über die die Arbeitsdruckmittelmenge in Abhängigkeit von der aus Arbeitsdruck und Pumpendruck gebildeten Differenz mittels eines der Steueröffnung nachgeschalteten Geberventils beeinflußt wird, wobei jeder Bcaufschlagungsseite des doppeltwirkenden bzw. der Beaufschlagungsseite des einfachwirkenden Servomotors eine Einlaßöffnung, eine Arbeitsöffnung und eine Auslaßöffnung für das Druckmittel in der angegebenen Reihenfolge zugeordnet ist und wobei diese Reihenfolge im Fall des doppeltwirkenden Servomotors beidseitig der zum Schieber senkrecht verlaufenden Mittelachse der Ventileinrichtung eingehalten ist und die Neutralstellung in der Mitte zwischen den Arbeitsstellungen liegt, wobei die Steueröffnung im Fall des doppeltwirkenden Servomotors in der Mitte zwischen den Einlaßöffnungen angeordnet bzw. im Fall des einfachwirkenden Servomotors der Einlaßöffnung auf der der Arbeitsöffnung abgekehrten Seite benachbart ist, mit in der Neutralstellung jeweils über im Schieber vorgesehene Kanäle bestehender Verbindung der Steueröffnung mit der betreffenden Auslaßöffnung, wogegen die Arbeitsstellung diese Verbindung aufgehoben und die Steueröffnung mit der jeweils den Arbeitsdruck führenden Arbeitsöffnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der Übermittlung des Arbeitsdruckes an das Geberventil (12) dienenden Kanäle im Schieber (42, 72, 75) ein U-förmiges Kanalsystem bilden, dessen Schenkel als Radialkanäle (47a, 49;i,-47b, 49b; 78) in die Steueröffnung (38) und in die Auslaßöffnung (31a, 31 b) bzw. Arbeitsöffnung (34a, 34b) münden und dessen die Basis bildender Längskanal (48a, 4Sb, 84, 89) im Schieber eine die Arbeitsöffnung mit der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung verbindende Ringnut (45a, 45b) am Schieber überbrückt.
2. 2. Ventileinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall des doppeltwirkenden Servomotors die beidseitigen Längskanäle (84,89) in eine im Schieber (75) vorgesehene mittlere Kammer (85) münden und mittels einer Kugel (79) wahlweise verschließbar sind, wobei diese Kammer mit der Steueröffnung (38) über einen einzigen, beiden U-förmigen Kanalsystemen gemeinsamen Schenkel als Radialkanal (78) verbunden ist.