DE2328658C2

DE2328658C2 - Steuerschieberanordnung

Info

Publication number: DE2328658C2
Application number: DE2328658A
Authority: DE
Inventors: Robert R. Youngstown Ohio Hodgson
Original assignee: COMMERCIAL SHEARING Inc 44501 YOUNGSTOWN OHIO US
Current assignee: COMMERCIAL SHEARING Inc 44501 YOUNGSTOWN OHIO US
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPS5741609B2; DE2328658A1; GB1387543A; JPS4950521A; US3782404A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschieberanordnung von der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Gattung.

Eine solche Steuerschieberanordnung ist bekannt (US-PS 34 55 210). Sie wird zum Beispiel in Erdbewegungsmaschinen verwendet, in denen verschiedene Servomotore mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden müssen. Beim Betrieb einer solchen Erdbewegungsmaschine kann ein Notfall eintreten, bei dem schnellstmöglich beschleunigt werden muß. Dazu bedarf es eines höchstmöglichen Flüssigkeitsdruckes, um die höchstmöglichen Beschleunigungskräfte zu erzielen. Bei der &o bekannten Steuerschieberanordnung wird dies jedoch nicht mit Sicherheit gewährleistet. Pumpt die Pumpe zum Beispiel zunächst über eine Leitung und die etwas öffnende Steuerkante des Dichtsteges des Steuerschiebers mit geringer Druckdifferenz im Leerlauf um (die geringe Druckdifferenz wirkt über eine Radialbohrung und Axialbohrung auf die linke Stirnfläche eines Meßkolbens und entspricht somit der Kraft einer Feder) und tritt dann ein Notfall mit der Notwendigkeit einer Sofortbetätigung ein, so kann es passieren, daß der Meßkolben in seiner Aufnahmebohrung klemmt, beispielsweise weil ein Schmutzpartikel zwischen die Steuerkante des Dichtsteges und die etwas nach links versetzte Gegensteuerkante des Gehäuses geraten ist. Dann aber fließt die Druckflüssigkeit nach wie vor fast drucklos ab, obgleich auch eine Verbindung zum Servomotor stattfindet Dieser kann mangels aufgebauten Flüssigkeitsdruckes keine Notfunktion ausüben, oder es kann zum Beispiel infolge Eigengewichtes und folglich aufgebauten Stützdruckes entgegen der Notbetätigungsrichtung frei durchfallen, sofern der Stützdruck größer ist als der an der Steuerkante des Meßkolbens erzeugte Differenzdruck.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschieberanordnung so auszubilden, daß sie auch in einem Notfall die ausreichende Beaufschlagung mindestens des ersten Servomotors mit Druckflüssigkeit sicherstellt

Die Lösung für die Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches aufgeführten Merkmalen.

Mit dieser Konstruktion wird sichergestellt, daß der Richtungssteuerschieber in einem Notfall einfach nur durchgerissen wird. Dann sind die nachgeschalteten Steuerschieber abgeschaltet und außer Funktion. Der Richtungssteuerschieber steuert nunmehr direkt und wird nicht mehr durch Fehlfunktionen der beiden nachgeschalteten Steuerschieber negativ beeinflußt Damit ist die höchstmögliche Sicherheit dafür gegeben, daß die Notfunktion auch tatsächlich gefahren wird. Die Druckflüssigkeit durchströmt nur noch den Richtungssteuerschieber und nicht mehr die beiden nachgeschalteten Steuerventile.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsfrrmen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Schnitt durch die erfindungsgemäße Steuerschieberanordnung und

Fig.2 die schematische Darstellung eines die Steuerschieberanordnung enthakenden hydraulischen Systems.

In der Zeichnung ist eine Steuerschieberanordnung dargestellt, die zum Beispiel in Erdbewegungsfahrzeugen verwendet wird. Die Zeichnung zeigt ein Gehäuse 10 mit einer axialen Bohrung 11, in welcher ein Richtungssteuerschieber 12 angeordnet ist. Im Abstand von seinen Enden weist das Gehäuse 10 Anschlüsse 13 und 14 auf, welche die Bohrung 11 schneiden, sowie Arbeitsanschlüsse 15 und 16, von denen einer an jeden Anschluß angrenzt und von denen jeder mit den entgegengesetzten Seiten eines Servomotors verbindbar ist. Zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen 15 und 16 sind im Abstand parallele Durchgangskammern 17 und 18 angeordnet, die durch einen Kanal 60 verbunden sind, welcher nachstehend als der »Parallelweg« bezeichnet wird. Zwischen den parallelen Durchgangskammern 17, 18 sind zwei Einlaßanschlüsse 19 und 20 nebeneinander angeordnet, welche, wenn sie miteinander verbunden sind, als der »offene Mittelweg« bezeichnet werden. Der Richtungssteuerschieber 12 ist an beiden Enden hohl. Er weist zwei im Abstand liegende innere Kammern 21 und 22 auf, die axial in ihm verlaufen. Sie sind durch voneinander getrennte Axialbohrungen 23 und 24 und durch voneinander getrennte Radialbohrungen 25 und 26 mit im Abstand voneinander liegenden Ringnuten 27 und 28 verbunden,

die um den Richtungssteuerschieber 12 angrenzend an dessen mittleren Bereich verlaufen. Beide Kammern 21 und 22 weisen zwei Gruppen von Radialbohrungen 21a, 216 und 22a, 226 auf, die radial zum Umfang des Schiebers 12 verlaufen. Die Radialbohrungen 21a und 216 liegen in der Kammer 21 axial im Abstand auseinander, so wie die Radialbohrungen 22a und 226 in der Kammer 22 auseinanderhegen. Die Radialbohrungen 21 a und 22a sind von den Radialbohrungen 216 bzw. 226 durch Rückschlagventile 21 cund 22egetrennt, die in den Kammern 2i bzw. 22 verschiebbar angeordnet sind und durch Federn 21 d und 22d betätigt werden. Der Einlaßanschluß 19 ist mit einer Pumpe 29 verbunden. Diese stellt eine Quelle für Hochdruckflüssigkeit dar. Der Einlaßanschluß 20 ist mit dem Einlaß 30 des is Steuerventils 31 verbunden, welches seinerseits mit dem Einlaß 40 des Steuerventils 41 verbunden ist Der Einlaß 30 steht mit der Bohrung 32 des Steuerventils 31 in Verbindung, in welcher der Steuerschieber 33 angeordnet ist der unter Federspannung steht und die Bohrung 32 gegenüber einem Kanal 37 schließt. Der Einlaß 30 steht über eine Ringkammer 31a jederzeit mit dem Auslaß 34 in Verbindung. Die Vorspannung erfolgt durch eine Feder 35 und eine Leitung 36 für Druckflüssigkeit Der Einlaß 40 steht mit der Bohrung 42 des Steuerventils 41 in Verbindung, in welcher der Steuerschieber 43 angeordnet ist Er steht so unter Federspannung, daß er den Auslaß 44 verschließt und dessen Verbindung mit dem Einlaß 40 unterbindet Die Vorspannung erfolgt durch eine Feder 45 und eine Leitung 46 für Druckflüssigkeit Die Leitungen 36 und 46 sind mit einem gemeinsamen ringförmigen Verteiler 47 in der Bohrung 11 des Richtungssteuerschiebers 12 verbunden. Der Auslaß 44 ist mit dem Richtungssteuerventil 50 durch dessen Einlaß verbunden, der an eine ^J5 Leitung 51 von einer zweiten Pumpe 52 angeschlossen ist, welche eine weitere unabhängige Quelle für Hochdruckflüssigkeit bildet.

Die Wirkungsweise der Steuerschieberanordnung gemäß den F i g. 1 und 2 ist wie folgt: Dabei sei -»ο angenommen, daß ein Pumpendruck von mehr als 4,2 kg/cm² verfügbar ist Bei drucklosem System und sich in neutraler Stellung befindendem Richtungssteuerschieber liegt der in F i g. 1 gezeigte Zustand vor. Der obere Steuerschieber 33 befindet sich auf der rechten « Seite und der untere 43 auf der linken Seite. Beide sind federbelastet. Wenn die Pumpe in Gang gesetzt wird und der Richtungssteuerschieber 12 in der neutralen Stellung verbleibt, erfolgt die Strömung um den Richtungssteuerschieber 12 und um den ersten Steuer- "^l0 schieber 33 durch die Ringkammer 31a zu der Ringnut 43a oder dem Bereich verringerten Durchmessers des zweiten Steuerschiebers 43, der zu diesem Zeitpunkt augenblicklich blockiert wird. Der zweite Steuerschieber 43 wird sich unter einem Druck von ungefähr ^ä5 4,2 kg/cm² wegen dsr Strömung von Druckflüssigkeit in der Leitung 46 nach rechts verschieben und mit der Umleitung von Druckflüssigkeit durch den Auslaß 44 zu dem Rest des Kreislaufs beginnen, der in diesem Fall hauptsächlich der Hubkreislauf für einen Servomotor ist, der durch den Richtungssteuerschieber 50 dargestellt wird. Das unter Federdruck stehende Ende des Steuerschiebers 43 wird dann durch die Leitung 46 zu einem Kanal 60 entlüftet. ]edem Erfordernis des Servomotors kann dann durch die Strömung durch diesen Richtungssteuerschieber 50 entsprochen werden, entweder durch Zuführung allein aus der ersten Pumpe oder in Verbindung mit der zweiten Pumpe 52. Der Druckabfall von 4,2 kg/cm² wird rasch verschwinden, wenn der Druck über diesen ansteigt, da der Steuerschieber 43 nach dem Kanal 60 entlüftet wird und dann ein sefcx geringer Druckabfall durch diesen ersten Steuerschieber erfolgen wird.

Der obere Steuerschieber 33 wird durch die Feder nach rechts gedruckt und auch durch die Leitung 36 zum Kanal 6© entlüftet, wenn sich der Richtungssteuerschieber 12 in der neutralen Stellung befindet Er wird daher in bestimmten Fällen als Rückschlagventil wirken. Wenn angenommen wird, daß der obere Steuerschieber 33 mit einer einen Druck von 2,8 kg/cm² ausübenden Feder 35 versehen ist, dann wird er gewöhnlich nach links verschoben und jeden Durchlaß vom offenen Einlaßanschluß 19, 20 zum Parallelweg 17, 18, 60 verschließen, aus dem Druck entweder zum Arbeitsanschluß 15 oder 16 infolge der Tatsache geleitet werden kann, daß das Federende zum Kanal entlüftet wird, welcher sich unter einem Druck von weniger als 2,8 oder 4,2 kg/cm² befindet Wenn der Richtungssteuerschieber 12 nach rechts verschoben wird, sind die Bohrungen in ihm so ausgerichtet, daß die unmitteVar an das obere Steuerventil 31 angrenzende Durchgan^jskammer ί7 mit dem Arbeitsanschluß 15 mit Ausnahme des federbeiasteten Rückschlagventils 21c verbunden wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Axialbohrung 23 auch mit der Rücfipeite der beiden Steuerventile 31 und 41 (das heißt des oberen und des unteren) verbunden, so daß diese dann druckkompensiert werden. Tatsächlich werden sie entgegengesetzt zueinander druckkompensiert. Der untere Steuerschieber 41 wird dnickkompensiert, um die austretende oder Überschuß-Druckflüssigkeit zu regeln^ Der obere Kanal 37 nach links wird abgesperrt und erst wieder geöffnet, wenn die Verbindung zwischen dem Parallelweg 17, 60, 18, dem Mittelpunkt des Richtungssteuerschiebers 12, dem Verbindungs- oder Entlüftungsweg und der Rückseite des Steuerschiebers 33 hergestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kreislauf geschlossen und beide Enden des Steuerschiebers sind über den vorstehend beschriebenen Weg miteinander verbunden. In diesem Augenblick drückt dann die Feder 35 den Steuerschieber 33 nach rechts und öffnet einen Weg rund um ihn herum von der Zuführung von der Pumpe zum Parallelweg 60. Sobald die Strömung beginnt, erfolgt ein Druckabfall von diesem Hauptzuführungsweg zum Parallelweg und ein zweiter Druckabfall vom Parallelweg 60 in den Schieber. Beide werden die gesamte Strömungsmenge beeinflussen, welche in dieser Richtung durchtreten kann umd schließlich zum Arbeitsanschluß 15 gelangt. Für irgendwelche Zwischenstellung des Richtungssteuerschiebers wird ein Druckabfall vom Parallelweg 60 zur Mitte des Schiebers hergestellt. Dieser wird durch den Druckabfall ausgeglichen, der über dem Schieber und d.r Gehäusekante auftritt und die Druckflüssigkeit vom Einlaß entgegen der Feder 35 zum Parallelweg 60 drückt. Da jedoch angenommen wird, daß ein Druckgefälle von 4,2 kg/cm² verfügbar ist, wird sich der Schieber über diasen Punkt hinaus verschieben und versuchen, mehr Druckflüssigkeit in den Parallelweg einzuleiten. Der Druckabfall von 4,2 kg/cm² tritt, nunmehr zwischen dem Außendurchmesser des Steuerschiebers 33 und dessen Innendurchmesser an der öffnung am Parallelweg 60 auf. Der Steuerschieber 33 wird sich weiter nach links verschieben, bis ein Druckabfall von 1,4 kg/cm² zwischen Einlaß und dem Bereich verringerten Durchmessers des Schiebers 33 erreicht ist, wodurch insgesamt ein Druckabfall von

4,2 kg/cm³ zwischen Einlaß und Mitte des Richtungssteuerschiebers 12 hergestellt wird. Dieser wird durch die Feder 35 über den Enden des Steuerschiebers 33 und den herrschenden Differentialdruck ausgeglichen. Irgendeine Neigung des Außendruckes, die zum Arbeits- > anschluß 15 strömende Druckflüssigkeitsmenge zu verändern, wird automatisch so eingestellt, um dies durch eine Verschiebung des Steuerschiebers 33 auszugleichen. Der Schieber 33 bemißt daher die Strömung zum Parallelweg 60. Damit ist allein die in Druckflüssigkeit, die von den Einlaßanschlüssen 19 und 20 in die Steuerschieberanordnung fließt, die Menge, die erforderlich ist und durch den Richtungssteuerschieber

12 und den zugehörigen Steuerschieber 31 geregelt wird.

Die Verschiebung des Richtungssteuerschiebers 12 nach der anderen Seite (nach links) führt dem Arbeitsauslaß 16 Druck in ähnlicher Weise zu, wie dies vorstehend für den Arbeitsanschluß 15 beschrieben wurde. Di? Druckflüssigkeit strömt aus dem Anschluß

13 zurück.

Falls der Steuerkreislauf einen höheren Druck als der Hilfskreislauf erfordert, ist die Wirkungsweise die gleiche, je nachdem, ob dieser höher ist als der Betriebsdruck des Hilfskreislaufs oder höher als der Druck der offenen Mitte, falls an den Hilfskreislauf keine Anforderung gestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das zweite oder untere druckkompensierte Steuerventil 41 auch mit derjenigen Seite des Schiebers verbunden, welche Druck für den Arbeitsanschluß erwartet. Es wird mit jedem Druck belastet, der für den Steuerkreislauf erforderlich ist.

Ein weiteres bei der Steuerschieberanordnung vorhandenes Merkmal liegt darin, daß der Richtungssteuerschieber 12 über den Punkt hinaus verschoben werden kann, der gewöhnlich für die Meßsteuerung erforderlich ist. Wenn dies aus der neutralen Stellung in irgendeiner Richtung geschieht, wird der volle Durchmesser des Schiebers, der bis zu diesem Punkt einen offenen Mittelweg vom Parallelweg getrennt hat, nun nach rechts verschoben, so daß er den offenen Mittelweg 19, 20 an diesem Punkt vollständig blockiert und den direkten Durchgang vom Einlaßanschluß 19 zum Parallelweg 17, 60 öffnet. Zu diesem Zeitpunkt wird die gesamte Druckflüssigkeit aus der Pumpe in den Parallelweg 17, 60 geleilet und später über den Richtungssteuerschieber 12 und das Rückschlagventil 21czum Arbeitsanschluß 15. Das untere Steuerventil 41 der beiden Strömungssteuerventile stellt keinen Faktor in dem Kreislauf mehr dar. Das obere Steuerventil 31 nimmt nunmehr eine Stellung als Rückschlagventil ein und blockiert den Austritt von Druckflüssigkeit aus dem Parallelweg 17, 60 zum Einlaßanschluß 20. Hierdurch wird verhindert, daß Druckmittel später einen Verlust für den Kreislauf bildet. Wenn der Richtungssteuerschieber 12 in die äußere linke Stellung bewegt wird, wird ein Durchgang geöffnet zwischen dem offenen Einlaßanschluß 19 oder dem Pumpeneinlaß und dem Parallelweg 17, 60 zum gleichen Zeitpunkt, in dem der volle Durchmesser des Schiebers an der Dichtkante 12a den offenen Einlaßanschluß 20 blockiert.

Aus F i g. I ist leicht ersichtlich, daß die abgemessene oder geregelte Strömung für den Steuerkreislauf während aller normalen Bedingungen unter jedem erforderlichen Druck verfügbar ist. Im Falle eines Versagens entweder des unteren oder des oberen Steuerventils wird die Bewegung des Richtungssteuerschiebers 12 in die eine oder andere äußere Stellung 100% der Druckflüssigkeit direkt in den Steuerkreislauf lenken- wobei sich eine Sicherheit einstellt, die bei einem rein druckkompensierten Vorgang nicht verfügbar ist.

Der Richtungssteuerschieber 50 kann von üblicher Bauart mit offener Mitte oder durchkompensiert sein, da dieses Steuerverfahren die Leistung des Schiebers nicht beeinflußt. Die Steuerschieberanordnung wird jede Druckflüssigkeit beim erforderlichen Druck aufnehmen, ohne Rücksicht darauf, was beim Ausgleich des Kreislaufs vorgeht. Außerdem nimmt die Steuerung nur die Druckflüssigkeit auf, die benötigt wird, außer wenn ein Notstand eintritt, in weichem Fall die gesamte Druckflüssigkeit von der Pumpe verfügbar gemacht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerschieberanordnung zum Steuern der Druckflüssigkeitszufuhr zu mindestens einem ersten, in zwei Richtung wirkenden Servomotor und zur Oberleitung von Überschußflüssigkeit zu einem getrennten zweiten Servomotor, wobei die Steuerschieberanordnung ein Gehäuse mit einem in einer darin befindlichen und genuteten Bohrung verschiebbaren genuteten Richtungssteuerschieber sowie Anschlüsse für Ein- und Auslaß der Druckflüssigkeit und beiderseits der arbeitsunwirksamen Neutralstellung je einen Arbeitsanschluß für den ersten Servomotor und einen Anschluß für den Kreislauf der Oberschußflüssigkeit beinhaltet, mit is einem als Druckkompensationseinrichtung wirkenden Steuerventil, in dem der Arbeitsdruck des ersten Servomotors zusammen mit der Kraft einer mechanischen Feder einen Kolben gegensinnig zum Förderdruck der Druckflüssigkeit beaufschlagt, dadurcligekennzeichnet,
daß der Einiaß (30) des ais Druckkompensaiionsemrichtung wirkenden Steuerventils (31) im Zuge der Druckflüssigkeitsströmung zum ersten Servomotor unmittelbar stromab des Druckflüssigkeitseinlasses (19) am Richtungssteuerschieber (12) liegt,
daß die Druckkompensatjoftseinrichtung ein zweites, den Auslaß von Oberschußflüssigkeit zum zweiten Servomotor beherrschendes und unmittelbar stromab des ersten Steuerventils (31) angeordnetes Steuerventil (41) umfaßt, in dem der Arbeitsdruck des ersten Servomotors zusammen mit der Kraft einer zweiten mechanischen Feder (45) einen zweiten Steuerschieber (43) gegensinnig zum Druck der das erste Steuerventil (3A verlassenden Oberschußflüssigkeit beaufschlagt, und
daß der Richtungssteuerschieber (12) jeweils über seine normale Arbeitsstellung hinaus in eine weitere Arbeitsstellung durchschaltbar ist, in der die Druckkompensationseinrichtung gegen den Druckflüssigkeitseinlaß (19) zum Richtungssteuerschieber (12) gesperrt ist und die Druckflüssigkeit direkt über den Richtungssteuerschieber (12) nur zum ers;en Servomotor gelangt.

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