DE2359022B2 - Strömungssteuerschieber - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömunßssteuerschieber, dessen Kolben einen Steg aufweist, dessen Vorderkante mit einer Steuerkante in der Wand der den Kolben führenden Bohrung zusammenarbeitet und in dessen Umfangsoberfläche neben der Vorderkante in Umfangsrichtung verlaufende Nuten vorgesehen sind.

Ein solcher Strömungssteuerschieber ist bereits bekannt. Bei dem bekannten Schieber sind zusätzlich zu den in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten in der Umfangsoberfläche neben der Vorderkante des Kolbenstegs Durchlaßkanäle vorgesehen. Wenn s;ich der bekannte Schieber in die Schließstellung bewegt, fließt Strömungsmittel durch diese Durchlaßkanäle, 'was zur Folge hat, daß der Einfluß der von der Strömung nach 3ernouilli erzeugten Kräfte auf den Schließvorgang ganz erheblich ist. Diese Kräfte wirken der von außen auf den Kolben ausgeübten Schließkraft: entgegen. Insbesondere entstehen beim fortschreitenden Schließen Differenzdrücke, die der Kolbenbewegung entgegenwirken.

Bei einem weiteren bekannten Strömungssteuerschieber verlaufen die Nuten schraubenlinienförmig um die neben der Vorderkante des Kolbenstegs liegende Umfangsoberfläche, so daß eine Leckströmimg in Umfangsrichtung entsteht. Diese Leckströmung hat die Wirkung, daß der Kolben hydrostatisch konzentrisch innerhalb seiner Bohrung gehalten wird. Außerdem tritt durch diese Nuten eine Reduzierung der beim so Schließvorgang der Kolbenbewegung entgegen gerichteten Kräfte ein. Wie schon erwähnt, wird dieses Verhalten auf Kosten einer ständigen Leckströmung erhalten, die nicht in allen Anwendungsfällen zugelassen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unerwünschten, auf den Steuerkolben beim Schließen einwirkenden Strömungskräfte dadurch zu vermeiden, daß die Potentialströmung, die nach Bern 0 u i 11 i diese Kräfte erzeugt, in eine weitgehend turbulente Strömung umgewandelt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Umfangsoberfläche des Stegs an der Vorderkante im Bereich der Nuten abgeschrägt ist. Auf Grund dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungssteuerschiebers ergibt sich eine besonders gute Verwirbelung des Strömungsmittels, so daß die bei den geschilderten bekannten Steuerschiebern auftretenden einseitig gerichteten, der Betätigungskraft entgegenwirkenden Kräfte nicht mehr auftreten oder zumindest in ihrer Wirkung sehr stark reduziert werden. Die schräge Ausgestaltung der Umfangsoberfläche des Stegs hat auch eine Drucklinearisierung beim fortschreitenden Schließen des Schiebers zur Folge. Der erfinuungsgemäße Strömungssteuerschieber läßt sich also unter Aufwendung geringer Kräfte ohne Auftreten von Druckstößen weich schließen.

Zur Vereinfachung der Herstellung der Nuten ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Nuten durch ein Schraubengewinde gebildet sind. Besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Abschrägungswinkel 6° beträgt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungssteuerschiebers, wobei die Ausgestaltung der Umfangsoberfläche des Kolbensteges neben der Vorderkante nur schematisch dargestellt ist, und

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schieberkolbens mit einer genauen Darstellung der in der Umfangsoberfläche gebildeten Nuten.

In F i g. 1 ist ein innerer Abschnitt eines hydraulischen Strömungssteuerschiebers 1 dargestellt. Derartige Schieber weisen üblicherweise ein Gehäuse 2 auf, in dem eine zylindrische Bohrung 3 ausgebildet ist. Durch diese hindurch erstreckt sich ein Kolben 5. Der Kolben 5 liegt dicht an der Wand 7 der Bohrung 3 an, so daß durch Bewegen des Kolbens eine Steuerung der Strömung durch das Gehäuse 2 erfolgen kann. Diese Strömung ist in F i g. 1 durch Pfeile dargestellt. Das hydraulische Strömungsmittel tritt bei P ein und strömt durch verschiedene Kanäle in der Darstellung von F i g. 1 nach oben; es tritt gegebenenfalls durch die Leitung bei 5 aus. Die Leitung S führt in üblicher Weise entweder zu einem Sumpf oder zu einem anderen Schieber od. dgl.

Die Wand 7 der Bohrung 3 weist eine Anzahl Aussparungen 9 auf, es handelt sich hierbei im allgemeinen um die Bohrung umgebende Nuten in der Wand 7. Die Anzahl der Aussparungen hängt vom Schiebertyp, der durchzuführenden Arbeit, u. dgl. ab. Es ist eine Anzahl von Aussparungen 9 im axialen Abstand längs der Wand 7 auf jeder Seite der Leitung 11 vorgesehen. Zwischen den Aussparungen 9 und der Leitung U sind statische Gehäusekanten 13 gebildet, so daß im Gehäuse 2 eine vorbestimmte Kombination von Kanten und Nuten entsteht.

Ähnlich wie die innere Wand der Bohrung 3 mit einer Kanten-Nut-Kombination ausgerüstet ist, weist auch der Kolben 5 Stege und Einschnitte auf. Genauer gesagt enthält der Kolben 5 Einschnitte 15, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen den Einschnitten 15 liegen Stege 17. Wenn der Strömungssteuerschieber beispielsweise zum Antrieb eines nicht dargestellten Arbeitskolbens verwendet wird, sind verschiedene der im axialen Abstand voneinander angeordneten Aussparungen 9 mit dem Sumpf verbunden, während andere nicht dargestellte Aussparungen Arbeitszylinderöffnungen sind, die mit der einen oder der anderen Seite des Arbeitszylinders verbunden sind. Wenn der Kolben 5 in der Bohrung 3 bewegt wird, liegen verschiedene Aussparungen 9 mit den Einschnitten 15 in einer Linie, so daß Strömungswege für das Hydraulikmittel gebildet werden, während verschiedene Stege 17 mit den entsprechenden Gehäusestegen 13 zur Sperrung andere

Strömungswege in einer Linie liegen. Dadurch kann der Arbeitskolben die gewünschte Aufgabe erfüllen.

Unter der Annahme, daß der Schieber 1 mit einem Arbeitskolben in Verbindung steht, ist der Schieber in seiner neutralen Stellung dargestellt, in der die hydraulische Flüssigkeit, die bei P eintritt, frei durch die Aussparungen 9 und nach außen durch die Leitung 11 abströmt Dabei steht üblicherweise die nächste benachbarte Aussparung 9, die nicht dargestellt ist und im axialen Abstand von der dargestellten angeordnet ist, ι ο mit den zum Arbeitskolben führenden Zylinderöffnungen in Verbindung, die durch die Stege 17 abgeschlossen werden, die den Absperrpunkt der jeweiligen öffnung durchlaufen haben. Der Kolben wird dabei in seiner neutralen Stellung gehalten.

Wenn der Kolben 5 durch eine manuelle oder automatische Betätigung von außen entweder nach rechts oder nach links bewegt wird, dann wird eine Vorderkante A eines Steges 17 die Vorderkante B des Gehäusesteges 13 erreichen; es erfolgt eine Absperrung. Dabei erfolgt zuerst eine Verengung des Strömungsquerschnitts, durch den das Hydraulikmittel strömen kann. Dadurch wird das Strömungsmittel, welches von der Pumpe abgegeben wird, unter Druck gesetzt, und es werden statische und dynamische Unabgeglichenheiten erzeugt; diese Unabgeglichenheiten haben einen schädlichen Einfluß auf die Steuerung und erschweren die Betätigung des Schiebers.

Um in wirksamer Weise diese Unabgeglichenheiten herabzusetzen oder auszuschalten, sind neben der in Vorderkante A des Steges 17 in der Umfangsoberfläche des Kolbens Nuten 21 vorgesehen, die sich, wie dargestellt, in Umfangsrichtung um den Kolben 5 erstrecken.

Es sei nunmehr auf F i g. 2 Bezug genommen, wo die Ausgestaltung der Nuten 21 im Detail erkennbar ist. Ganz allgemein gesagt, sind die Nuten 21 von einem Schraubengewinde gebildet, das in die Umfangsfläche des Kolbens 5 neben der Vorderkante A der Stege 17 eingearbeitet ist; dabei entstehen Spitzen 23 und ein einziges durchgehendes TaI 25, welches sich von der Vorderkante A aus nach hinten zu einem Punkt C erstreckt, d. h. bis zu dem Punkt, an dem das Schraubengewinde endet. Die Umfangsoberfläche des Stegs 17 ist gemäß F i g. 2 unter einem spitzen Winkel« gegenüber der Horizontalen abgeschrägt, und zwar derart, daß der Außendurchmesser des Steges 17 kontinuierlich nach hinten von der Vorderkante A aus zunimmt. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Durchmesser der Schraubengewinde zunimmt, wenn dieses von der Vorderkante A aus nach hinten läuft.

Diese Schraubengewindeausbildung weist zahlreiche Vorteile auf. Aufgrund des kontinuierlichen Tals 25 entsteht ein kontinuierlicher Sekundärströmungskanal, der eine Linearisierung der Druckverminderung bewirkt. Dieses kontinuierliche Tal dient ferner dazu, die Strömungsrichtung der Flüssigkeit, die durch das Tal hindurch verläuft, zu ändern, wodurch wenigstens teilweise der Geschwindigkeitsvektor verändert wird. Das Schraubengewinde kann leicht hergestellt werden, auch wenn der Kolben 5 bereits fertig ist, ohne daß die kritische Dichtungsoberfläche des übrigen Teils der Stege 17 beschädigt wird, die genau in der Bohrung 3 sitzen müssen.

In kinematischer Umkehrung der beschriebenen Ausführung kann auch vorgesehen sein, daß die Nuten neben der Vorderkante B eines Gehäusestegs angebracht sind, anstatt neben der Vorderkante des Kolbenstegs 5. Zusätzlich können die Nuten bei beiden Vorderkanten A und B vorgesehen sein. Es wurde jedoch gefunden, daß zur Erzielung der geschilderten Vorteile Nuten neben einer der Vorderkanten A oder B ausreichen. Da es üblicherweise einfacher ist, die Nuten im Kolben auszubilden statt in der Vorderkante des Gehäusestegs, ist die Umfangsoberfläche neben der Vorderkante A des Kolbens 5 der bevorzugte Ort für die Nuten.

Die tatsächlichen Abmessungen der Nuten und ihre Gesamtgröße in Beziehung zum Schieber sind nicht kritisch, da diese verändert werden können, wenn verschiedene Situationen auftreten. Auch der verwendete Winkel « kann in Abhängigkeit von den auftretenden Betriebssituationen über einen weiten Bereich verändert werden. Dieser Winkel kann einfach durch Untersuchungen bestimmt werden, so daß die Effekte, die beim beschriebenen Schieber erzielt werden, jeweils optimiert werden können.

Als Beispiel für die Abmessungen, die in einem typischen Schieber verwendet werden können, wird auf den in F i g. 2 dargestellten Schieber Bezug genommen. Ein derartiger Schieber wird im allgemeinen verwendet, um ein Druckmittel den Enden eines doppeltwirkenden Kolbens in einem Arbeitszylinder zuzuführen, wie sie in schweren Erdbearbeitungsmaschinen, beispielsweise bei Frontladern u. dgl. verwendet werden. Typische Abmessungen für einen derartigen Schieber sind:

1. Länge des Schiebers — 23,7 cm

2. Länge der Stege — etwa 2,5 cm

3. Winkel χ - etwa 6°

4. Axiale Länge des Schraubengewindes — etwa 0,3 cm bis 0,6 cm

5. Durchmesser des Kolbens — 3,1 cm

Prüfungen haben ergeben, daß ein derartiger Schieber leicht zu betätigen ist, genau eingestellt werden kann und zu schwach abgestuften, im allgemeinen linearen Strömungskräfteverteilungen führt, wie sie in einem ΛΎ-Koordinatensystem, in dem die Kolbenkräfte in Abhängigkeit von der Kolbenverschiebung aufgetragen sind, für den arbeitenden und den blockierten Arbeitszylinder dargestellt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Strömungssteuerschieber, dessen Koibi.-n einen Steg aufweist, dessen Vorderkante min einer Steuerkante in der Wand der den Kolben führenden Bohrung zusammenarbeitet und in dessen Umfangsoberfläche neben der Vorderkante in Unifangsrichtung verlaufende Nuten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsoberfläche des Stegs (17) an der Vorderkante (A)im Bereich der Nuten (19) abgeschrägt ist

2. Strömungssteuerschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten durch ein Schraubengewinde gebildet sind.

3. Strömungssteuerschieber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschiiigungswinkel 6° beträgt.