DE2403430A1

DE2403430A1 - Steuerventil mit abgestuftem druckanstieg

Info

Publication number: DE2403430A1
Application number: DE2403430A
Authority: DE
Inventors: David Frantz Carl
Original assignee: Fiat Allis Construction Machinery Inc
Current assignee: Fiat Allis Construction Machinery Inc
Priority date: 1973-02-01
Filing date: 1974-01-24
Publication date: 1974-08-08
Also published as: IT1004305B; CA991951A; BR7400746D0; ES422788A1; JPS49106028A; SE403398B; FR2216495A1; US3765454A; FR2216495B1

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ. riNSTERWALD & GRÄM1COW

München, den 24. Januar 1974 Hf-F 2000

Fiat-Aiiis Construction Machinery, Inc.

245 East Uorth Avenue, Carol Stream, Illinois 60187, USA

Steuerventil mit abgestuftem Druckanstieg

Zur Erzeugung eines veränderlichen oder abgestuftes Druckanstieges des Arbeitsfluids in Steuerventilen wurden bereits zahlreiche Arten von Aussparungen und Nuten in den Spindeln von Steuerventilen angeordnet,-wie es das Beispiel des in der US-Patei tschrift 3 556 155 beschriebenen einstellbaren Steuerventils mit veränderlichem Durchfluß zeigt.

Erfindungsgemäß wird in der Spindel eines Steuerventils eine Nut derart angeordnet, daß sie sich bei geschlossener Spindelstellung von einer einer Einlaßöffnung benachbarten Stellung über eine Betätigungsöffnung bis in eine Auslaß-Öffnung erstreckt. Die beiden sich axial gegenüberliegenden Enden der Nut weisen erweiterte öffnungen auf* die durch Bohrungen mit einem die Nutweite übersteigenden Durchmesser entstehen. Die der Einlaßöffnung zugeordnete erweiterte Öffnung wird durch die Wandung einer Bohrung abgedichtet,

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in der sich wiederum die Ventilspindel hin- und herbewegt. Wird das Ventil geöffnet, so entsteht bereits bei einer Anfangsbewegung der Betätigung ein rascher Druckanstieg. Bei weiterer Betätigung der Ventilspindel in Richtung zu ihrer offenen Stellung hin ist der Druckanstieg im Verhältnis zur Spindelbewegung abgestufter und erreicht erst wieder hohe Werte, wenn die der Auslaßöffnung zugeordnete erweiterte öffnung eine Stellung erreicht, in der sie von einer Wandung der Bohrung abgedichtet wird. Ein derartiges Druck/Spindelweg-Verhältnis ist insbesondere in hydraulischen Kontrollvorrichtungen für Steuerkupplungen von Raupenschleppern erwünscht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, in denen ein paar Steuerventile dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Paar Steuerventile in geschlossener Stellung für einen Raupenschlepper,

Figur 2 eine der Ventilspindeln für die Steuerventile, die etwas in Richtung zu ihrer offenen Stellung verschoben ist,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2,.

Figur 4 eine ähnliche Ansicht, wie die der Figur 2, wobei sich jedoch die Spindel in ihrer offenen Stellung befindet und

Figur 5 ein Diagramm, in dem der Druck gegen den Spindelweg aufgetragen ist.

In Figur 1 sind mit 11 und 12 ein Paar Steuerkupplungen bezeichnet, die im rückwärtigen Antriebsgehäuse 13 eines Raupenschleppers angeordnet sind und durch ein hydraulisches Steuersystem betätigt werden, in dem eine Ventilanordnung enthalten ist. Die Ventilanordnung 16 weist ein Gehaust 17 mit zwei Bohrungen 18, 19 auf, in denen zwei Ventilspindeln 21, 22 derart angeordnet sind, daß sie jeweils zwischen einer

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offenen und einer geschlossenen Stellung axial hin- und herbewegt werden können. Eine Pumpe 23 saugt ein Fluid von dem als Reservoir dienendem Gehäuse 13 über eine Leitung 24 an und befördert das Fluid unter Druck über eine Leitung 25 zu einer Einlaßleitung 27₁ die mit den Einlaßöffnungen 28, 29 im Gehäuse 17 verbunden ist. Ein Paar Betätigungsöffnungen 31f 32 sind im Gehäuse derart angeordnet, daß sie sich mit den Bohrungen 18, 19 überschneiden und in axialer Richtung von den Einlaßöffnungen 28, 29 entfernt sind. Die Betätigungsöffnungen 31, 32 sind mit den Kupplungen 11, 12 durch entsprechende Leitungen, die schematisch durch die Linien 33# angedeutet sind, verbunden. Ein Paar Auslaßöffnungen 36, 37, die in axialer Richtung von den Betätigungsöffnungen 31, entfernt angeordne t sind, sind untereinander durch einen inneren Verbindungsweg 38 verbunden, sowie über einen weiteren Verbindungsweg 39 mit einem Auslaß 41 im Gehäuse 17, der wiederum mit dem Antriebsgehäuse 13 über eine Auslaßleitung in Verbindung steht. Mit 51, 52 sind bekannte Vorspannvorrichtungen bezeichnet, die an den rechten Enden der Ventilspindeln 21, 22 angeordnet sind, um die Spindeln 21, 22 in ihre dargestellten geschlossene Stellungen zu drücken. Die Ventilanordnung 16 weist außerdem ein Entlastungsventil 56 und ein Hochdruck-Überlastventil 57 auf.

Befinden sich beide Ventilspindeln 21, 22 in ihren geschlossenen Stellungen, wie es Figur 1 zeigt, so entspricht der in der Kammer 61 herrschende Druck dem im Auslaß 39 herrschenden Druck, so daß nur die Feder 62 das Entlastungsventil 56 in seiner dargestellten geschlossenen Stellung hält. Ein geringer · Druck in der Einlaßleitung 27 genügt also bereits, um das Entlastungsventil 56 zu öffnen und dergestalt ein Fluid vom Pumpeinlaß 27 zur Leitung 63 zu befördern, die mit dem Verbindungeweg 38 Über die Auslaßöffnung 37 in Verbindung steht. >

¥ie die Figuren 2, 3 und 4 zeigen, ist die Spindel 21 mit einem Paar sich diametral gegenüber liegenden und in axialer Richtung

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'erstreckendenNuten 71, 72 versehen, die eingefräst sein können und ausreichende axiale Abmessungen aufweisen, um die Entfernung zwischen der Einlaßöffnung 28 und der Auslaßöffnung 36 während der Bewegung der Spindel 21 von ihrer geschlossenen zu ihrer offenen Stellung zu Überbrücken. Ein Paar gebohrte Öffnungen 73» 74 erstrecken ν sich radial zur Spindel 21, wobei sie ihre Achse 75 überschneiden. Die Durchmesser der öffnungen 73» 74 sind größer als die Weite·.χ der Nuten 71, 72, wobei die Weiten der Nuten 71» 72 gleich groß sind. In der geschlossenen Stellung der Spindel 21 wird die öffnung 73 am Einlaßende der Nuten durch die Wandung 76 der Bohrung 18 abgedichtet, während die öffnung 74 am Auslaßende der Nuten in ungehinderter Durchflußverbindung mit der Auslaßöffnung 36 steht. Wird die Spindel 21 nur ein wenig in Richtung ihrer offenen Stellung bewegt, wie es in Figur 2 dargestellt ist, so daß ungefähr die Hälfte der öffnung 73 im Verhältnis zur Einlaßöffnung 78 freigelegt wird, so erfolgt ein im Verhältnis zur Spindelbewegung rascher Druckanstieg in der Betätigungsöffnung 31. Dies wird aus der in Figur 5 gezeigten Kurve deutlich, wobei der Punkt A der Stellung der Ventilspindel in den Figuren 2 und 3 entspricht. Ein derartiger rascher Anfangs-Druckanstieg in der Betätigungsöffnung 31 ist bei der Steuerung von Kupplungsbetätigungen in Raupenschleppern höchst erwünscht. Wird die Spindel von der in Figur 2 dargestellten Stellung zu der in Figur 4 dargestellten Stellung verschoben, so steigt der Druck in der Betätigungsöffnung 31 abgestufter an, wie es durch den Mittelteil der in Figur 5 dargestellten Kurve erläutert ist. Wird die Öffnung 74 durch die Wandung 77 der Bohrung 18 abgedichtet, so steigt der Druck in der Betätigungs öffnung 31 wieder rasch an. Auch dieser rasche Druckanstieg bei dem Ende der Spindelbewegung ist bei der Steuerung von Kupplungsvorgängen höchst erwünscht. Die obere Druckgrenze in der Betätigungsöffnung 31 wird durch das Überlastventil

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gegeben und ist in Figur 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

Bei einem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel nach der Erfindung ist die Spindel 21 mit einer ringförmigen Aussparung 81 versehen , die von den Einlaß- und Auslaßöffnungen 73, 74 entfernt angeordnet ist. Die ringeförmige Aussparung 81 steht in direkter Verbindung mit der Betätigungsöffnung 31 und zwar in allen Stellungen der Spindel 21, erstreckt sich Jedoch bei den ArbeiteStellungen der Spindel 21 weder bis zur Einlaßöffnung 28, noch bis zur Auslaßöffnung 36. Die Aussparung 81 ist mit den öffnungen 73, 74 nur über die Nuten 71, 72 verbunden.

Durch die vorliegende Erfindung wird also eine Ventilspindel angegeben, deren axiale Nut ständig eine Fluidverbindung mit der Betätigungsöffnung gewährleistet. Die Nut steht weiterhin mit der Auslaßöffnung in geschlossener Stellung der Ventilspindel in Verbindung, sowie mit der Einlaßöffnung bei offener Spindelstellung. Die dem Einlaß und dem Auslaß sich axial gegenüberliegenden Enden der Nut sind vergrößert, um einen rascheren Druckanstieg im Verhältnis zur Ventilspindelweg während der Anfangs- und Endbewegungen zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung zu erzielen. Die Einlaß-Betätigungs- und Auslaßöffnungen sind entfernt voneinander und in axialer Richtung entlang der Spindelbohrung angeordnet, wobei sie mit letzterer in Verbindung stehen. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen 28, 31 werden durch die Bohrungswandung 76 voneinander getrennt und die Betätigungs- und Auslaßöffnungen 31, 36 werden durch die Bohrungswandung 77 voneinander getrennt. Die Bohrungswandung 76 verhindert zusammen mit der Spindelwandung 82 das Eindringen des Fluids von der Einlaßöffnung 28 zu der Betätigungsöffnung 31, wenn die Spindel 21 in ihrer in Figur gezeigten geschlossenen Stellung ist. Die Bohrungswandung verhindert zusammen mit der Spindelwandung 83 das Eindringen des Fluids von der Betätigungsöffnung 31 zur Auslaßöffnung

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wenn die Spindel 21 in ihrer in Figur 4 dargestellten geöffneten Stellung ist. Die Nuten 71, 72 mit den an der Oberfläche angeordneten sich axial gegenüberliegenden Öffnungen 73, 74 ermöglichen allgemein einen abgestuften Druckanstieg in der Betätigungsöffnung 31, wenn die Spindel 21 von ihrer geschlossenen in ihre offene Stellung gebracht wird, wobei der Druckanstieg beim Beginn und am Ende der Bewegung der Spindel besonders rasch erfolgt. Durch die Erfindung wird also ein ausgezeichnetes Druck/Verschiebungs-Verhältnis für die hydraulische Steuerung von Kupplungsbetätigungen von Raupenschleppern ermöglicht.

Eine sich axial erstreckende Nut mit vergrößerten Öffnungen an ihren Enden ist in der Ventilspindel eines Steuerventils vorgesehen, das weiterhin mit Einlaß-, Betätigungs- und Auslaßöffnungen versehen ist, die in axialer Richtung entlang der Ventilspindelbohrung angeordnet sind. Die axiale Nut steht ständig mit der Betätigungsöffnung in Verbindung und weist eine ausreichende axiale Länge auf, um eine Verbindung zwischen allen drei Öffnungen zu gewährleisten, wenn die Ventilspindel von ihrer geschlossenen zu ihrer offenen Stellung bewegt wird. In der geschlossenen Stellung ist ein Ende der Nut abgedichtet, während das andere mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht. In der offenen Stellung steht dieses eine Ende der Nut mit der Einlaßöffnung in Verbindung, während das andere Ende der Nut von seiner Verbindung mit der Auslaßöffnung getrennt ist. Das Ventil gewährleistet einen raschen Druckanstieg in der Betätigungsöffnung, während der Anfangs- und Endbewegung bei der Betätigung der Spindel von ihrer geschlossenen zu ihrer geöffneten Stellung.

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Claims

Patentansprüche

Steuerventil bestehend aus einem Gehäuse mit einer Bohrung (18), mit einer mit dieser Bohrung verbundenen Einlaßöffnung (27)_f -mit einer mit dieser Bohrung verbundenen Betätigungsöffnung (31), die in einer axialen Richtung von der Einlaßöffnung durch eine erste Bohrungswandung (76) getrennt ist, mit einer mit der Bohrung verbundenen AuäLaßöffnung.. (36), die in derselben axialen Richtung von der Betätigungsöffnung durch eine zweite Bohrungswandung (77) getrennt ist, sowie mit einer Spindel (21), die in der Bohrung derart angeordnet ist, daß sie in axialer Richtung zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung hin- und herbewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindel an ihrer Oberfläche mit einer sich axial erstreckenden Nut (71) versehen ist, die mit der Betätigungsöffnung in Verbindung steht und die an ihren beiden sich axial gegenüberliegenden Enden vergrößerte, an der Oberfläche angeordnete erste und zweite Öffnungen (73» 74) derart aufweist, daß die erste Öffnung (73) durch die erste Bohrungswandung (76) abgedichtet wird und die zweite Öffnung (74) eine ungehinderte Durchflußverbindung zur Auslaßöffnung gewährleistet, wenn die Spindel in ihrer geschlossenen Stellung ist, und daß die erste öffnung (73) eine freie Durchflußverbindung zur Einlaßöffnung (27) gewährleistet bei gleichzeitigem Abdichten der zweiten Öffnung (74) durch die zweite Bohrungswandung (77), wenn die Spindel in ihrer offenen Stellung ist.
2. Steuerventil nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindel eire ringförmige Aussparung (81) aufweist, die zwischen den Öffnungen (73_t 74) und axial getrennt von ihnen angeordnet ist.

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3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmige Aussparung (81) direkt nur mit der Betätigungsöffnung verbunden ist und daß die Fluidverbindung von der Aussparung zu der ersten und der zweiten Öffnung nur über die Nut (71) erfolgt.
4. Steuerventil nach Ansprüchen 1, 2 oder 3» dadurch g e kennzeichnet , daß die beiden Öffnungen (73, 74) ringförmig sind und von der Achse der Spindel aus gesehen transversal angeordnet sind, wobei die Durchmesser der Öffnungen größer als die Nutweite sind.
5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Öffnungen durch die gesamte Spindel hindurch erstrecken.
6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindel mit einer weiteren auf der diametral zur ersten Nut gegenüberliegenden Seite angeordneten Nut versehen ist, die sich in axialer Richtung zwischen den Öffnungen erstreckt und mit diesen in freier Durchflußverbindung steht.

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