DE2423595C2

DE2423595C2 - Hydraulische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2423595C2
Application number: DE2423595A
Authority: DE
Inventors: Ronald Bernard Wembley Middlesex Walters
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1973-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1985-07-18
Also published as: US3903786A; FR2229878B1; GB1452609A; FR2229878A1; IT1012352B; DE2423595A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltungsanordnung mit einem Steuerventil für die hydraulische Druckversorgung eines über zwei Betriebsleitungen angeschlossenen Verbrauchers und mit einer in einen Strömungsweg des Hydraulikmittels eingeschalteten Kompensationseinrichtung, die ein mit dem Steuerventil zusammenwirkendes Drosselorgan besitzt, auf das in ÖJfnungsrichtung eine Feder und in Schließrichtung ein vor dem Steuerventil herrschender Versorgungsdruck wirkt.

Aus der DE-PS 16 50 375 ist ein hydraulischer Regelkreis zur Regelung der Geschwindigkeit eines umsteuerbaren Fluidmotors bekannt, in dessen Betriebsleitungen ein Steuerschieber eingeschaltet ist. Der von der Druckpumpe kommende Versorgungsdruck wird zum Steuerventil über einen Regclsehiebcr geleitet, dcs.scn Schicbcrkolbcn an einem Ende durch eine Feder und am anderen Ende durch den Pumpendruck belastet ist, wobei auf die federbelastetc Seite des Schieberkolbens zusätzlich das jeweils höhere Druckpotcntial aus den beiden Betriebsleitungen zwischen Steuerschieber und Fluidmotor wirkt das von einem druckabhängigen Pendelschieber ermittelt und zugeführt wird. In dieser bekannten Schaltung spricht der Regelschieber dadurch auf Änderungen in der Einstellung des Steuerventils an, daß bei Verringerung der Öffnungsgröße des Sieuerveniils sich die Druckdifferenz vor und hinter dem Steuerventil erhöht wobei diese einerseits über die Pumpe, andererseits über den Pendelschieber dem R^gelschie-

ber zugeführte Druckdifferenz den Kolbenschieber entgegen der Kraft der Feder verstellt um einen erhöhten Rückfluß oder Bypass zu bewirken.

Da bei dieser Schaltung der Pendelschieber stets den höheren Druck aus den beiden zum Fluidmotor führen-

If den Betriebsleitungen an den Regelschieber weitergibt würden bei Auftreten einer umkippenden Last z. B. einer am Fluidmotor zunächst drückenden und danach ziehenden Last dadurch Gefährdungen eintreten, daß sich die Stellgeschwindigkeit des Fluidmotors nicht mehr regeln läßt.

Bei einer anderen aus der US-PS 32 34 957 bekannten hydraulischen Schaltungsanordnung ähnlich derjenigen der eingangs angegebenen Art ist bei einer Ausführungsform die Kompensationseinrichtung zwischen ci- nem Meßventil und einem Strömungsumkehrveniil angeschlossen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die KompensatioG^inrichtung stets in der vom Meßventil zum Verbraucher fließenden Hydraulikströmung liegt Bei einer zweiten Ausführungsform (F i g. 3), mit der man eine am Fluidmotor bzw. Hydraulikzylinder wirkende, überschlagende Last steuerungsmäßig berücksichtigen kann, sind in einer umständlichen Anordnung zwei vollständige Kompensationseinrichtungen, zwei Rückschlagventile sowie zwei pilotgesteuertc TeI- lerventile vorgesehen, über weiche die Rückflußströ mung für den Fall aufgehalten wird, daß der Druck an der Zuführungsseite zum Fluidmotor nicht mehr im positiven Bereich liegt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hy-

draulischc Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art dahingehend weiterzubilden und zu verbessern, daß ein zuverlässiges Ansprcchvcrhallcn des Verbrauchers auf Stcllbewegungcn des Steuerventils auch dann erhalten bleibt, wenn die am Verbraucher angrci fenden Lasten sich innerhalb weiter Grenzen ändern oder umkehren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drosselorgan der Kompensationseinrichtung zusätzlich zur Einwirkung der Feder von demjenigen Druck beaufschlagt ist, der in der Betriebsleitung zwischen dem Steuerventil und dem Verbraucher herrscht, die jeweils den Zufluß zum Verbraucher führt, und daß das Drosselorgan in wenigstens diejenige der Betriebsleitungen eingeschaltet ist, die den aus dem Verbraucher kommenden Rückfluß führt

Da bei diesem Aufbau der Schaltungsanordnung die Kompensationseinrichtung die Hydraulikströrnung in wenigstens derjenigen der beiden an den Verbraucher angeschlossenen Betriebsleitungen drosselt, die den

M Rückfluß aus dem Verbraucher führt, ist in der Zuführungsleitung zum Verbraucher stets ein positiver Druck gewährleistet. Auf diese Weise können keine Kaviiationscrscheinungen auftreten, und das Steuerventil k;inn den Verbraucher auch dann zuverlässig steuern, wenn

b^rj die am Verbraucher angreifende Last wegläuft oder umschlägt.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kompensationseinrichtung in beide Beiriebslci·

tungen so eingeschaltet ist. daß sie die Hydraulikströmung in beiden Leitungen gleichmäßig drosselt In jedem Fall ist aber nach dem Grundgedanken der Erfindung dafür zu sorgen, daß die Kompensationseinrichtung sich mindestens in der Rückflußlcitung vom Verbraucher befindet

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerventil ein vorgesteuertes Servoventil, wobei der Vorsteuerdruck gleichzeitig ar, einem Wechselventil anliegt, das die den Zufluß zum Verbraucher führende Betriebsleitung bestimmt und den in dieser Lehung herrschenden Druck der Kompensationseinrichtung zuführt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann in einer der Betriebsleitungen ein Strömungsrkhtungs-Abfühlventil eingeschaltet sein, von dem aus Steuerdrücke zur Betätigung eines Wechselventils abgeleitet werden, das die den Zufluß zum Verbraucher führende Betriebsleitung bestimmt und den in dieser Leitung herrschenden Druck der Kumpensationseinrichlung zuführt

Ausführungsbeispiele der Erfinduung sind .nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. I ein Schaltbild einer hydraulischen Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Variante in der Schaltungsanordnung nach Fig. I,

(-'ig.3 eine Draufsicht auf einen Kompensatoreinrichlung und Wechselventil enthaltenden Block zum Anschluß an eine Schaltung nach der Erfindung,

Fig.4 eine Seitenansicht des Montageblocks nach F i g. 3, während

Fig.5—10 Schnitte durch den Montageblock entsprechend den in Fig.4 eingezeichneten Schnittlinien wiedergeben.

Gemäß F i g. 1 wird über ein Steuerventil 1 die hydraulische Druckversorgung eines Verbrauchers 2 gesteuert, der entsprechend der Zeichnung aus einem Kolbenzylinder besteht, obwohl auch andere Ausführungsformen von Verbrauchern, z. B. hydraulische Kapseloder Flügelmotoren vorgesehen sein können. Das Steuerventil 1 besteht aus einem Schieberventil mit einem an die Druckversorgung angeschlossenen Einlaß 3. zu einem Vorratsbehälter führenden Ablauföffnungen 4 und 5 und mit zwei Betriebsöffnungen 8, V, an die entsprechende Betriebsleitungen angeschlossen sind.

Heim Steuerventil 1 handelt es sich um ein pilotgeslLMicrtes Servoventil. Das nicht gezeigte Pilotventil kiinn innerhalb des Schicberkolbens 8 angeordnet sein. Der Steuerdruck des Pilotventils wird den Stirnseiten 9 und 10 des Steuerkolbens 8 zugeführt

Das aus den Betriebsleitungen 6 oder 7 austretende Hydraulikmitlei wird über eine Kompensationseinrichtung 13 Anschlußöffnungen 11, 12 des Verbrauchers 7 zugeführt

Die Kompensationseinrichtung 13 umfaßt ein Schieberventil mit zwei an die Betriebsleitungen 6, 7 des Steuerventils 1 angeschlossenen Einlaßöffnungen 14,15 sowie zwei Auslaßöffnungen 16, 17, die mit den Anschlüssen 11,12 des Verbrauchers in Verbindung stehen. Der Schieberkolben 18 trägt zwei Bundflächen 19, 20, die mit den Einlaßöffnungen 14 und 15 zusammenwirken, um den Zulauf und Ablauf von Hydraulikmittel zu steuern. Auf eine Stirnfläche 21 des Schieberkolbens 18 wirkt der Versorgungsdruck, während am anderen Ende des Schicberkolbens 18 ei>ie Druckfeder 23 anliegt sowie derjenige Druck wirkt, der in einer von einem Wechselventil 22 herangeführten Betriebsleitung herrscht

Das Wechselventil 22 besteht aus einem Schieberventil, auf dessen Schieberenden die gleichen Vorslcucrdrücke wie auch auf den Stirnflächen 9 und 10 des Schicberkolbens 8 wirken. Demzufolge wird der Schiebcrkolben des Wechselvenlils 22 so eingestellt, daß der Kompensationseinrichtung 13 mit derjenigen der Betriebsleitungen 6 und 7 in Verbindung steht, in welcher der vom

to Steuerventil eingestellte Versorgungsdruck wirkt

Im Beirieb ist die Feder 23 so eingestellt daß sie dem über die Öffnung 6 oder 7 des Steuerventils 1 zur Verfügung stehenden, verhältnismäßig niedrigen Druck von 9 kp/cm² entspricht Wird das Steuerventil 1 z. B. nach links bewegt so bewegt sich über den Vorsteuerdruck dementsprechend auch das Wechselventil 22, um die-Betriebsleitung 6 an die Seite der Kompensationseinrichtung 13 anzuschließen, wo auch die Kraft der Feder 23 wirkt Wenn sich die Last zu bewegen beginnt und damit der Druck in der Betriebsleitu¹^ 6 abfällt überwiegt der Versorgungsdruefc an der Sicite 21, um den Schieberkolben 18 nach links zu bewegen, wobei die Bundflächen 19, 20 die Öffnungen 14, 15 so weit drosseln, daß die Hydraulikströmung abnimmt und dadurch der Druck in der Betriebsleitung 6 auf den vorbestimmten Wert von 9 kp/cm² unterhalb des durch die Feder 23 eingestellten Leitungsdruckes gehalten wird. Somit wird in jedem Augenblick über die Öffnungsgröße des Steuerventils 1 die Bewegung des Verbrauchers unabhängig

jo von der Größe der daran angreifenden Last geregelt.

Wenn aufgrund einer mit dem Verbraucher zu überwindenden Last der Druck in der Betriebsleitung 6 ansteigt, bewegt sich der Schieberkolben der Kompensationseinrichtung 13 in F i g. 1 nach rechts, um den reduzierten Druck in der Betriebsleitung auf den vorbestimmten Wert von 9 kp/cm² zu halten.

Falls eine Lastrichtungsumkehr eintritt, sinkt der Druck der Betriebsleitung 6, wodurch der Schiebe -kolben 18 der Kompensationseinrichtung 13 nach links bewegt und die Hydraulikströmung in Betriebsleitungen so wuit gedrosselt wird, bis sich der vorbestimmte reduzierte Druckwert einstellt. Auf diese Weise wird der Verbraucher bei ziehender Last weiterhin iinter der Steuerung des Ventils 1 bewegt, ohne daß dabei Kavitation auftreten kann.

Wenn mehrere Schaltungsanordnungen der beschriebenen Art von einer gemeinsamen Druckölversorgung aus betrieben werden sollen, deren Druck von einer Lastabfühlcinrichtung gcsteucrl wird, so ist cnlsprcchend Fig. I zwischen den Verbraucheranschlüssen 11 und 12 ein Kugelumschaltventil 24 angeschlossen, von dem aus das Hydraulikmmel über eine Leitung 25 einer Maschine oder dergleichen zugeführt wird, wo er benutzt werden kann, um den Auslösepunkt eines Entlass stungsventils oder di^ Einstellung eines Druckkompensators zu steuern und somit den Anstellwinkel einer Taumelscheibenpumpe mit veränderbarer Fördermenge oder eine ähnliche Regeleinrichtung.

In der in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Vorsteuerdrücke des Steuerventils 1 auch zur Betätigung des Wechselventils 22 benutzt. Diese Schaltung ist z. B. dann nicht zweckmäßig bzw. nicht durchführbar, wenn das Steuerventil 1 nicht als Servoventil ausgeführt ist. ^pür diesen Fall eignet sich die in

&j F i g. 2 beschriebene Variante.

Entsprechend F i g. 2 ist in eine der zum Verbraucher 2 führenden Betriebsleitungen ein Strömungsrichturcgs-Abfühlventil 30 eingesetzt, von dem die zur Betätigung

des Wechselventils 22 erforderlichen Pilotdrücke abgeleitet werden. Das Ventil 30 enthält eine Kugel 31, die in einer öffnung einer Platte 32 mit Hilfe von Federn 33, 34 zentriert gehalten ist. Die Pilotdrücke zur Betätigung des Wechselventils 22 werden beiderseits der Platte 32 abgenommen. Da während des Betriebes jegliches in die oder aus der öffnung 12 des Verbrauchers strömendes Hydraulikmittcl das Ventil 30 durchströmt, wird die Kugel 31 aus der die öffnung der Platte 32 verschließenden Stellung entgegen der Kraft der Federn 33,34 nach der einen oder anderen Seite verdrängt. Dabei entsteht am Ventil 30 ein Druckabfall, dessen Größe in erster Linie von der Härte der Federn 33,34 abhängt. Dieser Druckabfall liegt an den Enden des Wechselventils 22 an, von dem aus der Druck der Betriebsleitung zur Kompensationseinrichtung 13 in F i g. I übertragen wird.

Bei einem üblichen Aufbau einer hydraulischen Steuereinheit ist das Steuerventil direkt auf der Betätigungsc'.nhei! oder Arbeitsmaschine befestigt, !n diesem Fall besitzen das Steuerventil und die Arbeitsmaschine zusammenpassende bearbeitete Oberflächen, die Zuführungs- und Verteilerkanäle zur Übertragung der Betriebs- und Pilotdrücke enthalten. Vom Steuerventil und von der Arbeitsmaschine aus ist an die jeweilige Anschlußfläche ein übereinstimmendes Kanalsystem ge- js führt, wobei jede Kanalöffnung in den Anschlußflächen von einem O-Ring umgeben sein kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kompensationseinrichtung, das Wechselventil, gegebenenfalls auch das Lastrichtungs-Abfühl- ventil, in einer Baueinheit zusammengefaßt, die aus einem mit maschinell bearbeiteten einander gegenüberliegenden Flächen versehenen rechteckigen Block besteht. Somit kann die Baueinheit einerseits an das Steuerventil und andererseits an die Arbeitsmaschine ange- schlossen bzw. verschraubt werden. Diese Baueinheit umfaßt den zwischen den unterbrochenen Linien in Fig. 1 befindlichen Bereich.

Entsprechend Fig.3 umfaßt die Baueinheit einen rechtwinkligen Block 40,dessen sichtbare Oberseite und die dazu parallele Bodenfläche flachgefräst und mit entsprechenden öffnungen versehen ist. Ein Ansatz 41 am Block 40 bildet ein Gehäuse für die Kompensatorfeder nach F i g. 1. Zu den in F i g. 3 sichtbaren öffnungen gehört eine Gruppe von vier Durchgangsbohrungen 42, 43,44,45, durch die hindurch die Baueinheit fest mit der Arbeitsmaschine verschraubt wird. Eine Bohrung 46 verläuft ebenfalls durch die Baueinheit und dient als Anschluß für den von der Pumpe kommenden Versorgungsdruck, während eine dazu parallel verlaufende Bohrung 47 das Servoventil und die Kompensationseinrichtung mit dem Vorratsbehälter verbindet. Zwei kleinere Bohrungen 48 und 49 dienen der Übertragung des Pilotdruckes vom Servosteuerventil zum Wechselventil.

Die öffnungen 50 und 51 bilden einen Teil der Betriebsleitung. Diese öffnungen erstrecken sich nicht durch die Baueinheit, sondern sind nur von der jeweiligen Oberfläche ausgehende kurze Bohrungen. Von der Seite der Baueinheit kommende Querbohrungen sorgen für die notwendigen Verbindungen auf der Ventilseite ω und der Maschinenseite zu den Öffnungen der Kompensationseinrichtung. Eine Paßbohrung 52 erleichtert die gegenseitige Ausrichtung beim Zusammenbau.

In der Seitenansicht des Blockes 40 gemäß F i g. 4 sind mehrere Bohrungen sichtbar, die innere Verbindungen ss zwischen der Kompensationseinrichtung und dem innerhalb des Blockes befindlichen Wechselventil bilden. Die äußeren Enden der Bohrungen sind jeweils durch

Schraubstopfen abgedichtet.

Die Kanäle 55 und 56 dienen als Verbindung zwischen den Servoventilöffnungen und der Kompensationscinrichtung und die Kanäle 57 und 58 als Auslaß zum Verbraucher. Die Kanäle 59 und 60 dienen zur Übertragung von Pilotdrücken aus den Kanälen 48 und 49 (F i g. 3) auf die Enden des Wechselventils. Die Bohrung 63 gehört zu einem Anschlußsystem, um das der Feder gegenüberliegende Ende des Kompensatorschicbcrkolbens mil dem Betriebsdruck beaufschlagen. Ein Paßstift 78 erleichtert die gegenseitige Ausrichtung beim Zusammenbau.

Entsprechend Fig.5 und 6 ist der Kompcnsaior-Schieberkolben in einer Bohrung 65 und der Kolben des Wechselventils in einer Bohrung 66 geführt.

Die Auslaßöffnung des Kompensatorvcntils bildet eine Bohrung 57, die mit dem Bctricbslcitungsausgang 67 in Verbindung steht. Die auch in Fig. 7 gezeigten Bohrungen 55 und 56 verbinden die Betriebsöffnungen mit I den Anschlüssen in der ΒοΗηιη^σ für das Wech^elventiL Die Druckleitung 46 und die zum Vorratsbehälter führende Rücklaufleitung 47 sind durch den Block 40 hindurchgebohrt. Eine Bohrung 53 schneidet die Bohrung 66 des Wechselventils an und stellt eine Verbindung mit einem Kanal 69 her, der den vom Wechselventil eingestellten Druck auf das federbelastete Ende der Kornpensationscinrichtung überträgt.

Entsprechend F i g. 7 sind die Betricbsleitungsausgänge 51, W für das Servoventil durch die Bohrungen 55 und 56 und die Querbohrung 70 an die Kanäle 72 und 73 angeschlossen, die die Einlaßöffnungen für das im einzelnen in F i g. 9 gezeigte KomperJsatorventil bilden.

F i g. 8 ist ein Schnitt in der Ebene zweier Kanäle 76, 77, über die der Versorgungsdruck dem der Feder gegenüberliegenden Ende des Kompensatorventils züge- ; führt wird.

Der Schnitt nach F i g. 9 verläuft durch die Achse des Kompensator-Schieberkolbcns 18. Auf ein Ende des Schieberkolbens wirkt die Vorspannfeder 23, die im Gehäuse 41 untergebracht ist. Auf das andere Ende des Schieberkolbens wirkt der Betriebsdruck aus der Druckleitung 46 über die Kanäle 76 und 77 entsprechend Fig.8. Die Betriebsleitungen 67, 68 stehen mit den Bohrungen 57,58 in Verbindung, die die Ventilbohrung 65 kreuzen.

Das Federgehäuse 41 ist an den vom Wechselvcnlil kommenden Verbraucherdruck mittels einer Kanalordnung angeschlossen, von der die Teile 53 und 69 in F i g. 5 sichtbar sind.

Fig. 10 ist ein Schnitt längs einer die Achse des Wechselventils 22 enthaltenden Ebene. Der Schicbcrkolben des Wechselventils ist in einer Bohrung öS geführt und an beiden Enden durch Steuerdruckieitungcn 48 und 49 beaufschlagt.

Die Schaltungsanordnung kann vereinfacht werden, wenn man einen Kompensatorschieber mit einem einzigen Umfangsbund benutzt, der die Hydraulikströmung in nur einer der Betriebsleitungen drosselt Bei Gefahr einer Lastumkehr wird der Kompensatorschieber in der Leitung angeordnet, die sich im Zustand der möglichen Lastumkehr stromab vom Verbraucher befindet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Schaltungsanordnung mit einem Steuerventil für die hydraulische Druckversorgung eines über zwei Betriebsleitungen angeschlossenen Verbrauchers und mit einer in einen Strömungsweg des Hydraulikmittels eingeschalteten Kompensationseinrichtung, die ein mit dem Steuerventil zusammenwirkendes Drosselorgan besitzt, auf das in Öffnungsrichtung eine Feder und in Schließrichtung ein vor dem Steuerventil herrschender Yersorgungsdruck wirkt dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (19,20) der Kompensationseinrichtung (13) zusätzlich zur Einwirkung der Feder (23) von demjenigen Druck beaufschlagt ist, der in der Betriebsleitung zwischen dem Steuerventil (1) und dem Verbraucher (2) herrscht, die jeweils den Zufluß zum Verbraucher führt, und deß das Drosselorgan (19, 20) in wenigstens diejenige der Betriebsleitungen eingeschaltet ist, die den aus dem Verbraucher (2) kommenden Rückfluß führt

2. Hydraulische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (13) in beide Betriebsleitungen (6, 7) so eingeschaltet ist daß sie die Hydraulikströmung in beiden gleichmäßig drosselt

3. Hydraulische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Steuerventil ein vorgesteuertes Servoventil (1) ist und der Vorsüeuerdruck gleichzeitig an ein Wechselventil (22) anliegt, das die den Zufluß zum Verbraucher (2) -führende betrieb^eitung (6 oder 7) bestimmt und den in üierer Leitung herrschenden Druck der Kompensationseim chtung (13) zuführt.

4. Hydraulische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß in einer der Betriebsleitungen ein Strömungsrichtungs-Abfühlventil (30) eingeschaltet ist von dem aus Steuerdrücke zur Betätigung eines Wechselventils (22) abgeleitet werden, das die den Zufluß zum Verbraucher führende Betriebsleitung (6 oder 7) bestimmt und den in dieser Leitung herrschenden Druck ücr Kompensationscinrichtung (13) zuführt.