DE2460993A1 - Hydraulischer steuerkreis - Google Patents

Description

Hainburg, den 2O₀ Dezember 1974 167774 ο1271 FEB

Priorität: 7<> Januar 1974, U₀S.A. Pat.Anm.Nr. 431 360

Anmelder: 2460993

Caterpillar Tractor Co«,
Peoria, Illo, U.S,A,

Hydraulischer Steuerkreis

Die Erfindung "bezieht sich auf hydraulische Steuerkreise mit Steuerventilen und betrifft insbesondere ein Ventil zur Steuerung eines Gerätes oder Werkzeuges mit einem druckausgeglichenen Schieber, um für ein weicheres und gleichförmigeres Anlaufen und Stillsetzen hydraulischer Motoren zu sorgen.

Hydraulisch betätigte Geräte, Werkzeuge und Maschinen arbeiten in zunehmendem Maße mit höheren hydraulischen Durchfluß-

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geschwindigkeiten bzw_o Durchsätzen und Drücken_o Derartige Systeme arbeiten häufig mit Drücken in der Größenordnung von 3OOO - 5000 psi (211 - 352 kg/cm²) und mit Durchflußmengen in der Größenordnung von 50 - 100 Gallonen (189,25 - 378,5 dnr) pro Minute» Derart hohe Durchströmungen und Drücke führen häufig dazu, daß die an solche Vorrichtungen angeschlossenen Werkzeuge sprunghaft und unvermittelt in Gang gesetzt und stillgesetzt werden„ Dies ist insbesondere dort ein Problem, wo Pilotsteuerventile zur Verstellung der Hauptsteuerventile eingesetzt werden_o

Ein Pilotbetrieb von Steuerventilen zur Betätigung hydraulischer Geräte oder Werkzeuge wird gewöhnlich eingesetzt, um die für die Bewegung der Steuerungs- und Bedienungseinrichtungen erforderliche Kraft herabzusetzen und dadurch Ermüdungserscheinungen der Bedienungsperson zu verringern» Ein wesentlicher Nachteil solcher Systeme besteht jedoch im Fehlen einer genauen Steuerung bei der Einstellung während der Verschiebung des Hauptsteuerventils₀ Der Ventilschieber des HauptSteuerventils ist bei solchen Systemen gewöhnlich mit ziemlich steifen Zentrierfedern versehen, um den auf das Ventil wirkenden -Druck zu überwinden und das Ventil'e"5ne Betätigungsstellung zu bewegen,, Es sind also Pilotsysteme mit höherem Druck erforderlich, um die VentiHß in Hochdrucksystemen zu verstellen.

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Dies führt im Ergebnis zu einem System, bei welchem sich der Schieber infolge der zur Verstellung erforderlichen hohen Kräfte ganz abrupt aus einer Stellung in eine andere Stellung bewegt» Diese schnelle Verschiebung der Schieber führt zu sehr hohen Beschleunigungen des Motors von seiner Anfahrstellung zu seiner Betriebsgeschwindigkeit und entsprechend zu einer sehr plötzlichen Bremsung des Motors aus seiner Betriebsstellung zum Stillstände

Bisher bekannt gewordene Versuche, pilotbetätigte Steuersysteme so aufzubauen, daß eine genauere Steuerung des Steuerschiebers erreicht wird, führten zu sehr komplexen und kostspieligen Systemen.

Die -Erfindung bezweckt daher hauptsächlich, die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik mit einfachen und preisgünstigen Mitteln zu überwinden und insbesondere ein druckkompensiertes, pilotbetätigtes Steuerventil mit Kompensationsmitteln zu schaffen, welche der Pilotverstellung des Ventiles in Abhängigkeit von der Belastung des Systemes entgegenwirken„

In Übereinstimmung mit dem HauptgeSichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein pilotbetätigtes Steuerventil erfindungsgemäß mit Kompensationsmitteln versehen, um der Pilotverstellung des Ventiles aus seiner neutralen Stellung zu einer flussigkeitssteuernden Stellung entgegenzuwirken„

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Erfindungsgemäß gehört zu den Kompensationsmitteln eine Kolbenanordnung, welche gegenläufig zu den Pilotkolben arbeitet, welche normalerweise das Ventil versteilen₀ Die entgegengesetzt zu den Pilotmitteln arbeitenden Kolben sind erfindungsgemäß mit einer Verbindung der Betriebsflüssigkeit von den Motor-Steueröffnungen des Systems versehen, so daß die Gegenläufigkeit der Verschiebung des Ventiles in einem Verhältnis zur Druckbeaufschlagung und/oder zur Belastung des Systems steht»

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein pilotbetätigtes Richtventil mit Druckkompensationsmitteln versehen, welche auf den Motor-Leitungsdruck ansprechen, um der Verschiebung des Steuerventilen entgegenzuwirken. Zu dem erfindungsgemäßen Druckkompensationsmittel gehören vorzugsweise jeweils ein Kolben an jedem Ende des Steuerventils mit Mitteln zur Verbindung des Motorleitungsdruckes zu den Kolben, um entgegengesetzt zu einem dem Pilotsteuerdruck zur Verschiebung des Ventiles unterworfenen Kolben zu arbeiten»

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist«.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten hydraulischen Steuersystemes.

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Ein in der Zeichnung allgemein mit 10 bezeichneter Hydraulikkreis weist ein Richtungs-Steuerventil 12 auf, welches zur Umleitung oder Steuerung von Druckflüssigkeit von einer Haupt-Speisepumpe 14 zu einem reversierbaren oder umsteuerbaren Motor 16 im Steuerkreis angeordnet ist. Die Pumpe 14 saugt Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter oder Sumpf 18 an und leitet sie über eine Hauptspeiseleitung 20 zum Richtungs-Steuerventil 12, welches die Flüssigkeit dann wahlweise über Hochdruck-Motorleitungen 22 und 24 zum Hydraulikmotor 16 leitet« Überströmventile 26 und 28 und Ausgleichsventile 30 und 32 sind zwischen den Hochdruck-Motorleitungen 22, 24 und Niederdruck-Rücklaufleitungen 34 und 36 vorgesehen. Die Rücklaufleitungen 3^» 36 sind über eine Niederdruck-Rücklaufleitung 38 mit einer zum Sammelbehälter oder Sumpf 18 führenden Rücklaufleitung 40 verbundene Ein einzelnes Belastungs-Regulierventil steuert eine verzweigte Speiseleitung 44, welche Flüssigkeit vom Einlaß den jeweiligen Motor-Steuerleitungen zuführte

Ein Pilotsteuerventil 46 ist vorgesehen, um Pilotflüssigkeit von einer Pilotpumpe 48 über Pilotsteuerleitungen 50 und 52 einer jeweils an entgegengesetzten Enden des Hauptsteuerventile s vorgesehenen KοIbenanOrdnung zuzuführen, um das Ventil aus seiner dargestellten neutralen Stellung wahlweise in eine die Flüssigkeit umlenkende Stellung zu verschieben,,

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Das Hauptsteuerventil 12 weist ein Gehäuse 5^ mit einer darin ausgebildeten langgestreckten Bohrung 56 auf₉ Die Bohrung 56 ist wie dargestellt mit der Einlaßleitung 20, den Motorsteuerleitungen 22 und 24 und den Ablaufleitungen 34, 36 und 38 verbunden. Ein Ventilschieber 58 ist hLn- und herbewegbar in der Bohrung 56 angeordnet und bewirkt nach Verstellung aus der dargestellten Neutralstellung in eine der beiden Richtungen wahlweise zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Einlaß- oder Speiseleitung 20 und jeweils einer der Motor-Steuerleitungen 22 und 24 oder zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Motor-Steuerleitungen und den Niederdruck-Ablauf leitungen,, Der Ventilschieber 58 weist Ringnuten 60, 62, 64 und 66 auf, die jeweils in der Weise wirken, daß sie eine Verbindung zwischen den jeweils zugeordneten Durchlässen desVentilkörpers herstellen, Zwischen den Nuten sind ringförmige Vorsprünge ausgebildet, welche bei der Verbindung der verschiedenen Einlaß- und Auslaßwege mit der Bohrung eine Sperrung zwischen den jeweiligen ringförmigen Durchlässen bewirken,,

Die Enden des Schiebers begrenzen jeweils entgegengesetzte Kolbenabschnitte 68 und 70» welche mit den Enden der Bohrung 46 zusammenwirken, um Kammern 72 und 7^ zur Aufnahme von Flüssigkeit aus dem Pilotsystem abzugrenzen„

Pilotflüssigkeit kann über das Ventil 46 zu einem der Enden

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des Yentilschiebers 58, d.h. also zu einer der Kammern 72 oder 74 und auf die jeweils zugehörigen Kolben 68 oder 70 gelenkt werden, um den Ventilschieber 58 jeweils von der unter Druck gesetzten Kammer wegzubewegen_o

Im wesentlichen konventionell angeordnete Zentriermittel 76 sind am Ende des Schiebers vorgesehen, um den Schieber in seine dargestellte neutrale Stellung vorzuspannen« In der Neutralstellung über die Speiseleitung 20 in die Bohrung 56 strömende Flüssigkeit fließt im Bereich der Nuten 62 und 64 am Schieber entlang und gelangt durch die Auslässe 58a und 38b über die Rückführleitungen J8 und 40 in den Sammelbehälter 18o Es ist zu beachten, dais es anstelle eine:$?V er bindung der Auslässe 38a und 38b an die Ablaufleitung 38 auch möglich ist, diese Auslässe zur Herstellung einer Druckflüssi gkeitsverbindung zu einem weiteren, nicht dargestellten Steuerventil zu verwenden.)

Die erfindungsgemäßen Druckausgleichsmittel, die in Abhängigkeit vom Druck in den Motorsteuerleitungen wirksam sind, um die Regulierung des Steuerventiles zu unterstützen, bestehen im wesentlichen vorzugsweise aus einem Paar von Kolben 78 und 80, welche hin- und herbewegbar in Bohrungen 82 und 84 an den beiden Endendes Ventilschiebers 58 und der Bohrung angeordnet sind und .mit diesen konzentrisch sind« Die Kolben sind beispielsweise durch Abstützen ihrer inneren Enden an den Schieberenden wirksam mit dem Schieber 58 verbunden,

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während ihre äußeren Enden mit den zugehörigen Bohrungen 82 und 84 jeweils eine Kammer abgrenzen, wobei diese Kammern über Verbindungsmittel, wie Z₀B. Leitungen 86 und 88, an die verschiedenen entgegengesetzten Mot or-Steuerleitung en angeschlossen sind. Beispielsweise verbindet die Leitung 86 den linken Kolben 78 und die Kammer 82 mit der rechten Leitung 24. Entsprechend verbindet die Leitung 88 die Motor-Steuerleitung 22 mit der Kammer 84-, wo sie den Kolben 80 beaufschlagt«

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuerung erläuterte

Die Pilotsteuermittel und das.Ventil arbeiten in der Weise, daß dann, wenn die Bedienungsperson beschließt, das Ventil 58 nach rechts zu verstellen, um eine Verbindung zwischen der Einlaß- oder Speiseleitung 20 über die Leitung 44 zur Motor-Steuerleitung 22 herzustellen, die Verbindung zwischen den Leitungen 44 und 22 über die ßingnut60 hergestellt ist, wenn der Schieber 58 nach rechts verschoben ist₀ Diese Verschiebung tritt auf, wenn die Pilotdruckleitung ^O mit der Pumpe 48 verbunden ist, um Pilot-Druckflüssigkeit in die Kammer 72 einzuleiten, in der die Flüssigkeit auf die Kolbenfläche 68 wirkt, um den Schieber nach rechts zu verstellen. Die Durchschaltung der Flüssigkeit von der Hauptpumpe 14 zur Motor-Steuerleitung 22 verbindet gleichzeitig diese Flüssigkeit über die Leitung 88 mit dem Kolben 80, velcher am rechten

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Ende auf den Schieber 58 wirkt, um der Verstellung des Schiebers nach rechts entgegenzuarbeiten_ö In solchen Systemen ist der Pilotdruck im allgemeinen niedriger als der von der Pumpe 14- gelieferte Arbeitsdrücke Entsprechend weisen die auf den Pilotdruck ansprechenden Kolben einen größeren Durchmesser auf, als die mit dem Arbeitsdruck des Systems _; beaufschlagten Kolben« Das Verhältnis der Größe der Ausgleichskolben zur Größe der Pilotsteuerkolben ist erfindungsgemäß so bemessen, daß beim Auftreten hoheiArbeitsdrücke im Arbeitssystem die Druck-Ausgleichsmittel wirksam werden, um die vollständige und schnelle Bewegung des Ventilschiebers oder die Verschiebung des Ventilschiebers 58 aus der Neutralstellung in die voll geöffnete Stellung zu überwinden oder/ihr zumindest einen Widerstand entgegenzusetzen. Entsprechend wird eine Modulation oder Regelung der Flüssigkeit oder des Hauptsteuerventiles in Abhängigkeit vom Druck im Arbeitssystem auftreten» Das erfindungsgemäße System wird somit das Hauptarbeitssystem entsprechend modulieren oder regeln und die Neigung zu einer schnellen Beschleunigung des Motors überwinden oder herabsetzen«,

Der Ventilschieber und das zugehörige Druckausgleichssystem arbeitet entsprechend, wenn eine Verschiebung für den Rückwärtsantrieb des Motors 16 vorgenommen wird_o Der Ventilschieber und die Kompensiereinrichtung nach der Erfindung können selbstverständlich für die Verwendung in einem Hydraulikmotor beliebiger Bauart ausgestaltet wei'deno

- ANSPRÜCHE

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Claims (6)

1. - ΊΟ -
2. ANSPRÜCHE
3. 1oJ Hydraulisches Steuersystem mit einem pilotbetätigten Steuerventil zur wahlweisen Zuführung von Druckflüssigkeit zu einem Hydraulikmotor, dadurch gekennzeichnet,, daß auf die Druckflüssigkeit ansprechende, einen Widerstand gegen die Verschiebung des Ventiles (12) in eine die Flüssigkeit weiterleitende Stellung bildende Mittel (78,80,82, 84,86,88) vorgesehen sindo
4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Kolben (68,70) zur Betätigung des Steuerventils (12) vorgesehen sind, und daß zweite, an die Druckflüssigkeit angeschlossene Kolben (78,80) gegenläufig zu den ersten Kolben angeordnet sind»
5. 5. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (12) einen Schieber (58) aufweist^ welcher zwischen einer Neutralstellung und einer ersten und zweiten Stellung verschiebbar ist, in welchen Flüssigkeit wahlweise zu einem von zwei Motor-Steuerdurchlässen (22,24) geleitet wird, und daß die zweiten Kolben (78,80) mit den Motor-Steuerdurchlässen in Verbindung (86,88) sind_e

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   Hydraulischer Steuerkreis nach Anspruch 1 mit einem pilotbetätigten, im wesentlichen aus einem Gehäuse mit einer Bohrung und einem darin hin- und herbewegbar angeordneten Schieber bestehenden Steuerventil mit Druckausgleich^ dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruck-Einlaß (20) und zwei Motor-Steuerdurchlässe (22,24) mit der Bohrung (56) des Steuerventils (12) in Verbindung stehen, daß durch pilotbetätigte Verstellung des Schiebers (58) aus einer Neutralstellung wahlweise einer der Motordurchlasse zur Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaß verbindbar ist, und daß auf den Druck in den Motor-Steuerdurchlässen ansprechende Mittel 078,80) zur Aufbringung eines Widerstandes gegen die Verstellung des Ventilschiebers aus seiner Neutralstellung vorgesehen sind«,

   5· Steuerkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pilotbetätigung eine Pilotflüssigkeitsquelle (48)· und Mittel zur Abgrenzung erster Kolbenabschnitte (68,70) an 3ecLe^m Ende des Schiebers vorgesehen sind, und daß Mittel (46) zur wahlweisen Umleitung von Pilotflüssigkeit zu jeweils einem der Kolbenabschnitte für die wahlweise Verstellung des Schiebers vorgesehen sindp
6. 6. Steuerkreis nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die einen Widerstand gegen die Ventilverstellung bildenden Mittel zweite Kolben (78,80) an beiden Enden des Ventil-

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   Schiebers sowie Mittel zur Verbindung (86,88) der Motor-Steuerdurchlässe und der zweiten Kolben umfassen.

   Steuerkreis nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kolbenabschnitte durch die jeweiligen Enden (68,70) des Ventilschiebers (58) gebildet sind, und daß durch die ersten Kolbenabschnitte und die Bohrung (56) des Ventilgehäuses erste Kammern (72,74·) zur Aufnahme von Druckflüssigkeit zur Verstellung des Ventilschiebers abgegrenzt sind ο

   8ο Steuerkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kolben jeweils aus einem zylindrischen, in einer Bohrung (82,84) an jedem Ende des Schiebers (58) hin- und herbewegbar angeordneten zylindrischen Teil (78,80) bestehen, daß jeweils ein Ende der zylindrischen Teile mit einem Schieberende in Eingriff ist, und daß das andere Ende der zylindrischen Teile mit der jeweils zugehörigen Bohrung (82,84) eine Kammer begrenzte

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