DE2554365C2

DE2554365C2 - Ventileinrichtung zur Wegesteuerung des Arbeitsdruckmittels für einen doppeltwirkenden Servomotor

Info

Publication number: DE2554365C2
Application number: DE2554365A
Authority: DE
Inventors: Dennis James Lake Orion Mich. McAvoy
Original assignee: Sperry Corp Troy Mich; Sperry Corp
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1982-09-16
Also published as: US3929159A; GB1527255A; DE2554365A1; JPS6234963B2; JPS51104633A; CA1029274A

Description

Hydraulische Leistungsübertragungssysteme, wie sie weithin bei mobilen Geräten zur Materialförderung oder -behandlung verwendet werden, weisen Bänke oder Stapel von Wegeventilen des Schiebertyps auf, um die Betriebsweise der zahlreichen Hydraulikmotoren von einer gemeinsamen hydraulischen Druckquelle, beispielsweise einer Hydraulikpumpe mit feststehender Verdrängung, zu steuern. In dem Maße, wie die Leistungsanforderjngen für die Maschinen größer werden, gehen die Konstrukteure dazu über, höhere Drücke anzuwenden, was härtere Anforderungen bezüglich der Ausbildung der Steuerventile stellt. Die höheren Drücke erschweren das Problem in zweierlei Hinsicht: Sie führen zu einem erhöhten Leckstrom im Spalt zwischen dem Ventilschieber und der Bohrung des Ventilgehäuses, in welchem der Ventilschieber gleitet, und die Drücke führen zu einer erhöhten Biegung oder Verwindung des Ventilgehäuses, was dazu führt, daß einzelne Teile der Ventilbohrung außer der genauen axialen Ausrichtung und Konzentrizität geraten. Die Verringerung des Spalts zwischen dem Ventilschieber und dem Gehäuse ist zur Verringerung der Leckflußmenge notwendig, aber ein vergrößerter Spalt ist andererseits der einzige Weg, um das Festklemmen des Ventilschiebers infolge Gehäusevcrbiegungen zu vermeiden. Die Anwendung von lasthaltenden Rückschlagventilen ist allgemein üblich geworden, um einen allmählichen Lastabfall infolge des Leckstroms an dem Ventilschieber zu vermeiden, aber dies erleichtert nur teilweise das zu lösende Problem und ist für System mil sehr hohem Druck nicht adäquat.

Bei einer bekannten Ventileinrichtung zur Wege Steuerung des Arbeitsdruckmitteis für einen doppeltwir kenden Servomotor (US-PS 36 80 5«8) ist eine Schwimmstellung und die Bremssteuerung des Servomotors vorgesehen. Es wird jedoch kein Wegeventil des Schiebertyps verwendet, vielmehr wird die Wegesteue rung mn einer Wegeventilfunktionsgruppe mit r.achge schalieter Ventilkombination erzielt, was /u einem errvititen Aufwand führt Im einzelnen besteht |e<i Ventilkombination au^ einem !asthaltenden Rückschlag ventil und e<nem weiteren Rückschlagventil das zur einen der Druekbegrenzung in der jeweiligen zulaufsei-■tigen Arbeitsleitung, zum anderen der Bremssteuerung des Servomotors durch Drosseln des Ablaufdruckmil· tels und dessen Unmittelbarer Rückführung in die Tankleitung dient In jedem weiteren Rückschlagventil ist eine Rückhaltekammer vorgesehen, die über eine Drossel mit der zugeordneten Arbeitsleitung verbunden

ist und die durch druckabhängiges Öffnen eines sie normalerweise verschließenden, seinerseits drucksteuerbaren Pilotventils entlüftbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der oberbegrifflichen Art zu schaffen, bei welcher die Wegeventilfunktionsgruppe durch ein einfaches Wegeventil des Schiebertyps verwirklicht werden kann, wobei alle Steuermöglichkeiten des Servomotors unter hohen Betriebsdrücken gegeben sein sollen, ohne daß extrem enge Passungen zwischen ι ο dem Wegevenulschieber und dem Gehäuse notwendig sein sollen.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruchs gelöst und durch die Maßnahmen der Unteransprüche weiter gefördert

Der Aufbau der neuen Ventileinrichtung ist derart, daß im Bereich der kritischen Räume beim Wegeventilschieber keine hohen Druckschwankungen vorkommen, so daß insofern keine starken Veränderungen der Lage der Gehäusewandungen und des Wegenventilschiebers selbst zu erwarten sind. Die Passungen können demnach entsprechend eng gemacht werden, ohne daß die Gefahr des Kiemmens auftritt Druckscnwankunjjen, wie sie unvermeidlich beim Betrieb der zu versorgenden Geräte auftreten, werden durch die vorgesehenen Pilotventile in entsprechende, für den Ventilschieber ungefährliche Kanäle abgeleitet

Weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Ventileir.richtung gemäß Erfindung,

Fig.2 die hydraulische Ersatzschaltung der Ventileinrichtung nach F i g. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Die Ventileinrichtung 10 nach F i g. 1 weist ein Gehäuse 12 mit einer Hauptbohrung 14 auf, in der ein Wegeventilschieber 16 geführt und untergebracht ist. Das Gehäuse 12 hat vorzugsweise ebene Seitenflächen, die parallel zur Zeichenebene sind, so daß eine «> Stapelung mit gleichartigen Ventilen möglich ist, die mit Schraubbolzen 18 miteinander verklammert werden können. Das Gehäuse besitzt einen Druckmitteleinlaß 20, der über eine Bohrung 22 mit einer Vet »eilkammer 24 in Verbindung steht, welche eine Erweiterung der Bohrung 14 in etwa deren Mitte darstellt. Bei mittiger Lage des Wegeventilschiebers 16 verschließen bundar· tigo Dichtflächen 26 und 27 die Verteilkammer 24. Wenn der Wegeventilschieber nach links oder rechts verschoben wird, kommt die Verteilkammer 24 mit einer Arbeitsleitung 28 ode^r 30 in Verbindung Diese Arbeitsleitungen 28. 30 führen übe^r lasthaltende Rückschlagventile 32 bzw 34 zu zwei Motorauslässen 36 und 38. die mn einem nicht dargestellten, doppelt wirkenden Servomotor verbunden sind Die Ruckschlagventile 32, l\ werden durch jeweilige Federn 40 auf ihre Sitze gepreßt umJ Jienen dazu, unerwünschter Rückfluß zu verhii ilern. der durch die Schwerkraft de-Last oder andere auf den Servomotor einwirkende Kräfte zustande kommen könnt ftO

Der Veitilschirftc If) weis: weiten- bundnrtige

Dichtflächen 42 und 44 aui, wclüie in mutiger Lage des Venl'iischiebers einen Verbindungsweg der Arbeitsleitungen 28 bzw, 30 zu den Tankleitungen 46 bzw. 48 freilassen, welche sich durch die Bank der Ventile von einem zum anderen Ende erstrecken und zum Tank oder BetriebsmittelvofratSbehäiter führen. Der Durchlaß' querschnitt dieser Verbindungswege braucht nicht groß zu sein, da er lediglich die kleine Auslaßmenge gewisser noch zu beschreibender Pilotventile zu bewältigen braucht. Von den Tankleitungen 46 und 48 erstrecken sich Kanäle 47 bzw. 49 zu weiteren steuerbaren Rückschlagventilen 50 bzw. 52, die von Pilotdruck gesteuert werden und die Verbindung zwischen dem Kanal 47 und dem Motorauslaß 36 bzw. zwischen dem Kanal 49 und dem Motorauslaß 38 freigeben oder sperren. Wenn daher entweder das weitere Rückschlagventil 50 oder 52 über eine Piloteinrichtung betätigt wird, gelangt das vom Motor zurückkehrende Arbeitsdruckmittel direkt in die Tankleitung 46 oder 48, selbst wenn der Wegeventilschieber 16 in eine Lage verschoben ist, bei der die Verbindung zwischen dem Beginn der Arbeitsleitung 28 und der Tankleitung 46 oder zwischen dem Beginn der anderen Arbeitsleitung 30 und der anderen Tankleitung 48 verschlossen ist. Deshalb ist es nicht erforderlich, daß die Passung zwischen den Dichtflächen 42 oder 44 und der Bohrung 14 extrem eng ist, da diese nichts mit dem Absperren des vom Motor zu den Tankleitungen 36 und 38 rückfließenden Arbeitsdruckmittes 7 mn haben.

Die Ausbildung des Rückschlagvei.iil" 52 ist ähnlich der des Rückschlagventils 50, welches eine Gehäusehülse 58 mit Ventilsitz 60 aufweist, auf welchem der Schließkolben des Rückschlagventils 50 normalerweise aufruht und zwar infolge der Vorspannung einer Ventilfeder 62 und des Betriebsmitteldrucks in einer Rückhaltekammer 64. Eine gerätefeste Stange 66, auf welcher der Schließkolben 50 geführt ist, macht die Querschnittsfläche klein, auf welcher dtr Betriebsmitteldruck wirksam wird Der Durchmesser der Rückhaltekammer 64 ist etwas größer als der Durchmesser des Ventilsitzes 60, was zu einer ringförmigen Kolbenfläche am Schließkolben führt, so daß der Druck im Motorauslaß 36 das Rückschlagventil 50 vom Sitz 60 abzuheben vermag, wenn die Rückhaltekammer 64 entlüftet (drucklos gemacht) ist.

Die Rückhaltekammer 64 steht über eine Drosselöffnung 70 mit dem Motorauslaß 36 in Verbindung, ι rid ein Kanal 76 stellt die Verbindung der Rückhaltekammer 64 mit der Einlaßöffnung eines Entlüftungsventils 80 her Da. Entlüftungsventil 80 besitzt eine Auslaßöffnung 82. die über eine zentrale Bohrung 88 und seitliche Aussparungen 90 zur Tankleitung 46 führen. Auf diese Weise kann das Rückschlagventil 50 als Druckbegren zungsventil fur den Motorauslaß 36dienen. Wenn dieser Druck einen zum Ansprechen des F.ntlüftungsventils 80 ausreichenden Wert erreicht, wie dieser durch Einstellung einer Einstellschraube 92 bestimmt wird, und wenn der über das Entlüftungsventil 80 abfließende Strom des Arbeitsdnic kmittels genügend groß ist. fällt der Druck an der ' rössel 70 genügend ab. und wegen des niedrigen Drucks in de^r Rückhalfkammer 64 kann der Arbeitsdruck J;r auf der ringförmigen Fläche des Rückschlag ventils 50 einwirkt, dieses öffnen, so daß der I Iberdruck in de" Arbeitslett ing 28 bzw im Motorauslaß 36 abgelassen wird

Das Rückschlagventil 50 dient auch zur Bremssteue rung des Servomotors und wird dabei von einen· drucksteuerbaren rMotventil 97 gesteuert F.in kleine' Kolben 94 (f ig.Jj mit Stift Sb kann das PilotventiJ 9? aufstoßen, wenn der Kolben 94 in der Zeichnung nach unten bewegt wird. Zu diesem Zweck verbindet ein Kanal 98 die Oberseite des Kolbens 94 über einen weiteren Kanal 99 mit dem Beginn der Arbeitsleitung 28. Ein gewisser kleiner Betrag an Betriebsdruck muß am Beginn der Arbeitsieitung 28 entwickelt werden.

bevor das Rückschlagventil 50 öffnen kann, um den Rückfluß vom Servomotor über die ablaufseilige Arbeitsleitung 36 zum Tank :ju ermöglichen. Die untere Seite des Kolbens 94 stehl; über einen Kanal 95 in direkter Verbindung mit dem Beginn der Arbeitsleitung 28. Ein weiteres, gleichartiges Pilotventil 97 und Kanäle 95,98 und 99 sind zur Steuerung des Rückschlagventils 52 vorgesehen. Unabhängig davon, ob der Wegeventilschieber 16 links oder rechts steht, der Druck aus der Arbeitsteilung 28 oder 30 tut direkt auf die Oberseite beider kleiner Kolben 94 gerichtet. Aber weil der gleiche Druck auf die Unterseite des einen der zulaufseitigen Arbeitsleitung zugeordneten Kolben 94 über den Kanal 95 gelangt, kann nur das Pilotventil 97 des anderen (der ablaufseitige Arbeitsleitung zugeordneten) Kolbens 94 geöffnet werden.

Zur Steuerung des eintretenden Arbeitsdruckmittels in die Kammer 24 ist ein Ventil in der Art eines Kompensator vorgesehen, dessen Schieberkolben 100

:_ J__ n~U„.„„ trt „_ni»iukriiobl »nrl anführt ic» iinrt

durch eine Feder 102 in der Zeichnung nach links vorgespannt wird. An einem Bund des Schieberkolbens 100 ist eine Dichtfläche 104 vorgesehen, welche die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 20 und der Kammer 24 in der dargestellten Lage freigibt Der Schieberkolben 100 weist noch eine Dichtfläche 103 auf. die in der dargestellten Lage die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 20 und einem Übertragkanal 106 sperrt, der zur Einlaßöffnung des im nächsten Abschnitt untergebrachten Ventils in S'tromabwärtsrichtung führt; dies kann auch der Tank sein, wenn es sich um den letzten Abschnitt der Bank bzw. des Stapels von Ventilen handelt Wenn der Schieberkolben 100 nach rechts verschoben ist. ist die Einlaßöffnung 20 mit dem Übertragkanal 106 verbunden. Die Einlaßöffnung 20 kann Arbeitsdruckmittel vom Übertragkanal 106 eines stromauf liegenden Ventils erhalten oder, wenn es sich um das erste Ventil in der Bank handelt direkt von der Förderpumpenleitung.

Das linke Ende des Schieberkolbens 100 unterliegt dem Druck in der Kammer 24, der über eine Bohrung 108 und 110 an das linke Ende herangeführt wird, so daß eine Tendenz zur Druckbegrenzung in der Kammer 24 besteht Eine Federkammer 112 am rechten Ende der Bohrung 22 ist jeweils mit derjenigen Arbeitsleitung 28 oder 30 verbunden, welcher gerade unter dem höheren Druck steht. Das Ventil tastet so die Last des Motors ab. der vom Wegeventil 16 angesteuert wird, und ermöglicht einen konstanten Druckabfall zwischen der Kammer 24 und der jeweils aktiven Arbeitsleitung 28 oder 30 aufrechtzuerhalten. Diese Verbindung wird über Kanäle 99 bewerkstelligt die jeweils von dem Beginn der Arbeitsleitungen 28 und 30 in einen Bohrungsraum 114 zu einem Wechselventil 118 führen, Welches den jeweils höheren Druck über Kanäle 115, 116 zur Federkammer 112 führt.
Außerhalb des Venlilgehäuses 12 ist vorzugsweise ein

Systemkompensationsventil 136 (Fig.2) vorgesehen, welches auf die Last anspricht. Diesem Ventil 136 wird der jeweils höchste Druck aus der Ventilbank zugeführt und es dient dazu, das nicht benötigte Arbeitsdruckmit* te! an den Tank über eine Leitung 122 abströmen zu

ίο lassen. Zu diesem Zweck sind ein Rückschlagventil 126 (Fig.3) und eine kreuzende Leitung 128 in jedem Ventilabschnitt vorgesehen. Diese stehen mit der Betnebskammer des Ventils 136 über eine Leitung 130 (F i g. 2) und eine Drossel 132 in Verbindung. Eine kleine

Ablaufdrossel 134 dient zum langsamen Ablassen dieser Betriebskammer, wodurch das Ventil 136 dann geöffnet wird, wenn alle Wegeventilschieber 16 in ihrer mittleren Lage sind. Mit anderen Worten, dadurch wird das Einschließen von Arbeitsdruckmittel in der Arbeitskam-

mw rfpc Ventile lift vprmieHen wenn beide Rflclcschlair-

Ventile 126 geschlossen sind. Ein Pilotauslaßventil 120 kann ebenfalls vorgesehen sein, welches dazu führt, daß das Ventil 136 den maximalen Druck in der Pumpenförderleitung bzw. im Druckmitteleinlaß 20 begrenzt.

Um die Schwimmstellung zu erhalten, bei welcher beide Arbeitsleitungen mit den Tankleitungen für freie Zwischenzirkulation verbunden sind, kann der Wegeventilschieber 16 nach rechts in F i g. I jenseits der normaf 'n Betriebslage verschoben werden, so daß die

bundartige Dichtfläche 27 rechts von einer Abgriffsöffnung 138 in der Seitenwand der Hauptbohrung 14 liegt In dieser Lage dichtet der linke Fand der Dichtfläche 27 noch immer die Kammer 24 gegenüber der Arbeitsstellung 28 ab. Außerdem dichtet eine bundartige

Dichtfläche 140 die Kammer 24 zur anderen Arbeitslettung 30 ab. und eine bundartige Dichtfläche 142 gibt einen Spalt zur Arbeitsleitung 48 frei. Die Abgriffsöffnung 138 leitet den Druck der Kammer 24 über die Kanäle 116,115 und die Bohrung 114 sowie die Kanäle

■»ο 98 zur Oberseite der kleinen Kolben 94 (F i g. 3), wobei die Unterseiten praktisch drucklos sind. So werden beide Pilotventile 97 betätigt und beide Rückschlagventile 50,52 entlüftet Der Beginn 28,30 der Arbeitsleitungen ist praktisch drucklos, weil von der Druckkammer

24 durch die Dichtflächen 27,140 abgetrennt

Die der Ventileinrichtung 10 zugeordnete hydraulische Schaltung ist auf der rechten Seite der Fig.2 dargestellt In der linken Hälfte ist die hydraulische Schaltung einer entsprechenden Ventileinrichtung dar-

gestellt wobei jedoch die Schwimmstellung fehlt Gegebenenfalls kann ein äußeres Druckbegrenzungsventil 144 vorgesehen sein, um in den Tankleitunr ->n 46, 48 einen niedrigen Rückflußdruck aufrechtzuerhaltea

' Hierzu 2 Blatt Zeichnungen'

Claims

Patentansprüche:

1. Ventileinrichtung zur Wegesteuerung des Arbeitsdruckmittels für einen doppeltwirkenden Servomotor, mit einer Schwimmstellung und mit Bremssteuerung, wobei einer Wegeventilfunktionsgruppe eine Ventilkombination in jeder mit dem Servomotor verbundenen Arbeitsleitung nachgeschaltet ist, und jede Ventilkombination aus einem lasthaltenden Rückschlagventil und einem weiteren Rückschlagventil besteht, das zum einen der Druckbegrenzung in der jeweils zulaufseitigen Arbeitsleitung, zum anderen der Bremssteuerung des Servomotors durch Drosseln des Ablaufdruckmittels und dessen unmittelbare Rückführung in die Tankleitung dient, mit je einer Rückhaltekammer in jedem weiteren Rückschlagventil, die über eine Drossel immer mit der zugeordneten Arbeitsleitung verbunden ist und die durch druckabhängiges öffnen eines sie normalerweise verschließenden, seinerseits durcksteuerbaren Pilotventils entlüftbar ist dadurch gikennzeichnet, daß die Rückhaltekammer (64) des weiteren Rückschlagventils (50,52) nebengeordnet zum Pilotventil (97) ein zweites Entlüftungsventil (80) hat, daß das jeweils ablaufseitige Pilotventil (97) vom Druck in der jeweils zulaufseitigen Arbeitsleitung im Öffnungssinn und vom Druck stromauf des jeweils ablaufseitigen lasthaltenden Rückschlagventils im Schließsinn beaufschlagbar ist, daß die Rückhaltekammer (64) in Offenstellung des Pilotventils (97) über dieses sowie über den die Arbeitsdruckmittelwege steuernden Schieber (·ο) des Wegeventils mit der Tankleitung (46, 48) verbunden st, daf die in Schließstellung wirkende Federspanncng des zweiten Entlüftungsventils (80) einen einsteiibart , jeweils konstanten Wert hat und daß das Wegeventil eine Abgriffsöffnung (138) für den Pumpendruck aufweist von der in der Schwimmstellung des Schiebers (16) eine Druckmittelverbindung (116, 115, 114) zu beiden Pilotventilen (97) besteht, um diese zu öffnen.

2. Venlileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Pilotventil (97) mittels eines zugeordneten Kolbens (94) aufstoßbar ist, uer eine Betätigungskolbenseitc und eine Sperrkolbenseite aufweist, daß vom Beginn jeder Arbeitsleitung (28,30) jeweils Betätigungsdruckkanäle (99,98) bzw Sperrdruckzufuhrkanäle (95) abzweigen, die zur Belätigungskolbenseite bzw. Sperrkolbenseite füh ren. und daß ein Wechselventil (118) die Betätigung* druckkanäle (99, 98) miteinander verbindet, so daß der höhere Druck der zulaufseitigen Arbeitsleitung (z. B. 38) auch für den ablaufseitig angeordneten Kolben (94) wirksam ist.

? Ventilemrichtung nach Anspruch 2. dadurch gcKc inzeichnet, daß der Wegeventilschieber (16) in cn ' extreme äußere Stellung /ur F.r/.ielung der Schwimmstellung verschiebbar ist. bei welche er mit besonderen bundartigen Dichtflächen (27, 140) die Pumpeiulruckzuleitung (20) /u den Arbeitsleitun gen (28, 30) und damit /u den Sperrdruck/iifuhrKann len (95) abriegelt, und daß die (freie) Abgriffsollnung (138) in der Schwimmste|Iung Über die Druckmittel- . verbindung (ll6, 115, 114) mit den Betätigungs^ druckkanälen (99,98) verbunden ist

4, Ventileihrichtung nach Anspruch 2 öder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drückrnittelverbindung(ll6, Ü5,114) in die Federkammer (112) eines der Druckmittelzuführung dienenden Schieberkolbenventils (100) führt welches bei hohem Druckgefälle in der zufuhrseitigen Arbeitsleitung den Zustrom zur Verteilkammer (24) des Wegeventils (16) drosselt

5. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet daß die Druckmittelverbindung (116,115,114) jeder Ventileinrichtung (10) eines Stapels über ein Röckschlagventil (126) zu einem Systemkompensationsv..:ntil (136) führt (über 128, 130, 132), welches einerseits dem Pumpendruck und andererseits dem (höchsten) Arbeitsleitungsdruck unterliegt und bei geringem Arbeitsleitungsdruck die Pumpenleitung mit der Tankleitung (122) \ erbindet