DE2604208A1 - Steuervorrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-Ingo ?.!■/.J. Friedrichs h

Slüciierstr. 51 «

6o5 Offenbach ν

Steuervorrichtun

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung mit Steuergehäuse und Steuerglied zumindest zum teilweise irnpulsaxtigen Steuern von Druckmedien.

Es sind Steuervorrichtungen bekannt, die einen Druckrnedienstrom impulsartig zerlegen; solche Steuervorrichtungen werden beispielsweise in Hydromotoren, verwendet und bewirken, daß nur die jeweils Kraft erzeugenden Kolben mit Druckmedien beaufschlagt werden; in diesen Fällen ist ein konstanter und unveränderlicher Weg der steuernden Kanten der Steuervorrichtung vorgesehen, d.h. die Impulszerlegung über dem Weg bleibt gleichartige Es sind auch Steuervorrichtungen bekannt, die die erzeugten Impulse durch Verkleinerung von Steuerungsquerschnitten infolge Drosselung des Druckmedienstromes zu beeinflussen versuchen (TIS-PS 2.98o.138); in diesen Fällen ist nachteilig, daß eine Erwärmung des Druckmediums infolge der Drosselung, Leistungsverluste und keine klare Druck-Weg-Aufteilung der Impulse eintreten, insbesondere der Winkelweg der Steuerkanten nicht beeinflußbar ist, d„h_o die Impulse werden mehr oder weniger zufällig dn Abhängigkeit von der Größe des Druckmedienstromes, seines Druckes, seiner Viskosität und Temperatur zerlegt. Es ist ferner bekannt, einen Arbeitskolben vibrierend vorzuschieben, d.h. einer z.B. konstanten Geschwindigkeit ist eine Vibration überlagert; nachteilig ist in diesen Fällen, dai3 z.B. ein leerhub nicht ini.t Maximalleis Lung oder -geschwindigkeit gefahren wird, sondern ein Teil der Leistung bzw. des Druckmediums zur Vibrationserzeugung verbraucht wird, dem Arbeitskolben also nicht zur Verfugung steht.

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Es ist Ziel der Erfindung, eine beliebige und stufenlos variable Weg-Aufteilung von Druckmedienimpulsen praktisch unabhängig von Temperatur, Geschwindigkeit und Viskosität des Druckmediums, zu erzeugen. Dann nämlich kann die Wegaufteilung der Impulse "statisch" und unabhängig von den jeweiligen Medienviskosit.äten, von Medientemperaturen und Medienströmen erfolgen, wobei gleichzeitig Leistungsverluste und Erwärmung vermieden werden, auch kann die Leistung des Druckmedienerzeugers voll genutzt werden. Aus dem Ziel der Erfindung wird die neue und bisher unbekannte Aufgabe der Erfindung hergeleitet, die Steuerwege des Steuergliedes stufenlos zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verschiebbare Steuerglied der Steuervorrichtung mindestens eine Steuernute mit in Längsrichtung des Steuergliedes unterschiedlicher Breite hat, wobei bei einer Verschiebung des Steuergliedes unterschiedliche Steuerwege zur Wirkung .kommen. Die bislang unbekannte Aufgabe wird ferner auch dadurch gelöst, daß das Steuerglied mindestens eine Steuernute mit in Längsrichtung des Steuergliedes unterschiedlicher Breite hat, wobei das gegenüber dem Steuerungsgehäuse rotationsfähige Steuerglied selbst nicht verschoben wird, stattdessen aber ein externes, gegenüber dem Steuerungsgehäuse nicht rotierendes Steuerglied.

Die Zeichnungen dienen der Erläuterung des Erfindungsgedankens. Es zeigen

Fig. 1 ein konventionelles, axial verschiebbares Steuerglied entsprechend der US-PS 2.98o.138,

Fig. 2 erfindungsgemäße Steuerglieder, und zwar

Fig. 2a ein erfindungsgemäßes Steuerglied mit zwei Impulsanschlüssen und längs des Durchmesserumfanges tra— pezartig angeordnete Steuerstege,

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Fig, 2b ein erfindungsgemäßes Steuerglied gemäß Fig. 2a, jedoch, in verkürzter Bauart mit sinusartigen Steuerstegen.

Fig. 2o ein erfindungsgemäßes Steuerglied gemäß Fig. 2b, jedoch mit nur einem Impulsanschluß und weiterem Beispiel einer Steuerstegausführung,

Fig. 3a ein erfindungt.gemäßes Steuerglied gemäß Fig. 2c, jedoch ohne Axialverschiebung, aber mit axial beweglichem externen Steuerglied,

Fig. 3b einen einseitig beaufschlagten Arbeitskolben mit Antrieb durch eine Steuervorrichtung gemäß Fig. 3a,

Fig. 4a zeigt gleichmäßig geteilte Steuerimpulse, und zwar links in theoretischer Form, rechts durch Dichtkantendrosselung abgerundete Konturen,

Fig. 4b. zeigt gemäß Erfindungsgedanken veränderte Steuerimpulse, jeweils theoretisch und ein Beispiel weicher Ansteuerung,

Fig. 4c zeigt beispielhaft durch Überdeckungsänderung erzielbare weitere Impulsformen,

Fig. 5a zeigt Impulse eines konventionellen Steuergliedes, und zwar links gleichmäßig, rechts ungleichmäßig geteilt,

Fig. 5b zeigt die infolge Drosselung auftretenden, idealisierten Yerlustflachen (schraffiert) bei Verstellung eines konventionellen Steuergliedes,

Fig. 5c zeigt die gegenüber Fig. 5b wünschenswerten, aber durch einfache Verstellung nicht realisierbaren Impulsformen, die noch nicht die insgesamt mögliche Impulsfläche entsprechend idealer Impuls-Wegaufteilung beinhalten,

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!Pig. 5d zeigt Impulse eines erfindungsgemäßen Steuergliedes gemäß Fig. 2 in einem konventionellen Steuergehäuse gemäß Fig. 1 mit kreuzschraffierten Verlustflächen links bzw. ungenutzten Totflächen zwischen den Impulsen rechts,

Fig. 5e zeigt tatsächliche Impulse mit verschiedenen, schraffiert gezeichneten Verlustflächen, die bei konventionellen Steuergliedern allgemein auftreten, erfindungsgemäß jedoch zumindest teilweise vermeidbar sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Steuergerät besteht aus einem Steuerglied 1 mit Steuernuten 2 und innerer oder äußerer Durchlaßöffnung 3, sowie einem Steuergehäuse 4, welches einen Einlaß P für das Druckmedium, einen oder mehrere Impulsanschlüsse A, B und einen Auslaß T für das Druckmedium hat. Bei Rotation des Steuergliedes 1 werden die Impulsanschlüsse von den Steuernuten 2 überfahren, so daß wechselweise eine Verbindung zur Einlaßöffnung P und zur Auslaßöffnung T besteht. Dadurch entstehen an den Impulsanschlüssen Druckimpulse, wie beispielhaft in Fig. 5a gezeigt.

Wird während der Rotation des Steuergliedes dieses z.B. nach links axial um den Weg s verschoben, so wird der Durchflußquerschnitt von Anschluß A verkleinert, wahrend der Durchflußquerschnitt von Anschluß B vergrößert wird. Bei fließendem Druckmedium liegen infolge Drosselung an Anschluß A dann schwächere Impulse als an Anschluß B vor. Die Impulskonturen und das Arbeitsvermögen der Impulse werden somit maßgeblich durch die Größe des Druckmedienstromes, dessen Temperatur und Viskosität bestimmt und verändert, wobei entsprechende Drosselungsverluste und unerwünschte Erwärmung auftreten (Fig. 5b)-. Der Winkelweg des Steuergliedes und damit der Impulsweg bleiben trotz einer Verstellung des Steuergliedes prinzipiell konstant.

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In Analogie zur mechanischen Arbeit (=Kra,ft χ Weg); kann in. den Diagrammen die Irapulsarbeit als Produkt von Druck und (Winkel-) Weg z.B. des Steuergliedes definiert werden, wobei die Beziehung des Druckes (= Kraft : Fläche): wieder durch Einführung der in allen Fällen konstant anzunehmenden Fläche zur mechanischen Arbeit führt. Es ist wünschenswert, die Impulse weitgehend unabhängig von Durchfluß, Temperatur, Viskosität zu gestalten, Verluste und Erwärmung zu vermeiden und die hydrostatische Arbeit weitestgehend in Impulsarbeit umzusetzen und zu nutzen. Diese Aufgabe wird gemäß Fig. 2a durch das erfindungsgemäße Steuerglied erfüllt: wird dieses während seiner Rotation um den Weg s nach rechts verschoben, so ist B jeweils während eines längeren Winkelweges des Steuergliedes mit S verbunden, während A gleichzeitig während eines längeren Winkelweges mit P verbunden ist. Während der nächsten Phase ist B längs eines kürzeren Weges mit P verbunden. Bei Verschiebung des Steuergliedes um einen Weg s nach links tritt die umgekehrte Wirkung ein. Dieses ist rechts in Fig. 5a gezeigt. In den Impulsdiagrammen bezeichnen die Pfeile ¹¹A" und "B!' jeweils die an den zugehörigen Anschlüssen A, B auftretenden Drücke, Pfeil "S" kennzeichnet den Winkelweg des Steuergliedes. Die innerhalb den Impulsbegrenzungslinien liegenden Flachen entsprechen der zuvor definierten Impulsarbeit. Sofern die Breite des Steuersteges schmaler als die Öffnungen der Impulsanschlüsse A bzw„ B ist, sind auch Totzeiten entsprechend Fig. 5d erreichbar, denn es tritt ein Kurzschluß zwischen P und T auf. Totzeiten mit Verlustarbeit gemäß Fig. 5d sind im Falle breiterer Steuerstege aber auch erzielbar. Die in den Figuren 2 und 3 abgewickelt dargestellten Steuerstege haben demnach sowohl beliebige Breite als auch beliebige Kontur. Die Anschlüsse für Druckmedium und zur Impulsabnähme sind ebenfalls beliebig. Der Erfindungsgedanke ist mit mindestens einem Impulsanschluß realisierbar, wie in Fig. 2c gezeigt. Das Steuerglied braucht auch nicht selbst verschiebbar zu sein. Die eigentliche Impulserzeugung kann gemäß Fig. 5a durch das eigentliche Steuerglied 1' erfolgen,

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, während die Impulsaufteilung und -abnähme über zusätzliche Bohrungen 5 erfolgen, die durch ein Ventil 1'' geöffnet oder geschlossen werden. Die Doppelfunktion des erfindungsgemäßen Steuergliedes 1 gemäß Fig. 2 wird dadurch lediglich in die Zerteilungsfunktion des zerteilenden Steuergliedes 1' und die Zuteilungsfunktion des zuteilenden Steuergliedes 1''' zerlegt. Das externe und zuteilende Steuerglied 1'' leitet das Druckmedium über z.B. Bohrungen 7 zum Inipulsanschluß A.

Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung können 1, oder mehrere Impulsanschlüsse gesteuert werden. Es ist auch möglich, beispielsweise 3 Anschlüsse so zu steuern, daß bei voller Arbeitsausnutzung ein konstanter Einlaßstrom lückenlos in ,"jeweils 2x3 Einzeliinpulse zerlegt wird, indem z.B. die Totzeiten gemäß Pig. 5c für den dritten Anschluß genutzt werden, oder entsprechend andere Überde-ckungen für die Steuernutbreite und die Steuerstegbreite bei entsprechender Phasenverschiebung der dritten oder weiteren Anschlußbohrung gewählt werden.

Selbstverständlich kann durch entsprechende Feinsteuerung der Steuerzeitpunkte eine beliebige Veränderung der bei konstantem Zulaufstrom bzw. -druck rechteckigen Form der Impulse auf bekannte Weise erzielt werden, wie- z.B. gemäß Fig. 4a und 4b rechts oder Fig. 4c.

Selbstverständlich kann dieselbe Impulserzeugung durch zyklische Vertauschung der Elemente der Steuervorrichtung erzielt werden, wobei beispielsweise das Gehäuse 4 rotiert, und das Steuerglied 1 feststeht, oder aber zwischen einem stationären Gehäuse ("4") und einem stationären Steuerglied 1 (I¹) eine rotierende Buchse angeordnet ist, die eigentlich die Funktion eines rotierenden Gehäuses 4 ausübt. Auch ist es bei Anwendung des Erfindungsgedankens möglich, ein stationäres Steuergehäuse, in diesem eine verschiebbare Steuerbuchse 1 ^! ' und ein lediglich rotierendes Steuerglied 1 ^fi zu verwenden. Die verschiebbare Steuerbuchse hat dann

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eine ähnliche Funktion wie das externe Steuerglied 1'^! gemäß Fig. 3a. V/eitere Variationsmöglichkeiten sind ebenfalls innerhalb des Bereiches des ursprünglichen Erfindungsgedankens denkbar und fallen insofern unter den Schutzbereich dieser Anmeldung.

Es versteht sich ferner, daß mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung auch Impulse mit beliebigen Yerlustflachen erzielt werden können, wie beispielhaft in 5e dargestellt.

Es versteht sich des weiteren, daß die Überdeckung des Steuergliedes in einem Steuergehäuse oder in einer Steuerbuchse so gewählt werden kann, daß im Bereich einer oder beider Endlagen des Steuergliedes

a. der Druckanschluß mit dem Abfluß verbunden ist (Leerlauf) und/oder

b. der Druckanschluß mit mindestens einem Impulsanschluß verbunden ist und/oder

c. ein oder mehrere Impulsanschlüsse mit dem Abfluß verbunden sind und/oder

d. ein oder mehrere Impulsanschlüsse miteinander verbunden sind.

In diesen Fällen arbeitet die Steuervorrichtung insofern, teilweise oder ganz als an sich bekanntes aber zusätzlich rotierendes Wegeventile

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   260A208

   Steuervorrichtung mit Steuerungsgehnuse und Steuerglied zum zumindest teilweise impulsartigen Steuern von Druckmedien, wobei der Druckmedienzulauf und -ablauf zumindest zeitweise periodisch getrennt und intermittierend auf mindestens eine Impulsauslaßöffnung gegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine auf dem Steuerglied befindliche Steuernute in dessen Längsrichtung unterschiedliche Breite hat.
2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied im Steuerungsgehäuse verschiebbar angeordnet ist.
3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergehäuse im Bereich der Steuernuten des ersten Steuergliedes 1' Öffnungen 5 aufweist, welche durch ein zweites Steuerglied 1'' geöffnet oder verschlossen werden.
4. 4» Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerungsgehäuse und dem diesem gegenüber rotationsfähigen Steuerglied ein weitex^es, verschiebbares Steuerglied angeordnet ist,
5. ο Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuersteg in Längsrichtung des Steuergliedes unterschiedliche Breite hat.
6. 6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die überdeckungen des Steuergliedes in einer oder beiden Endlagen so ausgelegt sind, daß das Steuerglied teilweise oder ganz als Wegeventil geschaltet ist, welches eine überlagerte Rotation aufweist.

   709832/0063 ORIGINAL INSPECTED