DE2624272A1 - Anordnung bei einem hydraulisch betaetigbaren 5/3-wegeventil in schieberbauart - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. Vi.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochein

Frankfurt am Main Staufenstrasse 36

In Sachen:

Bennes Marrel S.A.
Andrezieux (Loire) Frankreich

Anordnung bei einem hydraulisch betätigbaren 5/3-Wegeventil in Schiebe^bauart.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei einen hydraulisch aus einer Mittelstellung heraus betätigharen 5/3-V^reqeventil in Schieberbauart zur Steuerung eines Verbrauchers wie beispielsweise eines doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinders mit je einem Rückschlagventil in den beiden gesteuerten Ventilabgängen und je einem Vorsteuerventil an den Steuereingängen des Wegeventils zur alternativen Unterdrucksetzung oder Entlüftung der betreffenden Betätigungsseite des Ventilschiebers, wobei die Rückschlagventile mit Steuereinrichtungen zum selbsttätigen öffne., des jeweils den Rückstrom vom Verbraucher sperrenden Rückschlagventils versehen sind, wenn die andere Seite des Verbrauchers über das Wegeventil und das von selbst öffnende andere Rückschlagventil unter Druck gesetzt wird.

Bekannte Wegeventile der vorgenannten Art zur Steuerung doppelt wirkender hydraulischer Kraftzylinder, insbesondere bei Tiefbau- und Straßenbaumaschinen, haben beispielsweise einen Flüssigkeitsdurchsatz von 5oo Liter pro Minute bei

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Drücken um 4oo bar. Bei derartigen Ventilsystemen hat sich gezeigt, daß, wenn der Ventilschieber schnell von einer Endstellung in die andere verstellt wird, die Rückschlagventile zur Unzeit aufgesteuert werden. Diese unzeitgemäßen Betätigungen konnten durch Verwendung sich kreuzender Rohrsysteme zwischen den beiden Betätigungskammern für den Ventilschieber des 5/3-Wegeventils vermieden werden. Dies führte jedoch zu einem sperrigen Aufbau mit aufwendiger Montage und hohen Herstellungskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche bei einfacher und kostengünstiger Herstellung derartiger unerwünschte FehlSteuerungen der Rückschlagventile vermeidet.

Erfincungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in Schließrichtung federbelasteten Rückschlagventile von stirnseitic mit der kleineren Kolbenfläche gegen einen Pingsitz dichtende Differentialkölbchen ausgebildet sind, deren in Cffnungsrichtung belastbare Ringfläche dem Flüssigkeitsdruck am gesteuerten Ventilabgang ausgesetzt ist und deren in Schließrichtung belastbare größere Stirnfläche derart über je eines der Vorsteuerventile schaltbar ist, daß sie bei unbetätigtem Wegeventil gleichfalls dem Flüssigkeitsdruck am gesteuerten Ventilabgang ausgesetzt ist, während bei betätigtem Wegeventil die große Kolbenfläche des den Rückstrom von Verbraucher ausgesetzten Rückschlagventils zu einer druckfreien Leitung hin entlastet ist.

Ein erstes Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß jedes Vorsteuerventil als Schieberventil mit vier axial voneinander getrennten erweiterten Ventilkammern innerhalb einer Gehäusebohrung und einem darin durch Druckflüssigkeitsbeaufschlagung seines einen Stirnendes gegen Federkraft verschieblichen Ventil-

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Schiebers mit zwei von Steuerhunden axial getrennten Pi ngnuten ausgebildet ist, welche in der Ruhestellung des Ventilschiebers die erste mit der zweiten Ventilkammer und die dritte mit der vierten VentiIkarmer und in der Petätigungsstellung des Ventilschiebers die zweite mit der dritten Venti lkaimer und die vierte Ventilkammer mit der Druckflüssigkeitszufuhr zum Stirnende des Ventilschiebers verbinden, während die erste Ventilkairirer^ebgesperrt ist, wobei die erste Ventilkammer mit einem der gesteuerten Abgänge des Wegeventils, die zweite Ventilkammer mit der großen Kolbenfläche des dortigen Rückschlagventils, die dritte Ventilkammer mit einer druckfreien Rückleitung und die vierte Ventilkammer mit der einen Betätigungsseite des Wegeventils verbunden sind.

Eine weitere Maßnahme zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß eine vcn rückwärtigen Ende des Vorsteuerventilschiebers abgeschlossene und dessen Rückstellfeder enthaltende Kammer über eine Axialbohrung und mindestens pinp Rartia]hohrnna im Ventilsrhipber zur dritten Ventilkammer des Vorsteuerventils entlüftbar ist. In diesem Falle ist es besonders zweckmäßig, wenn die Radialbohrungen im Vorsteuerventilschieber in radialen Vorsprüngen der zwischen dem zweiten und dritten Steuerbund gelegenen Ringnut des Ventilschiebers münden, die am Ende der Betätigung des Ventilschiebers von der Bohrungswandung im Ventilgehäuse des Vorsteuerventils verschließbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einem in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach Linie I-I in

Fig. 2 durch ein 5/3-Wegeventil mit einer Anordnung nach der Erfindung,

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Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach Linie II-II in Fig. 1 durch das gleiche Ventil,

Fig. 3 in größerem Maßstab eine Einzelheit aus Fig. mit der einen Betätigungskammer des 5/3-Wegeventils, dem zugehörigen Vorsteuerventil und dem einen Rückschlagventil,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Vorsteuerventil nach Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 in größerem Mafistab eine andere Einzelheit aus Fig. 2 mit der anderen Eetätigungskamrer des 5/3-Wegeventils und dem dortigen Vorsteuerventil und

Fig. C bis δ verkleinerte Darstellungen der Fig. 3 mit den Stellungen der einzelnen Ventile in verschiedenen Funktionsphasen.

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte 5/3-Wegeventil hat ein Gehäuse 1, in welchem ein Hauptventilschieber 2 gleitet, der in seiner Mittelstellung durch zwei Federn 3 und 4 innerhalb einer Kammer 5 gehalten wird. Die Kammer 5 liegt an einem Ende des Ventilschiebers 2 und bildet die eine von zwei Betätigungs- oder Steuerkammern für den Schieber 2. Am anderen Ende des Schiebers 2 befindet sich entsprechend eine Betätigungs- oder Steuerkammer 6.

Die Arbeitskammern des 5/3-Wegeventils sind symmetrisch zur Mitte des Ventilschiebers 2 angeordnet und verteilen sich, von der Mitte aus beginnend, wie folgt:

Eine Zentralkammer 9 ist an einem unter Druck stehenden

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Speisedruckkanal 1o angeschlossen. Zwei symmetrisch zu beiden Seiten daran anschließende Kammern 11 und 12 sind mit einer gemeinsamen Rückleitung 13 zu einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter verbunden. Die nachfolgenden Kammern 14 und 15 bilden die gesteuerten Kammern des Ventils und stehen mit den Ventilabgängen 16, 17 über Rückschlagventile 18, 19 in Verbindung. Die äußersten Ventilkammern 2o und 21 schließlich stehen mit dem Speisedruckkanal 1o in Verbindung.

An die Abgänge 16 und 17 ist ein Verbraucher in Form eines doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinders 22 über Leitungen 23, 24 angeschlossen. Die Leitung 23 mündet in die Hauptkammer 25 des Kraftzylinders, während die Leitung zu dessen Ringkammer 26 führt.

Nachstehend werden das rechte Rückschlagventil 19 und dessen Steuereinrichtung an Hand der vergrößerten Darstellung in Fig. 3 erläutert.

Das Rückschlagventil 19 besteht aus einem Differentialkölbchen, dessen kleineres Stirnende mit einer Ringfläche 27 gegen einen Ventilsitz 28 dichtet, welcher die Kammer 15 von einer den Abgang 17 bildenden Kammer trennt. Das Kölbchen weist im Anschluß an die Dichtfläche 27 einen zylindrischen Abschnitt 29 auf, an den sich ein im Durchmesser etwas größerer zylindrischer Abschnitt 31 anschließt. In seinem Inneren enthält das Differentialkölbchen eine zum Ende der Dichtfläche 27 hin offene Sackbohrung 6o und eine zum entgegengesetzten Ende hin offene Sackbohrung 61. Das Kölbcben gleitet mit seiner im Durchmesser größeren Zylinderfläche 31 dichtend in einer Bohrung 34 innerhalb des Ventilgehäuses 1.

Ein Stirndeckel 8o verschließt das offene rechte Ende des Gehäuses 1 und hat mit diesem eine Anschlußebene 81 lotrecht zur Achse des Ventilschiebers 2 gemeinsam. Die Zentrierung

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des Stirndeckels 80 gegenüber deir> Gehäuse 1 wird durch Zapfen 82, 83 und 84 sichergestellt. An der entgegengesetzten Seite zur Ebene 81 ist an den Stirndeckel 80 ein Bock 85 angebracht, der das Gehäuse eines Vorsteuerventils mit einem Ventilschieber 37 bildet, dessen Verschiebeachse lotrecht zur Achse des Schiebers 2 des 5/3-Wegeventils gerichtet ist.

Der Stirndeckel 80 enthält weiterhin Ausnehmungen 86 und 87, welche die Kammer 6 bzw. eine Kammer 35 begrenzen, von denen die letztere sich gegen das der Dichtfläche 27 entgegengesetzte Ende des Rückschlagventilkolbens 19 öffnet. Die Abdichtung der beiden Kammern 6 und 35 in der Ebene 31 wird durch Dichtringe 88, 89 sichergestellt. Eine Schraubendruckfeder 36 stützt sich zwischen dem Boden der Sackbohrung 31 und dem Boden der Ausnehmung 87 ab und ist bestrebt, die Dichtfläche 27 des Rückschlagventilkolbens 19 gegen den Ventilsitz 28 zu drücken.

Pn einem seiner axialen Enden ist der Bock 85 mit einem Anschlußgewinde 75 für eine Steuerleitung 9o versehen, über welche die Ventilkammer 6 mit Druckflüssigkeit versorgbar ist. Ein Ringeinsatz 91 ist am Grund dieser Gewindebohrung festgehalten. An seinem anderen Ende enthält der mit einer Ventilbohrung versehene Bock 85 einen Verschlußstopfen 92, der zusammen mit dem einen Ende eines in der Bohrung verschieblichen Ventilschiebers 37 eine Kammer 93 abschließt, in welcher sich eine zwischen dem Verschlußstopfen 92 und dem Ventilschieber 37 abgespannte Schraubendruckfeder zum Zurückdrücken des Ventilschiebers in die Ausgangsstellung befindet, d.h. in eine Stellung, in welcher das andere Ende des Ventilschiebers 37 die Leitung 9o durch Anlage gegen den Ringeinsatz 91 verschließt, der somit als Ventilsitz dient.

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Der Bock 85 enthält vier von Frweiterunqen der Ventilbohrungen gebildete Ventilkaitimern, die nachstehend in der Reihenfolge vom Verschlußstopfen 92 aus betrachtet werden. Die erste Ventilkammer 63 steht über eine nur mit ihren Anfang angedeutete Leitung 95 in Verbindung mit dem rrestouerten Abgang 17 des 5/3-Wegeventils. Die zweite Ventilkarner ist über eine sich gleichzeitig durch den Stirndeckel 8o und den Bock 85 erstreckende Bohrung an die Kammer 35 angeschlossen. Die dritte Ventilkammer 42 ist über eine nur in ihrem Anfang angedeutete druckfreie Rückleitung 43 mit dem bereits erwähnten Vorratsbehälter verbunden. Schließlich ist die vierte Ventilkamner 42 über eine sich gleichzeitig durch den Stirndeckel 8o und den Bock 85 erstreckende Bohrung an die Betätigungskammer 6 des 5/3-Wegeventils angeschlossen,

Der Ventilschieber 37 enthält zwischen drei Steuerbunden eine erste Ringnut 84 zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Ventilkammern 4o und 63 und eine zweite Ringnut 41 zur Herstellung einer Verbindung entweder zwischen den Ventilkammern 42 und 7o oder zwischen den Ventilkammern 4o und 42. Der Ventilschieber 37 weist ferner eine axiale Sackbohrung 47, welche in die Kammer 93, und zwei damit verbundene Radialbohrungen 97 auf, die in Vorsprüngen in der axialen Mitte der Ringnut 41 auf gleichem Radius wie die Steuerbunde des Ventilschiebers 37 münden (Fig. 4}.

Die Ausbildung des anderen Rückschlagventils 18 und des zugehörigen Vorsteuerventils ist im wesentlichen identisch mit der einzigen Ausnahme, daß die Achse des Vorsteuerventils zur Achse des 5/3-Wegeventils geneigt ist (Fig. 5).

Die vorbeschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Wenn die Betätigungskammer 5 unter Druck gesetzt wird, wird der Ventilschieber 2 in Richtung des Pfeils 5o (Fig· 2 und 6)

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nach rechts verstellt. Die Kammer 15 gelangt dadurch in Verbindung mit der Speisedruckkammer 21, und das Rückschlagventil 19 wird gegen die Wirkung der Feder 36 und gegen den Druck in der Kammer 35 geöffnet. Solange in der Leitung kein Druck ansteht, verbleibt der Ventilschieber 37 des rechten Vorsteuerventils in Ruhestellung, und die Verbindung der Ventilkammern 4o und 63 ermöglicht der Kammer 35, daß sie sich über die Leitung 95 in die Abgangskammer 17 entleert. Die in der Betätigungskammer 6 enthaltene Flüssigkeit fließt gleichzeitig über die Verbindung zwischen den Kammern 7o und 42 und die Leitung 43 zum Vorratsbehälter ab. Die Flüssigkeit füllt den Arbeitsraum 26 im Kraftzylinder 22 an, dessen anderer Arbeitsraum 25 sich durch öffnen des Rückschlagventils 19 entleeren kann. Da für die Rückschlagventile 18 und 19 die gleichen Anordnungen getroffen sind, erfolgt das öffnen des Rückschlagventils 18 in gleicher Weise wie das öffnen des Rückschlagventils 19, wenn der Steuerdruck auf den Ventilschieber 2 in der Betätigungskammer 6 ansteht.

Wpnn Steuerdruck über die Leitunq 9o ansteht, verschiebt dieser den Ventilschieber 37 axial nach oben bis eine Verbindung zwischen dem Kanal 9o und der Ventilkammer 7o geöffnet ist, die der Flüssigkeit das Anfüllen der Betätigungskammer 6 gestattet (Fig.7). Gleichzeitig trennt der Ventilschieber 37 die Ventilkammer 7o von der Ventilkammer 42 und ebenso die Ventilkammer 4o von der Ventilkammer 63 ab und stellt eine Verbindung zwischen der Ventilkanmer 4o und der Ventilkammer 42 her. Die Kammer 35 wird deshalb unmittelbar zum Vorratsbehälter hin geöffnet und ihr Druck sinkt ab. Der Druck in der Betätigungskammer 6 verschiebt währenddessen den Ventilschieber 2 in Richtung des Pfeils 53 (Fig. 2 und 7), so daß Druckflüssigkeit von der Kammer 2o in die Kammer 14 und weiter über den Abgang 16 zum Arbeitsraum 25 des Kraftzylinders 22 zu strömen vermag. Dadurch

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baut sich von dem Arbeitsraum 26 über die Leitung 24 in der Abgangskammer 16 ein Druck auf, der auf die Ringfläche zwischen den beiden im Durchmesser verschiedenen Zylinderflächen 29 und 34 des Rückschlaaventils 19 drückt und das Rückschlagventil 19 gegen die Wirkung der Feder 36 nach rechts öffnet. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Druckflüssigkeit aus dem Raum 35 über die Bohrung 96, die Ventilkainmer 4o, die Ringnut 41 und die Ventilkammer 42 zur druckfreien Leitung 43 und danit zum Vorratsbehälter abzufließen vermag.

Wenn der Ventilschieber 37 in die Nähe seiner oberen Endstellung gelangt, werden die Radialbohrungen 97 von der Ventilbchrung 98 im Bock 85 zwischen den Ventilkamnern 4o und 42 zugesteuert, wodurch die Kammer 93 vollständig abgetrennt wird und der sich darin aufbauende Druck jede weitere Aufwärtsbewegung des Ventilschiebers 37 verhindert. Diese Maßnahre vermeidet das Auftreten von Stößen des Ventilschiebers 37 gegen den Verschlußstopfen 92.

Wenn die Leitung 9o nicht weiter unter Druck gehalten wird, kehrt der Ventilschieber 37 in seine untere Ruhestellung zurück, und die Kammer 35 füllt sich über die Leitung 95, die Ventilkanmer 63, die obere Ringnut im Ventilschieber 37, die Ventilkanr.er 4o und die Eohrung 96 erneut aus dem Ventilabgang 17 mit Flüssigkeit an, während sich das Rückschlagventil 19 unter der Wirkung der Feder 36 nach links verschiebt, bis die Dichtfläche 27 gegen den Ventilsitz 28 anliegt (Fig. 8).

Es ist ersichtlich, daß auch im Fall plötzlicher Verlagerungen des Ventilschiebers 2 ein unerwünschtes und unzeitgemäßes öffnen des Ventilschiebers 37 verhindert wird, weil, wenn sich die Betätigungskammer 6 über die Ventilkammern 7o und 42 und die Leitung 43 entleert, dies zur Folge hat, daß in

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der Ventilkairaner 42 ein Druckanstieg auftritt, der zur Kammer 93 über die Radialbohrungen 97 und die Axialbohrung 47 übertragen wird und den Ventilschieber 37 fest gegen den Ringeinsatz 91 andrückt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf die Anwendung bei 5/3-Wegeventilen beschränkt, sondern läßt sich überall dort anwenden, wo Wegeventile mit Rückschlagventilen in den gesteuerten Ventilabgängen versehen sind.

Patentansprüche /

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Claims (4)

1. -11 Patentansprüche

   Anordnung bei einem hydraulisch aus einer Mittelstellung heraus betätigbaren 5/3-Kegeventil in Schieberbauart zur Steuerung eines Verbrauchers wie beispielsweise eines doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinders mit je einem Rückschlagventil in den beiden gesteuerten Ventilabgängen und je einem Vorsteuerventil an den Steuereingängen des Wegeventils zur alternativen Unterdrucksetzung oder Entlüftung der betreffenden Betätigungsseite des Ventilschiebers, wobei die Rückschlagventile mit Steuereinrichtungen zum selbsttätigen öffnen des jeweils den Rückstrom vom Verbraucher sperrenden Rückschlagventils versehen sind, wenn die andere Seite des Verbrauchers über das Wegeventil und das von selbst öffnende andere Rückschlagventil unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schließrichtung feoerbelasteten Rückschlagventile (18, 19) vcn stirnseitig mit der kleineren Kolbenfläche (27) gegen einen Ringsitz (28) dichtende Differentialkolbchen ausgebildet sind, deren in **frunc-pri chturr ^°]?p+-h?ro Ringfläche dem Flüssigkeitsdruck am gesteuerten Ventilabgang (16, 17) ausgesetzt ist und deren in Schließrichtung belastbare größere Stirnfläche derart über je eines der Vorsteuerventile (37, 85) schaltbar ist, daß sie bei unbetätigtem Wegeventil gleichfalls dem Flüssigkeitsdruck am gesteuerten Ventilabgang (16, 17) ausgesetzt ist, während bei betätigtem Wegeventil die große Kolbenfläche des den Rückstrom vom Verbraucher (22) ausgesetzten Rückschlagventils (18, 19) zu einer druckfreien Leitung hin entastet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß jedes Vorsteuerventil (37, 85) als Schieberventil mit vier axial voneinander getrennten

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   erweiterten Ventilkammern (63, 4o, 42, 7o) innerhalb einer Gehäusebohrung und einem darin durch Druckflüssigkeitsbeaufschlagung seines einen Stirnendes gegen Federkraft (94) verschieblichen Ventilschiebers (37) mit zwei von Steuerbunden axial getrennten Ringnuten (64, 41) ausgebildet ist, welche in der Ruhestellung des Ventilschiebers (37) die erste (63) nit der zweiten Ventilkarmer (4o) und die dritte (42) nit der vierten Ventilkairaner (7o) und in der Betätigungsstellung des Ventilschiebers (37) die zweite (4o) mit der dritten Ventilkammer (42) und die vierte Ventilkammer (7o) nit der Druckflüssigkeitszufuhr zum Stirnende des Ventilschiebers verbinden, während die erste Ventilkammer (63) abgesperrt ist, wobei die erste Ventilkammer (63) mit einem der gesteuerten Abgänge (16, 17) des Wegeventils, die zweite Ventilkanner (4o) mit der großen Kolbenfläche des dortigen Rückschlagventils (18, 19), die dritte Ventilkammer (42) mit einer uruckfreien Rückleitung (43) und die vierte Ventilkamirer mit der einen Betätigungsseite (6) des Wegeventils verbunden 3ind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine vom rückwärtigen Ende des Vorsteuerventilschiebers (37) abgeschlossene und dessen Rückstellfeder (94) enthaltende Kammer (93) über eine Axialbohrung (47) und mindestens eine Radialbohrung (97) im Ventilschieber zur dritten Ventilkammer (42) des Vorsteuerventils entlüftbar ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Radialbohrungen (97) im Vcrsteuerventilschieber (37) in radialen Vorsprüngen (197) der zwischen dem zweiten und dritten Steuerbund gelegenen Ringnut des Ventilschiebers (37) münden, die am Ende der Betätigung des Ventilschiebers von der Bohrungswandung (98) im Ventilgehäuse (85) des Vorsteuerventils verschließbar sind,

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