DE2716694C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung für einen hydrau­ lischen Arbeitszylinder nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Art.

Es ist schon eine derartige Steuereinrichtung aus der DE-OS 19 29 482 bekannt, die sich zum feinfühligen Steuern positiver und negativer Lasten eignet, wobei der die Last absichernde Sperrblock neben einem hydraulisch betätigten Schaltkolben mit Steuerstiften äußere, mit ge­ häusefesten Ventilsitzen zusammenarbeitende Schließglieder aufweist, in denen federbelastete, zur Vorsteuerung dienende, innere Schließ­ glieder angeordnet sind. Dabei ist das innere Schließglied als ein­ stückiges Bauelement ausgebildet, das sowohl die Drosselfunktion und die Absperrfunktion übernimmt, wozu es unmittelbar aneinander grenzen­ de Abschnitte aufweist. Dabei liegt der die Dichtfunktion übernehmende Abschnitt zwischen dem die Drosselfunktion übernehmenden Abschnitt und der Feder, was zu einer aufwendigen Bauweise führt. Auch ist der ab­ dichtende Abschnitt hier als Kegel ausgebildet, und die in Richtung Feder hin sich verengenden Drosselflächen am inneren Schließglied ar­ beiten mit dem inneren Ventilsitz im äußeren Schließglied zusammen, was eine teuere Bauweise verursacht, da kein zylindrischer Bohrungsab­ schnitt vorliegt. Außerdem ist das innere Schließglied einerseits im Gehäuse und andererseits im äußeren Schließglied gelagert, was eine kostspielige konzentrische Bearbeitung mehrerer Bauteile erfordert. Ferner werden die Sperrventile von einem zweigliedrigen Schaltkolben mit unterschiedlich großen wirksamen Flächen betätigt, wodurch eben­ falls der Aufwand erhöht wird.

Ferner ist aus der DE-GM 19 13 154 eine Steuereinrichtung bekannt, bei der im Sperrblock das innere, kugelige Schließglied Teil eines Vorsteuerventils für das äußere Schließglied bildet. Dabei wird das innere Schließglied von einer Feder auf einen Ventilsitz im äußeren Schließglied gedrückt, das mit einem Fortsatz in eine Bohrung taucht, um bei Offenlage des äußeren Schließgliedes den Durchflußquerschnitt zu bestimmten. Mit dieser Bauweise ist zwar in begrenztem Umfang eine Durchflußsteuerung erreichbar, doch ist es nicht möglich, abhängig von der Stellung des Steuerschiebers auch bei negativer oder ziehender Last eine Feinsteuerung zu erreichen.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Steuereinrichtung ist es Aufgabe der Erfindung, eine stabile und schwingungsfreie Steuerung bei posi­ tiven und negativen Lasten auch mit einfacheren und billigeren Bau­ elementen zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von der gattungsbildenden Bauart mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Auf diese Weise wird eine Steuereinrichtung erreicht, die bei posi­ tiven wie bei ziehenden Lasten eine stabile Feinsteuerung abhängig von der Stellung des Steuerschiebers ermöglicht, wobei der Sperrblock ein­ facher und kostengünstiger baut und weitgehend unter Verwendung bisher vorhandener Teile herstellbar ist; er eignet sich daher gut zum Nach­ rüsten vorhandener Geräte, bei denen neben der Drosselfunktion die dichte Absperrfunktion gewünscht wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuerein­ richtung möglich, die ihre stabile Arbeitsweise und ihre einfache Bauweise begünstigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiederge­ geben und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die ein­ zige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Steuereinrichtung.

Die Figur zeigt eine Steuereinrichtung 10, die in einem Ge­ häuse 11 einen handbetätigten Steuerschieber 12 und einen doppeltwirkenden Sperrblock 13 aufweist. Dem Steuerschieber 12 sind in üblicher Weise eine Zulaufkammer 14, zwei Ver­ braucherkammern 15, 16, zwei Rücklaufkammern 17, 18 sowie zwei Umlaufkammern 19, 21 zugeordnet. Die Zulaufkammer 14 sowie eine erste Umlaufkammer 19 stehen über Leitungen 22, 23 mit einer Pumpe 24 in Verbindung. Die Rücklaufkammern 17, 18 und die zweite Umlaufkammer 21 sind über Rücklaufleitun­ gen 25 mit einem Behälter 26 verbunden. Von den Verbraucher­ kammern 15, 16 führen Anschlußkanäle 27, 28 in eine mehrfach abgesetzte, parallel zum Steuerschieber 12 verlaufende Längs­ bohrung 29, in deren zwischen den Anschlußkanälen 27, 28 ver­ laufendem, mittlerem Abschnitt 31 ein Schaltkolben 32 ge­ führt ist, der einen Teil des Sperrblocks 13 bildet. Die Längsbohrung 29 weist jeweils in den Bereichen zwischen den Anschlußkanälen 27, 28 und einem ersten (33) bzw. einem zwei­ ten Anschluß 34 Ventilsitze 35 bzw. 36 auf, denen jeweils ein erstes (37) bzw. ein zweites, äußeres Schließglied 38 zugeordnet ist. Die äußeren Schließglieder 37, 38 werden von Federn 39, 41 auf ihre Ventilsitze 35, 36 im Gehäuse 11 gedrückt. Jede Feder 39, 41 ist in einem Druckraum 42, 43 angeordnet, die jeweils über eine Schrägbohrung 44, 45 im äußeren Schließglied 37, 38 mit den Anschlüssen 33 bzw. 34 Verbindung haben. Jedes äußere Schließglied 37, 38 ist hohl ausgebildet und weist in seinem Innern einen zweiten Sitz 46, 47 auf, denen jeweils ein kugeliges, inneres Schließ­ glied 48, 49 zugeordnet ist. Von jedem Sitz 46, 47 führt zu einem Absatz 50, 50′ am Druckraum 42, 43 hin ein Boh­ rungsabschnitt 51, 52, in dem jeweils ein Drosselkörper 53, 54 gleitend geführt ist. Jeder Drosselkörper 53, 54 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und hat außen am Um­ fang zwei Drosselkerben 53′, 54′, die hier als ebene, an­ geschliffene, schräg zu deren Längsachse verlaufende Flä­ chen ausgebildet sind und damit jeweils vom Druckraum 53, 54 zum inneren Schließglied 48, 49 hin sich gleichmäßig er­ weiternde Drosselquerschnitte bilden. Die Bohrungsabschnitte 51, 52 sind so lang ausgebildet, daß trotz kompakter Bau­ weise des Sperrblocks 13 eine gute Führung der Drosselkör­ per 53, 54 sowie ein ausreichend verstellbarer Drosselquer­ schnitt erreicht wird. Weiterhin hat jeder Drosselkörper 53, 54 einen eine innenliegende Feder 55, 56 führenden Ansatz 57, 58 sowie auf seiner gegenüberliegenden Stirnfläche eine die kugeligen Schließglieder 48, 49 zentrierende Ausneh­ mung 59, 61. Die inneren Federn 55, 56 drücken somit über die Drosselkörper 53, 54, die inneren Schließglieder 48, 49 auf ihre Sitze 46, 47. Die äußeren Schließglieder 37, 38 weisen an ihren dem Schaltkolben 32 zugewandten Stirnflä­ chen jeweils eine Quernut 62, 63 auf. Der Schaltkolben 32 hat zwei den inneren Schließgliedern 48, 49 zugeordnete Steuerstifte 64, 65, die jeweils über Schultern 66, 67 in Abschnitte mit größerem Durchmesser übergehen. Die Schul­ tern 66, 67 können an den äußeren Schließgliedern 37, 38 zur Anlage kommen und dabei zusammen mit der jeweiligen Quernut 62, 63 den maximalen Durchflußquerschnitt begren­ zen.

Am Steuerschieber 12 sind Feinsteuerfasen 68 angebracht, welche die Ströme zum Verbraucher und im Neutralumlauf be­ einflussen können. Von den Anschlüssen 33, 34 führen Leitun­ gen 69, 71 zu einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder 72 mit Kolben 73 und Kolbenstange 74.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung ist wie folgt: Be­ findet sich der Steuerschieber 12 in der gezeichneten Neu­ tralstellung, so sind die Verbraucherkammern 15, 16 hydrau­ lisch blockiert, der Schaltkolben 32 ist druckausgeglichen und nimmt seine Mittelstellung ein. Damit ist auch der Kol­ ben 73 des Verbrauchers 72 durch die äußeren (37, 38) und inneren Schließglieder 48, 49 des Sperrblocks 13 hydraulisch blockiert.

Wird nun der Steuerschieber 12 aus seiner Mittelstellung nach rechts (bezogen auf Zeichnung) ausgelenkt und dabei der Neu­ talumlauf über die Umlaufkammern 19, 21 mit Hilfe einer Fein­ steuerfase 68 angedrosselt und zugleich die Verbindung von der Zulaufkammer 14 zur Verbraucherkammer 15 aufgesteuert, so baut sich ein Druck im Anschlußkanal 27 auf. Dieser Druck hebt den äußeren Ventilkörper 37 gegen die Kraft der Federn 39, 55 von seinem Ventilsitz 35, und Druckmittel strömt über die Leitung 69 zum Zylinder 72. Gleichzeitig wirkt der Druck im Anschlußkanal 27 auf den Schaltkolben 32 und drückt ihn nach rechts, wobei sein Steuerstift 65 das kugelige Schließ­ glied 49 gegen die Kraft der Feder 56 von seinem Sitz 47 hebt. Dadurch kann Druckmittel vom Zylinder 72 über die Lei­ tung 71, Anschluß 34, Schrägbohrung 45, Druckraum 43, Dros­ selkerben 54′, Sitz 47, Anschlußkanal 28, Verbraucherkammern 16 zur Rücklaufkammer 18 abströmen.

Solange bei diesem Vorgang die auf den Kolben 73 wirkende Last positiv ist, d. h. die zugehörige Kolbenstange 74 ent­ gegen der ausfahrenden Richtung belastet ist, kann eine Feinsteuerung ohne weiteres mit der gerade wirksamen Fein­ steuerfase 68 am Steuerschieber 12 vorgenommen werden, die den zum Arbeitszylinder 72 fließenden Druckmittelstrom in seiner Größe bestimmt. Wird der Bereich der Feinsteuerung dabei vom Steuerschieber 12 durchfahren, so daß eine größere Druckmittelmenge zum Arbeitszylinder 72 strömt, so kann der Schaltkolben 32 mit seiner Schulter 67 am zweiten, äußeren Schließglied 38 anschlagen und dieses von seinem Ventilsitz 36 abheben.

Wird nun bei dem beschriebenen Vorgang die auf die Kolben­ stange 74 wirkende Last negativ, d. h. die Last zieht an der ausfahrenden Kolbenstange 74, so bleibt das zweite, äußere Schließglied 38 in jedem Fall durch den auf es wirkenden Lastdruck geschlossen. Nur das innere Schließglied 49 wird gegen die Kraft der inneren Feder 56 und den Lastdruck so weit geöffnet, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt. Dabei wird durch starke Drosselung am Drosselkörper 54 er­ reicht, daß die Kolbenstange 74 im Zylinder 72 trotz ziehen­ der Last nach außen gedrückt werden muß. Die Feinsteuerung erfolgt nun mit den Drosselkerben 54′ am Drosselkörper 54, der abhängig von seiner Lage im Bohrungsabschnitt 52 einen mehr oder weniger großen Durchflußquerschnitt aufsteuert. Der unterschiedliche Hub des Drosselkörpers 54 läßt sich durch Ändern des Drucks im Anschlußkanal 27 erreichen, in­ dem der Ölstrom über die Umlaufkammern 19, 21 mit Hilfe des Steuerschiebers 12 mehr oder weniger stark angedrosselt wird. Durch entsprechende Auslegung der Steifigkeit der inneren Feder 56 kann die Feinsteuerbarkeit in ihrer Abstufung be­ einflußt werden. Der maximale Hub des Drosselkörpers 54 wird durch die Länge des Steuerstifts 65 bestimmt, da der Schalt­ kolben 32 mit seiner Schulter 67 bei maximalem Hub am äuße­ ren Schließglied 38 anliegt. In der letztgenannten Stellung bestimmt die fertigungstechnisch leicht herstellbare Quer­ nut 63 den wirksamen Durchflußquerschnitt und begrenzt den maximalen Rückstrom vom Arbeitszylinder 72.

Da der Sperrblock 13 symmetrisch ausgebildet ist, kann die Kolbenstange 74 auch beim Einfahren in entsprechender Weise feingesteuert werden, wobei eine negative oder positive Last wirken kann, da bei negativer Last der abflußseitige Öl­ strom immer vorgespannt ist.

Selbstverständlich sind Änderungen am gezeigten Sperrblock 13 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann der doppeltwirkende Sperrblock ohne weiteres für einen einfachwirkenden Verbraucher abgeändert werden. Auch die Drosselkörper 53, 54 können konstruktiv anders ausgebildet werden. Auch die Anordnung der Federn 55, 56 und 39, 41 ist variierbar. Ferner ist es auch möglich, beim Steuern eines Arbeitszylinders mit Differentialkolben im Schaltkolben eine Drossel vorzusehen. Damit soll erreicht werden, daß die Druckübersetzung im Zylinder möglichst gering gehalten wird, weil ein Teil des zum Zylinder fließenden Ölstroms über die Drossel im Schaltkolben in den Rücklauf fließen kann. Für diesen Zweck können auch Drossel-Rückschlagventile verwen­ det werden.

Claims (5)

1. Steuereinrichtung für einen hydraulischen Arbeitszylinder mit einem insbesondere von Hand betätigten Steuerschieber und einem zwischen dem Steuerschieber und dem Arbeitszylinder geschalteten Sperrblock, der einen Schaltkolben mit einem Steuerstift sowie wenigstens ein zugeord­ netes, äußeres Schließglied aufweist, das sich in Ruhestellung gegen einen zwischen zwei Anschlußkanälen angeordneten ersten Ventilsitz im Gehäuse legt und in dem ein von einer Feder belastetes, inneres Schließglied angeordnet ist, das vom Steuerstift von einem inneren Ventilsitz im ersten Schließglied abhebbar ist und eine Druckmittel­ verbindung zwischen einem die Feder aufnehmenden Druckraum und dem steuerschieberseitig gelegenen Anschlußkanal steuert, und mit einem im äußeren Schließglied geführten, dem inneren Schließglied zugeordneten Drosselkörper, der nach einer Richtung hin sich erweiternde Drossel­ querschnitte aufweist, und mit einer radialen, im äußeren Schließglied angeordneten Querverbindung zwischen dem zum Arbeitszylinder führenden Anschlußkanal und dem Druckraum, dadurch gekennzeichnet, daß das in­ nere Schließglied eine Kugel (48, 49) ist und der Drosselkörper als ein im wesentlichen zylindrischer, von der Kugel getrennter Bolzen (53, 54) mit an seiner Mantelfläche liegenden Drosselquerschnitten (53′, 54′) ausgebildet ist, die sich zur Kugel (48, 49) hin erweitern, wobei das äußere Schließglied (37, 38) zwischen dem der Kugel (48, 49) zugeordneten Ventilsitz (46, 47) und der radialen Querverbindung (44, 45) einen durchgehenden Bohrungsabschnitt (51, 52) aufweist, in dem die Kugel (48, 49) und der daran anliegende Bolzen (53, 54) geführt sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Bohrungsabschnittes (51, 52) ein Vielfaches des Durchmes­ sers des kugeligen Schließgliedes (48, 49) beträgt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Schließglied (37, 38) an seiner dem Schaltkolben (32) zugewandten Stirnfläche eine Quernut (62, 63) aufweist und der Schalt­ kolben (32) eine der Quernut (62, 63) zugeordnete Schulter (66, 67) hat.

4. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bohrungsabschnitt (51, 52) bilden­ de Bohrung über einen Absatz (50, 50′) in den Druckraum (42, 43) führt, von dem die radiale Querverbindung (44, 45) ausgeht.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drosselkörper (53, 54) auf einer Stirnfläche eine das kugelige Schließglied (48, 49) zentrierende Ausnehmung (59, 61) hat.