DE2723279A1

DE2723279A1 - Hydraulisches steuerventil

Info

Publication number: DE2723279A1
Application number: DE19772723279
Authority: DE
Inventors: Homer E Graber; Alan D Jackson; Robert D Krehbiel
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Current assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1977-12-08
Also published as: CA1048369A; JPS52144576A; FR2352973B1; US4037410A; FR2352973A1; JPS6157482B2; GB1581670A

Description

Patentanwalt DIPL-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 8: WISbMANNSIRASSE 14 TElEFON 93 37 74 TELEGRAMMADRESSE

München, den 24. Kai 1977 Unser Zeichen : 64 - 1694

P a te nt anme Idling
der Firma

THE CESSNA AIRCRAFT COMPANY, 5800 East Pawnee Road, Wichita, Kansas 67200, USA

Hydraulisches Steuerventil

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■ Ständiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO, zugelassen bei den Landgerichten München I und Il F"o»tsch6ckkonto München Nr 489 32 8O8 Bankkonten Beyerische Vereinsbank. München. Nr 86189» Deutsche Bank. München. Nr 52/13939

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Steuerventil zum Speisen eines Hydromotors aus einer druck-strömungskompensierten Pumpe mit verstellbarer Fördermenge, mit einem Ventilgehäuse, das eine Längsbohrung aufweist, die eine mit dem Pumpenauslaß verbundene Pumpendruckkammer sowie mindestens eine daneben liegende Arbeitsfluidkammer durchquert, und mit einer in der Längsbohrung angeordneten Ventilspindel, die in einer ersten, neutralen Stellung eine Fluidströmung von der Pumpendruckkammer und aus der Arbeitsfluidkammer unterbricht.

Bei derartigen Fluiddruckkompensationssystemen, die Pumpen mit variabler Verdrängung verwenden, ist es günstig, wenn die Pumpe eine vorbestimmte Strömungs- und Druckhöhe beibehält und nicht maximale Strömung und maximaler Druck über ein Rückschlagventil gedrosselt werden. Bei einem verbesserten System dieser Art, einer lastabhängigen Regelung, hält die Pumpe mit variabler Verdrängung immer genau die zum Bewegen einer bestimmten Last erforderliche Strömungs- und Druckhöhe aufrecht. Diese Regelvorrichtung ist in der US-PS 3,041,521 beschrieben. Dort wird die Last gemessen, indem der Steuerdurchlaß geöffnet wird, so daß der Lastdruck auf die Pumpenausgleichseinrichtung wirkt und dadurch die Pumpenfördermenge auf einen derartigen Wert gebracht wird, der etwas über dem Lastdruck liegt, bevor dieser an den Pumpenauslaß freigegeben wird.

Beim Betrieb eines Kranes oder eines Schaufelbaggers, der eine schwere Last hält und diese langsam anheben soll, muß möglichst eine Rückströmung vermieden werden, welche bewirken könnte, daß die Last vor dem Anheben plötzlich herunterfällt. Dies hat sich in vielen Fällen als schwierig erwiesen.

Bei der Vorrichtung nach der oben erwähnten US-PS besteht dieses Durchsackproblem, Indem direkt vor dem Anheben der Last der Lastdruck auf die Meßleitung gelangt, wodurch eine Rückströmung

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über die Meßleitung zum Sumpf erfolgt, bevor die Pumpe den Druck in dem Lastkreislauf ausgleichen und die zum Anheben der Last notwendige Strömung liefern kann. Diese momentane Rückströmung durch die Meßleitung ermöglicht es, daß die Last die geringe Fluidmenge verliert, die durch die Meßleitung verdrängt wird, bevor der Pumpenauslaß zum Motor hin offen ist, wodurch die Last angehoben wird.

Wenn ein Kran große Stahl- oder Rohrstücke hält, die genau ausgerichtet werden müssen, müssen das Steuerventil und die zugehörige Anlage verhindern, daß die Last vor dem Anheben auch nur um einen winzigen Bruchteil nach unten absinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die das Durchsacken einer Last vermeidet, indem jegliche Rückströmung durch den Meßleitungskreis in den Sumpf vermieden wird, bevor der Pumpenauslaß mit dem Lastkreis verbunden ist.

Dies wird ausgehend von dem eingangs genannten Steuerventil erreicht durch eine die Längsbohrung zwischen der Pumpendruckkammer und der Arbeitsfluidkammer durchquerende Steuerkammer, die mit der Strömungsausgleichseinrichtung der Pumpe in Verbindung steht, durch einen ein Sperrventil aufweisenden Hebedurchlaß zwischen der Arbeitsfluidkammer und der Steuerkammer, wobei dieser Hebedurchlaß eine Strömung nur in Richtung auf die Arbeitsfluidkammer zuläßt, und durch eine solche Ausbildung der Ventilspindel, daß diese in einer zweiten Stellung Druckfluid von der Pumpendruckkammer über die Steuerkammer in die Arbeitsfluidkammer begrenzt durchläßt und in einer mittleren, dritten Stellung Druckfluid von der Pumpendruckkammer in die Steuerkammer, wodurch die Strömungsausgleichseinrichtung der Pumpe einen Förderdruck aufrechterhält, der eine vorbestimmte Höhe über dem von der Last verursachten Druck in der Arbeitsfluidkammer liegt. Bei einer abgeänderten Ausführungsform der

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Erfindung öffnet eine Zwischenstellung den Pumpenauslaß direkt zu dem Steuerdurchlaß hin, wodurch die Pumpe ihren maximalen Druck erreicht, bevor sie zum Lastkreis hin öffnet. Diese Ausführungsform ist jedoch weniger wirksam, da üblicherweise zur Anhebung der Last kein maximaler Druck erforderlich ist.

Das lastabhängige Steuerventil nach der Erfindung hat eine vereinfachte Steuerschaltung.

Die Erfindung ist nachstehend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Richtungssteuerventil nach der Erfindung mit schematisch dargestellten zugeordneten Teilen;

Fig. 2 einen ähnlichen Längsschnitt wie Fig. 1,

wobei sich die Ventilspindel in ihrer Zwischenstellung befindet;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Richtungssteuerventil mit abgewandelter Form von Kran-Rückschlagventilen, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Richtungssteuerventil nach einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Richtungssteuerventil 10 nach der Erfindung. Dieses Ventil ist ein handelsübliches zusammengesetztes Ventil, bei dem mehrere Teile sandwichartig zusammengesetzt sind, wobei jedes Ventil gemeinsame Pumpendruck- und Auslaßdurchtritte benutzt. Benachbarte ähnliche Bereiche 10b und 10c sind schematisch dargestellt. Das Steuerventil 10 regelt die Fluidströmung von einer Pumpe 12 mit variabler Verdrängung mit Druckströmungskompensation zu einem doppelt wirkenden Motor, einem Hubzylinder

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13, welcher seinerseits eine Last W anhebt. Druck-strömungskompensierte Pumpen sind Stand der Technik und beispielsweise in der US-PS 3,508,847 beschrieben. Das Steuerventil 10 umfaßt zwei Arbeitsfluidöffnungen 14 bzw. 16, welche über Leitungen

15 bzs. 17 mit dem Hubzylinder 13 verbunden sind. Das Steuerventil 10 regelt ferner über eine Steuerleitung 20, die symbolisch direkt in Strömungsrichtung hinter einem Rückschlagventil 22 dargestellt ist, eine Strömungsausgleichseinrichtung 36 an der Pumpe 12. Das Steuerventil 10 besitzt eine sich durch den Ventilkörper 23 erstreckende Längsbohrung 24. Diese Bohrung 24 wird von zwei Rückflußkammern 26 und 32 durchquert, die wie symbolisch dargestellt ist - mit den anderen nicht dargestellten Ventilteilen, die in dem Paket benutzt werden können, mit dem Sumpf 38 verbunden sind. Direkt neben den Rückflußkammern durchqueren zwei Arbeitsfluidkammern 27 und 31 die Längsbohrung 24 und sind ihrerseits mit den Arbeitsöffnungen 14 bzw.

16 verbunden. In dem Ventilkörper 23 ist eine Pumpendruckkammer 29 zentral angeordnet und durchquert die Längsbohrung 24 und wird durch einen geschlossenen Durchlaß 86 gespeist. Wie symbolisch dargestellt, ist der Durchlaß 86 mit der Pumpenauslaßleitung 40 verbunden. Die Pumpenauslaßströmung fließt von dem Durchlaß 86 über ein herkömmliches Richtungsventil 42, in der Technik als Lastsperrventil bekannt, in die Pumpendruckkammer 29. Die Längsbohrung 24 wird ferner von einer Zweigsteuerkammer 34 durchquert, die zwei Steuerkammern 28 und 30 besitzt, die zu beiden Seiten der Pumpendruckkammer 29 angeordnet sind. Die Steuerleitung 20 ist über das Rückschlagventil 22 mit der Zweigsteuerkammer 34 verbunden. Ähnliche Steuerhohlräume 34b und 34c von benachbarten Ventilteilen 10b und 10c sind parallel zur Steuerleitung 20 geschaltet. In der Längsbohrung 24 ist eine Ventilspindel 50 angeordnet und mit einem Zentriermechanismus 72 am linken Ende versehen, welcher normalerweise die Ventilspindel in ihrer in Fig. 1 dargestellten neutralen Stellung hält. Die

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Ventilspindel 50 hat Steuerstege 51, 52, 53 und 54, welche durch Nuten 55, 56 und 57 voneinander getrennt sind. In der Mitte der Ventilspindel 50 ist ein Hebedurchlaß 60 vorgesehen, der von zwei seitlichen Kanälen 61 und 62 durchquert wird. In dem Hebedurchlaß 60 ist ein Sperrventil 64 vorgesehen, welches eine Strömung von der zweiten Arbeitsfluidkammer 31 in die Zweigsteuerkammer 34 verhindert. An den Kanten der Steuerstege 52 und 53 der Ventilspindel sind Kerben 65 angeordnet, welche die Strömung von der Pumpendruckkammer 29 in die Zweigsteuerkammer 34 begrenzt durchlassen.

In der in Fig. 1 dargestellten neutralen Stellung ist die Zweigsteuerkammer 34 von der Pumpendruckkammer 29 und der ersten und der zweiten Arbeitsfluidkammer 27 bzw. 31 getrennt, was bewirkt, daß aufgrund der Drosselstelle 35 der Druck in der Steuerleitung 20 auf Null sinkt. Herrscht Atmosphärendruck in der Steuerleitung 20, so reduziert die symbolisch dargestellte Stromungsausgleichseinrichtung 36 den Druck der Pumpe auf einen niedrigen Bereitschaftsdruck. Einzelheiten eines niedrigen Bereitschaftsdruckes sind in der US-PS 3,486,334 beschrieben. Alle Strömungsausgleichseinrichtungen erfordern eine Drosselstelle in dem Arbeitsströmungskreis mit in Strömungsrichtung vor und hinter der Drosselstelle angeschlossenen Meßleitungen zum Messen des Druckabfalls an der Drosselstelle. Bei dem Ventil nach der vorliegenden Erfindung besteht diese Meßstelle aus den Steuerstegen 52 und 53 der Ventilspindel und den zugeordneten Meßkerben 65. Mit anderen Worten, der Druck in der Pumpendruckkammer 29 wird über das Rückschlagventil 22 und die Steuerleitung 20 mit dem Druck in Strömungsrichtung hinter der Ventilspindel in der Zweigsteuerkammer 34 verglichen. Der Druckabfall an der Ventilspindel beeinflußt seinerseits die Stromungsausgleichseinrichtung 36, die ihrerseits die Fördermenge und den Druck der Pumpe 12 regelt.

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Wie bereits vorstehend erwähnt, befindet sich die Pumpe 12 in der in Fig. 1 gezeigten neutralen Stellung in einem Niederdruck-Bereitschaftszustand, da in der Steuerleitung 20 Atmosphärendruck herrscht.

Wird die Ventilspindel 50 in ihre in Fig. 2 dargestellte Zwischenstellung nach links bewegt, so wird Fluid an der Kerbe 65 und dem Steuersteg 52 auf dem Weg in die Zweigsteuerkammer 34 durchgelassen. Bei nur sehr niedriger Strömungsstärke an der Meßkerbe 65 baut sich kein Druck in der Zweigsteuerkammer 34 auf, da die Drosselstelle 35 in der Lage ist, diese geringe Strömung abzuleiten. Nimmt die Strömung über die Kerbe 65 zu, wie in Fig. 2 zu sehen ist, beginnt sich ein Druck in der Zweigsteuerkammer 34 und der entsprechenden Steuerleitung 20 aufzubauen. Dies wiederum bewirkt, daß die Strömungsausgleichseinrichtung 36 diesen Druckunterschied mißt und den Hub der Pumpe 12 erhöht. Die direkte Verbindung zwischen dem Pumpenauslaß und der Steuerleitung 20 bewirkt, daß der Druck in der Pumpe bis zu seinem Maximum ansteigt. Wenn jedoch der Druck in der Zweigsteuerkammer 34 den in der zweiten Arbeitsfluidkammer 31 vorhandenen Lastdruck übersteigt, öffnet das Sperrventil 64 und läßt Strömung aus der Zweigsteuerkammer 34 in die zweite Arbeitsfluidkammer 31. Aufgrund dieser Strömung an dem Hebedurchlaß 60 entsteht eine Druckdifferenz an der Kerbe 65 und sättigt die Strömungsausgleichseinrichtung 36. Die Pumpe 12 wird somit daran gehindert, ihr maximales Druckniveau zu erreichen, bevor die Last in der zweiten Arbeitsfluidkammer 31 ihr maximales Druckniveau erreicht hat. Da der Druck in der Zweigsteuerkammer 34 etwa demjenigen der Last entspricht, wird der Druck in der Pumpendruckkammer 29 um einen durch die Ausgleichseinrichtung 36 festgesetzten Betrag von etwa 14 bar höher sein.

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Wird die Ventilspindel aus ihrer in Fig. 2 dargestellten Stellung noch weiter nach links bewegt, öffnet die Nut 62 einen Durchlaß,der Strömung aus der Zweigsteuerkammer 34 in die zweite Arbeitsfluidkanuner 31 durchläßt. Da der Druck in der Pumpendruckkammer 29 jedoch 14 bar beträgt und damit höher ist als die Last und da die Strömung an der Kerbe 65 nicht ausreicht, um die Drosselstelle 35 zu sättigen, entsteht keine Rückströmung von der Last, und diese beginnt sich ohne irgendwelche Abwärtsbewegungen unmittelbar zu heben.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Sperrventile 64d Ventile für die volle Strömungsstärke sind im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Sperrventilen mit gedrosselter Strömung.

Wenn die Ventilspindel 5Od in ihre Mittelstellung bewegt worden ist, läßt die Kerbe 65 eine begrenzte Strömung von der Pumpendruckkammer 29 in die Zweigsteuerkammer 34. Übersteigt der Druck in der Zweigsteuerkammer 34 denjenigen in der zweiten Arbeitsfluidkammer 31, so öffnet das Sperrventil 64d, und der Druck in der Zweigsteuerkammer 34 strömt durch die Nuten 61d_# 6Od und 62d in die zweite Arbeitsfluidkammer 31. Wird die Ventilspindel 50 noch weiter nach links in ihre volle Strömungsstellung bewegt, so wird das Fluid zwischen Steg 52 und Zweigsteuerkammer 34 immer noch begrenzt durchgelassen, wobei die gesamte Strömung über das Sperrventil 64d geht. Die Ventilspindel 5Od weist noch ein gleichartiges Sperrventil 64d mit zugeordnetem Durchlaß am linken Ende des Ventils auf, um die Arbeitsfluidöffnung 14 in gleicher Weise zu steuern. Bei Verwendung eines Sperrventils 64d mit voller Strömung ist bei dem Ventil 10d nach Fig. 3 keine herkömmliche Lastsperre zwischen den Pumpendruckkammern 29 und 86 erforderlich.

Fig. 4 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Ventilkörper 23 mit

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demjenigen der vorherigen Figuren identisch ist. Die Ventilspindel 5Oe unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß sie keinen Hebedurchlaß und kein zugeordnetes Sperrventil besitzt.

Wird die Ventilspindel 50 nach links in ihre Zwischenstellung bewegt, beginnt die Kerbe 65 Fluid von der Pumpendruckkammer 29 in die Zweigsteuerkammer 34 durchzulassen. In dieser Zwischenstellung ist der Pumpenauslaß über die Steuerleitung 20 und die Zweigsteuerkammer 34 direkt mit der Pumpenausgleichseinrichtung 36 verbunden, so daß die Pumpe ihr maximales Druckausgleichsniveau ansteuert. Wird die Ventilspindel 5Oe noch weiter nach links in ihre Arbeitsstellung bewegt, gelangt die Zweigsteuerkammer 3 4 unter Höchstdruck, wodurch jegliche Abwärtsbewegung der Last vor deren Anheben verhindert wird.

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Claims

Patentansprüche :

1. Hydraulisches Steuerventil zum Speisen eines Hydromotors aus einer druck-strömungskompensierten Pumpe mit verstellbarer Fördermenge, mit einem Ventilgehäuse, das eine Längsbohrung aufweist, die eine mit dem Pumpenauslaß verbundene Pumpendruckkammer sowie mindestens eine daneben liegende Arbeitsfluidkammer durchquert, und mit einer in der Längsbohrung angeordneten Ventilspindel, die in einer ersten, neutralen Stellung eine Fluidströmung von der Pumpendruckkammer und aus der Arbeitsfluidkammer unterbricht, gekennzeichnet durch eine die Längsbohrung (24) zwischen der Pumpendruckkammer (29) und der Arbeitsfluidkammer (27,31) durchquerende Steuerkammer (34), die mit der Strömungsausgleichseinrichtung (36) der Pumpe (12) in Verbindung steht, durch einen ein Sperrventil (6 4) aufweisenden Hebedurchlaß (60) zwischen der Arbeitsfluidkammer (31) und der Steuerkammer (34), wobei dieser Hebedurchlaß eine Strömung nur in Richtung auf die Arbeitsfluidkammer zuläßt, und durch eine solche Ausbildung der Ventilspindel (50), daß diese in einer zweiten Stellung Druckfluid von der Pumpendruckkammer (29) über die Steuerkammer (34) in die Arbeitsfluidkammer (27; 31) begrenzt durchläßt und in einer mittleren, dritten Stellung Druckfluid von der Pumpendruckkamer (29) in die Steuerkammer (34), wodurch die Strömungsausgleichseinrichtung (36) der Pumpe (12) einen Förderdruck aufrechterhält, der eine vorbestimmte Höhe über dem von der Last verursachten Druck in der Arbeitsfluidkammer (27,31) liegt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Steuerkammer (34) eine zur Atmosphäre hin offene Drosselstelle (35) aufweist.

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3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hebedurchlaß (60) in der Ventilspindel (50) untergebracht ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Sperrventil (64) strömungsbegrenzend ausgebildet ist.

5. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hebedurchlaß (60) so angeordnet ist, daß er in der dritten Stellung der Ventilspindel (50) geöffnet ist.

6. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (12) über ein Rückschlagventil (42) mit der Pumpendruckkammer (29) verbunden ist.

7. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Hebedurchlaß (60, 61) an solcher Stelle der Ventilspindel (50) angeordnet ist, daß er in den drei Stellungen des Ventils geöffnet ist und die gesamte Strömung in die Arbeitsfluidkammer hindurchläßt.

8. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine zweite Arbeitsfluidkammer (31), die die Längsbohrung (24) auf der von der ersten Arbeitsfluidkammer (27) abgewandten Seite der Pumpendruckkammer (29) durchquert, und durch eine doppelt verzweigte Steuerkammer (34), deren beide Zweigkanäle (28,30) jeweils zwischen der Pumpendruckkammer (29) und einer der Arbeitsfluidkammern (27,31) die Längsbohrung durchqueren.

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9. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die an die Steuerkammer (34) angeschlossene Steuerleitung (20) ein den Zufluß zu der Steuerkairaner sperrendes Rückschlagventil (22) eingefügt ist.

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