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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Dreh-
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vorrichtung für einen an einen Schlepper anhängbaren Drehpflug mit
einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Einheit und einer Umsteuereinrichtung gemäß
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Hydraulische Drehvorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt geworden und werden überall dort eingesetzt, wo nach einer externen Kommandogabe
durch Schalten eines Steuerventiles oder dergleichen automatisch ein Wenden des
Pfluges erreicht werden soll.
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Grundsätzlich sind wegabhängig mechanisch betätigte Umsteuereinrichtungen
und druckabhängig schaltende Umsteuereinrichtungen zu unterscheiden. Mechanisch
betätigte Umsteuereinrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Schaltpunkte ziemlich
genau in den Totpunkten liegen müssen, weil sonst Flüssigkeitsvolumina eingesperrt
werden können und unzulässig hohe Druckspitzen entstehen können. Weiterhin ist es
im allgemeinen notwendig, Rasteinrichtungen vorzusehen (DE-OS 2716262), um die nach
dem Umsteuern erzielte Schaltstellung beizubehalten.
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Sollen einer oder mehrere dieser Nachteile vermieden werden, sind
aufwendige Einstellmittel (DE-OS 2800263) oder sonstige Zusatzeinrichtungen (DE-OS
2757467) notwendig.
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Man tendiert daher in jüngster Zeit wieder mehr zu druckabhängig umsteuernden
Einrichtungen. Nachteile derartiger Einrichtungen (z.B. DE-PS 2601636, DE-AS 2461712)
sind in dem relativ komplitierten Aufbau mit vielen Eintelteilen zu sehen. Eine
ausreichende Schaltsicherhelt ist nicht immer gewährleistet, da einige Konstruktionen
sehr empfindlich auf unbeabsichtigte Druckstöße reagieren.
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Insbesondere, wenn in der ersten Hubphase keine Schwerkraftunterstützung
stattfindet, d.h. wenn die Kolben-Zylinder-Einheit ziehen muß, können Fehlschaltungen
auftreten. Andere Konstruktionen wiederum sind so aufgebaut, daß als wirksame Fläche
nur die Kolbenstangenfläche, nicht aber die Kolbenvollfläche, zur Verfügung steht.
Dies bedingt dann zwangsläufig einen größeren Durchmesser, höheres Gewicht und größeres
Bauvolumen.
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Schließlich ist es auch bekannt, daß manche Umsteuereinrichtung nur
in sehr engen Druckbereichen voll einsatzfähig sind und unter Umständen bereits
beim Wechseln verschiedener Pflugtypen Einstellungen an Ventilen von Hand vorgenommen
werden müssen (FR-PS 2261434).
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Umsteuereinrichtung der In
Rede stehenden Art so auszugestalten,daß diese Nachteile vermieden werden. Das bedeutet,
daß mit einem Minimum an Einzelteilen gebaut werden soll. Der Einbauraum soll gering
sein; die Herstellung und Montage sollen einfach und billig sein. Die Umsteuereinrichtung
soll gleichermaßen für Zweileitungsanschlüsse wie auch für EinleitungsanschlUsse
mit Zwischenspeicherung geeignet sein und in Jedem Fall die Kolbenvollfläche als
wirksame Fläche besitzen. Ohne besondere Schaltmaßnahmen soll nach Beendigung des
Doppelhubes und nach Wegfall der äußeren Druckbeaufschlagung ein sicheres und rasches
RUckschalten in die Ausgangsschaltstellung erfolgen. Schließlich sollen spezielle
Elnstellmaßnahmen entfallen. Die Umsteuerung soll auch dann sicher erfolgen, wenn
in einer der Hubphasen ein wesentlich anderer Druck erforderlich ist als in der
anderen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Wenn man einmal von den zur hermetisch dichten Einspannung des Kolbens
oder zur Zwischenspeicherung notwendigen Elementen absieht, besitzt die Umsteuereinrichtung
nur noch einen einzigen Steuerkolben. Durch das groß gewählte Verhältnis der wirksamen
Flächen wird die zweite Schaltstellung auch beibehalten, wenn der Druck in der zweiten
Hubphase geringer ist als in der ersten. Rastmittel oder dergleichen sind nicht
erforderlich.
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Die Unteransprüche beziehen sich auf zweckmäßige Ausbildungen der
Wirkflächen und auf Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlschaltungen bzw. zum Erzielen
schneller Rückschaltbewegungen.
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Anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung näher erläutert.
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Flgur 1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Zwelleitungsanschluß.
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Figur 2 zeigt eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Einleitungsanschluß
und ZwischensDeicherung.
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Eine Kolben-Zylinder-Einheit 1 besitzt einen Zylinder 2 mit einem
Zylinderkopf 3. Im Innern des Zylinders 2 teilt ein mit einer nach außen geführten
Kolbenstange 4 verbundener, abgedichtet gleitender Kolben 5 einen die Kolbenstange
4 umgebenden, ringförmigen ersten Arbeitsraum 6 ab, welchem jenseits des Kolbens
5 ein zweiter Arbeitsraum 7 gegenüberliegt. Im ZylInderkof 3 ist eine axialgerichtete,
von einem Dlchtstopfen 8 nach außen verschlossene Bohrung 9 angebracht, in welcher
ein
Steuerkolben 10 gleitbar angeordnet ist.
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Die Bohrung 9 hat einen flachen Boden 11, von dem ein Druckkanal 12
konzentrisch ausgeht, der innerhalb des Zylinderkopfes 3 zu einem Druckanschluß
13 verläuft.
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Die Kante zwischen dem Druckkanal 12 und dem Boden 11 dient als Sitz
für ein Sitzventil 14, das mit dem Steuerkolben 10 In fester Wirkverbindung steht.
Der Steuerkolben 10 besitzt eine innere Sackbohrunq 15, in welcher eine Rückstellfeder
16 geführt ist, die sich am Dichtstopfen 8 abstützt. Innerhalb des Dichtstopfens
8 verläuft ein :'anal 17, der in einer Ringnut 18 am äußeren Mantel des Dichtstopfens
8 mündet. Der Ringnut 18 liegt ein Kanal 19 gegenüber, der zu einem Rücklaufanschluß
20 führt.
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Die Bohrung 9 erweitert sich jeweils mit axialen Abständen vom Boden
11 zu Ringnuten 22,23 und 24. Am äußeren Mantel des Steuerkolbens 10 sind Ringnuten
25 und 26 angeordnet, wobei die Breite der Ringnut 25 kleiner ist als der Abstand
der Ringnuten 22 und 23. Eine Querbohrung 27 verbindet die Ringnut 25 mit der Sackbohrung
15. An die Ringnut 22 ist eine Zuleitung 28 zu einem entsperrbaren Rückschlagventil
29 angeschlossen, das über einen Entsperrkolben 30, welcher jeweils vom Druck in
der Ringnut 23 beaufschlagt wird, entsperrbar ist. Der Entsperrkolben 30 wirkt dabei
über einen Stößel 31 auf eine auf einem Ventilsitz 32 durch eine Feder 33 gehaltene
Kugel 34. Die Ringnut 23 ist über einen Arbeitsanschluß 35 und eine Zuleitung 35a
sowohl mit dem Entsperrkolben 30 als auch mit dem ersten Arbeitsraum 6 verbunden.
Die Steuerkanten der Ringnut 25 sind mit 25a und 25b bezeichnet, die dem Boden 11
zugewandte stirnseite Steuerkante mit 36. In entsprechender Weise besitzt die Ringnut
26 Steuerkanten 26a und 26b.
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Die Steuerkanten der Ringnuten 22,23 und 24 werden mit 22a, 22b, 23a,
23b und 24a bezeichnet. Der Rücklaufanschluß 20 fUhrt zu einem Anschluß A eines
Steuerventils 37, dessen Anschluß B mit dem Druckanschluß 13 in Verbindung steht.
Das Steuerventil 37 besitzt zwei weitere AnschlUsse P und T, die mit einer Druckmittelquelle
38 und einem Vorratsbehälter 39 verbunden sind. Der vom Boden II und der Stirnfläche
40 begrenzte Steuerraum 41 ist mit der Ringnut 23 über eine von der Steuerkante
36 ausgehende Kerbe 42 verbunden, die etwa in der Mitte zwischen den Steuerkanten
36 und 25a endet.
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Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß sich der Kolben 5
in Ruhe befinde und das Steuerventil 37 gerade in die gezeichnete Schaltstellung
geschaltet worden sei.
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Druckmittel gelangt dann von der Druckmittelquelle 38 über die Verbindung
P-B, den Druckanschluß 13, die Ringnut 24, die Ringnut 26, die Ringnut 23,den Arbeitsanschluß
35 und die Leitung 35a in den Arbeitsraum 6. Da gleichzeitig der Entsperrkolben
30 die Kugel 34 von ihrem Ventilsitz 32 abhebt, kann der Kolben 5 einfahren und
Druckmittel aus dem Arbeitsraum 7 über das entsperrbare RUckschlagventil 29, die
Zuleitung 28, die Ringnut 22, die Ringnut 25, die Querbohrung 27, die Sackbohrung
15, die Bohrung 9, den Kanal 17, die Ringnut 18 und den Kanal 19 zum Rücklaufanschluß
20 strömen, Von dort strömt das Druckmittel über die Verbindung A-T des Steuerventils
37 zum Vorratsbehälter 39 zurück. Evtl. entstehende StaudrUcke pflanzen sich rückwärts
bis in die Bohrung 9 und die Sackbohrung 15 fort und gelangen über die Querbohrung
27, die Ringnut 25, die Ringnut 22 und die Kerbe 42 auch in den Steuerraum 41.
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Der Steuerkolben 10 ist daher, von den auf das Sitzventil 14 wirkenden
Drücken abgesehen, druckausgeglichen.
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Das bedeutet, daß das Sitzventil 14 durch die Rückstellfeder In geschlossener
Stellung gehalten wird, wobei natürlich vorausgesetzt ist, daß der zum Bewegen des
Kolbens 5 notwendige Druck um ein bestimmtes Maß geringer ist als der Uffnungsdruck.
Der Kolben 5 fährt also so lange ein, bis er seinen totpunkt erreicht hat. Der Totpunkt
wird nicht durch den maximal möglichen Hub innerhalb des Zylinders 2 festgelegt,
sondern durch eine äußere Kinematik bestimmt . Auf jeden Fall bedingt das Ende der
ersten Hubphase einen Druckanstieg, der schließlich zum Uffnen des Sltzventiles
14 führt.
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Druckmittel strömt dann aus dem Druckkanal 12 In den Steuerraum 41.
Da dessen Querschnitt um ein Vielfaches, z.B.
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den Faktor 30, größer ist als der Querschnitt des Sitzventiles 14,
und außerdem über die Kerbe 42 nur eine geringe Menge entweichen kann, schiebt das
Druckmittel den Steuerkolben 10 gegen die Kraft der Rückstellfeder 16 in die zweite
Schaltstellung. In dieser Schaltstellung fließt das Druckmittel vom Druckanschluß
13 über den Druckkanal 12, das Sitzventil 14 und den Steuerraum 41 an der Steuerkante
36 vorbei in die Ringnut 22. Von dort gelangt es über die Zuleitung 28 und das selbsttätig
entsperrte Rückschlagventil 29 in den Arbeitsraum 7, wodurch eine Auswärtsbewegung
des Kolbens 5 bewirkt wird.
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Das aus dem sich verkleindernden Arbeitsraum 6 entweichende Druckmittel
gelangt über d4e Zuleitung 35a, den Arbeitsanschluß 35, die Ringnut 23, die Ringnut
25 und die Querbohrung 27 zur Sackbohrung 15 und von dort auf dem schon beschriebenen
Wege zurück zum Vorratsbehälter 39.
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In dieser Hubphase wird der Steuerkolben 10 aufgrund seiner großen
Querschnittsfläche auch dann in der zweiten Schaltstellung gehalten, wenn der Druck
im System vergleichsweise niedrig sein sollte. Ein hydraulischer Kurzschluß zwischen
den Ringnuten 22 und 25 wird dadurch vermieden, daß die Kerbe 42 etwa in der Mitte
zwischen den Steuerkanten 36 und 25a endet und damit in der zweiten Schaltstellung
durch das umgebende Gehäuse verschlossen ist. Wenn der Kolben 5 seinen Auswärtshub
beendet hat, wird man das Steuerventil 37 in eine andere Schaltstellung schalten.
Selbst wenn diese Schaltstellung eine geschlossene Mittelstellung sein sollte, wird
sich der Steuerkolben 10 alsbald in seine erste Schaltstellung zurückbewegen. Da
Steuerkolben ohne spezielle Abdichtungen immer eine gewisse Leckage haben, wird
sich die Steuerkante 25a bald der Steuerkante 22b nähern und diese nach kurzer Zeit
überfahren. Von diesem Zeitpunkt an besteht eine freie Verbindung zwischen dem Steuerraum
41 und der Federseite des Steuerkolbens 10 über die Kerbe 42, die Ringnut 22, die
Querbohrung 27 und die Sackbohrung 15. Da der Steuerkolben 10 an beiden Enden den
gleichen Querschnitt besitzt, findet nur ein Oberströmen von Druckmittel von der
einen zur anderen Seite statt, und zwar auch dann, wenn das übrige System hermetisch
dicht Ist. Besondere Schaltmaßnahmen sind nicht notwendig.
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Anstelle der Kerbe 42 ist natürlich jede andere Form einer Drossel
denkbar. Dabei kann der Steuerraum 42 auch permanent mit einem Teil des Rücklaufsystems
verbunden sein, wenn man eine geringe Leckrate in Kauf nehmen kann.
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In Figur 2 ist an Stelle des 4/3-Wegesteuerventiles 37 ein 3/3->lege-Steuerventil
37 eingebaut, d.h. es handelt sich um einen Ein-Leitungsanschluß. Die Folge ist,
daß das aus den Arbeitsräumen abströmende Druckmittel nicht mehr auf direktem Wege
zum Vorratsbehälter 39 geleitet werden kann, sondern in einem Zwischenspeicher gesammelt
werden muß. Ein derartiger Zwischenspeicher 43 wird zweckmäßigerweise über ein Rückschlagventil
21 an den Kanal 19 angeschlossen und ist Uber ein weiteres Rückschlagventil 44 mit
dem Druckanschluß 13 verbunden, wobei das Rückschlagventil 44 in Richtung auf den
Druckanschluß 13 öffnet. Abfließendes Druckmittel gelangt zunächst grundsätzlich
über das Rückschlagventil 21 in den Zwischenspeicher 43. Das RUckschlagventil 44
bleibt dabei geschlossen, weil der Druck am Druckanschluß 13 immer höher ist als
jener im ZwischensDeicher.
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Obwohl im ZwischensDeicher ein gewisser Druck entstehen kann, bleibt
der Steuerkolben 10 druckausgeglichen.
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Da aber der Kolben 5 gegen einen Druck bewegt werden muß, ergibt sich
ein höheres Gesamt-Druckniveau, so daß bei Ein-Leitungsanschlüssen unter Umständen
eine andere Abstimmung erforderlich werden kann. In der zweiten Hubphase ist der
Steuerkolben 10 nicht mehr druckausgeglichen, so daß er gegen den Druck im Zwischenspeicher
43 in seiner zweiten Schaltstellung gehalten werden muß.
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Die Entleerung des Zwischenspeichers 43 erfolgt nach Beendigung des
Doppelhubes, indem der Druckanschluß 13 über das Steuerventil 37 mit dem Vorratsbehälter
39 verbunden wird. Das Rückschlagventil 44 öffnet dann selbsttätig und eine Entleerung
kann stattfinden.
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Eine andere Möglichkeit, mit einem 3/3-iege-Steuerventil auszukommen,
besteht in der Verlegung einer gesonderten Ablaufleitung. Der RUcklaufanschluß 20
müßte dann direkt mit einem Vorratsbehälter verbunden werden.
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Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, zur Einstellung
bestimmter Hubgeschwindigkeiten und zur Vermeidung von Schwingungen am entsperrbaren
RUckschlagventil Drosseln, Stromregelventile oder dergleichen ein zubauen. Derartige
Schaltungsmittel sind Jedoch nicht Gegenstand der Erfindung, und ihr Einsatz liegt
im Ermessen des Konstrukteurs. Es ist weiterhin erwähnenswert, daß die kleine Wirkfläche
nicht unbedingt die eines Sitzventiles sein muß. Insbesondere durch die Anordnung
der Kerbe ist es möglich, auch mit einem leckölbehafteten Kolben zu arbeiten. Selbst
bei größeren Leckagen würden Eehlschaltungen nicht auftreten. Als Steuerkolben kann
prinzipiell jeder 4/2-Wege-Steuerkolben verwendet werden.
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der zusätzlich mit einem Sitzventil oder einer sonstigen kleineren
Wirkfläche ausgerüstet ist. Insbesondere ist es auch denkbar, die Wirkflächen von
Stufenkolben zu benutzen. Schließlich ist es fUr den Fachmann klar, daß die dargestellte
axiale Anordnung des Steuerkolbens nicht funktlonsbedingt ist und somit z.B. zur
Elnsparung von Baulänge auch eine quer zur Achse der Kolben-Zylinder-Einheit gerichtete
Einbaulage bzw. sogar die Anordnung in einem räumlich entfernten Gehäuse möglich
sind.