DE3106532A1

DE3106532A1 - Ventilanordnung zur steuerung eines hydraulischen stellmotors

Info

Publication number: DE3106532A1
Application number: DE19813106532
Authority: DE
Inventors: Adolf 7768 Stockach Tretsch
Original assignee: Dipl-Ingfriedrich Tuschka KG; Dipl Ing Friedrich Tuschka Kg 7770 Ueberlingen; FRIEDRICH TUSCHKA KG DIPL ING
Current assignee: Tuschka Geraetetechnik 7770 Ueberlingen De GmbH
Priority date: 1981-02-21
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE3106532C2

Description

Ventilanordnung zur Steuerung eines
hydraulischen Stellmotors Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum wahlweisen Aufschalten einer Druckflüssigkeit auf einen ersten oder einen zweiten Anschluß eines hydraulischen Stellmotors in Abhängigkeit von elektrischen Stellsignalen, enthaltend: einen Hauptsteuerschieber mit einem Schiebergehäuse, in welchem ein Druckflüssigkeitseinlaß, ein erster und ein zweiter Arbeitsanschluß zur Verbindung mit den Anschlüssen des Stellmotors sowie ein Auslaß vorgesehen sind und in welchem ein Schieberkörper geführt ist, der in einer Mittelstellung die Verbindung zwischen den Arbeitsanschlüssen und sowohl dem Druckflüssigkeitseinlaß als auch dem Auslaß unterbricht und bei Auslenkung aus dieser Mittelstellung jeweils zwischen dem einen Arbeitsanschluß und dem Druckflüssigkeitseinlaß sowie zwischen dem anderen Arbeitsanschluß und dem Auslaß (oder umgekehrt) einen mit der Auslenkung zunehmenden Strömungsquerschnitt freigibt, Druckräume in dem Schiebergehäuse vor den Stirnflächen des Schieberkörpers, Federn in den Druckräumen, durch welche der Schieberkörper elastisch an die Mittelstellung gefesselt ist, ein Vorsteuerventil mit einem Ventilgehäuse, in welchem ein Paar von Vorsteuerkolben geführt ist, die einen Strömungsdurchgang zwischen einem Druckflüssigkeitseinlaß und jeweils einem der Druckräume beherrschen und von denen jeder auf einer Stirnseite von dem auf den zugehörigen Druckraum gegebenen Druckflüssigkeitsdruck beaufschlagt ist, und elektromagnetische Hubglieder, von denen je nach Stellrichtung jeweils eines von dem elektrischen Stellsignal beaufschlagt ist und durch welche eine von dem Stellsignal abhängige, dem auf die eine Stirnseite wirkenden Druckflüssigkeitsdruck entgegenwirkende Stellkraft auf die Vorsteuerkolben ausübbar ist.
Eine solche Ventilanordnung dient dazu, in Abhängigkeit von elektrischen Stellsignalen einen hydraulischen Stellmotor in der einen oder anderen Richtung anzutreiben. Der hydraulische Stellmotor kann dabei ein umlaufender Hydraulikmotor, -z.B. ein Zahnradmotor oder ein Axialkolbenmotor, oder auch ein Hubzylinder mit einem zweiseitig beaufschlagten Kolben sein. Durch die elektrischen Stellsignale wird je nach der Signalrichtung der eine oder der andere Vorsteuerkolben über das zugehörige elektromagnetische Hubglied mit einen von dem Stellsignal abhängigen Kraft belastet. Der Vorsteuerkolben wird dadurch verschoben und gibt eine Verbindung zwischen einem Druckflüssigkeitseinlaß, der mit einer Pumpe verbunden ist, und einem Druckraum eines Hauptsteuerschiebers frei. In diesem Druckraum baut sich dann ein Druck auf. Dieser Druck wirkt auch auf den Vorsteuerkolben, und zwar entgegengerichtet der von dem elektromagnetischen Hubglied ausgeübten Kraft. Der Druck baut sich daher bis zu einem Wert auf, bei welchem die von der Druckflüssigkeit auf den Vorsteuerkolben ausgeübte Kraft der vom Hubglied ausgeübten Kraft die Waage hält. Dieser Druck wird dann geregelt gehalten, indem der Vorsteuerkolben bei einem Ungleichgewicht jeweils kurzzeitig eine Verbindung zu dem Druckflüssigkeitsanschluß oder zum Auslaß herstellt.
Durch den Druck in der Druckkammer wird der Schieberkörper gegen die Wirkung der in der gegenüberliegenden Druckkammer angeordneten Feder verschoben, und zwar um einen solchen Betrag, daß die Federkraft der hydraulischen Kraft die Waage hält, die von dem Druck in der druckbeaufschlagten Druckkammer auf die Stirnfläche des Schieberkörpers des Hauptsteuerschiebers ausgeübt wird. In Abhängigkeit von dieser Auslenkung des Schieberkörpers wird ein mehr oder weniger großer Strömungsquerschnitt zwischen dem Druckflüssigkeitsanschluß und dem einen Arbeitsanschluß des Stellmotors bzw. zwischen dem anderen Arbeitsanschluß des Stellmotors und einem Auslaß freigegeben. Dieser Strömungsquerschnitt bestimmt die Stellgeschwindigkeit des Stellmotors.
Bei Wegfall des Stellsignals geht der Vorsteuerkolben wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Infolgedessen wird der Druckraum mit dem Auslaß verbunden und der Schieberkörper geht unter dem Einfluß der Feder in seine Mittelstellung zurück, in welcher er die von ihm beherrschten Verbindungen der beiden Arbeitsanschlüsse sowohl mit dem Auslaß als auch mit dem Druckflüssigkeitseinlaß unterbricht.
Der Hauptsteuerschieber selbst kann beispielsweise nach Art der DE-OS 2 248 486 ausgebildet sein, bei welcher allerdings die Verstellung des Schieberkörpers durch eine Stellstange über ein Folgekolbensystem erfolgt.
Bei einer Ventilanordnung der eingangs geschilderten Art wird das elektrische Stellsignal durch das Vorsteuerventil in einen hydraulischen Druck umgesetzt. Dieser hydraulische Druck wird durch die Charakteristik der auf den Schieberkörper des Hauptsteuerschiebers wirkenden Feder und Auswiegen der Federkraft gegen die hydraulische Druckkraft wiederum in einen Stellweg des Schieberkörpers umgesetzt. Der Stellweg des Schieberkörpers bestimmt wiederum den Druckflüssigkeitsstrom zum Stellmotor und damit die Stellgeschwindigkeit des Stellmotors. Ein Vorteil eines solchen "Proportionalventils" gegenüber z.B. einem einfachen Wegeventil besteht darin, daß der Strömungsweg von und zu den Arbeitsanschlüssen stets gedrosselt ist, so daß der Stellmotor in jeder Stellung hydraulisch "eingespannt" ist und nicht durch äußere Einflüsse verstellt werden kann. Es ist auch eine bessere Regulierung der Stellgeschwindigkeit möglich.
Bei bekannten Ventilanordnungen dieser Art stehen die mit dem Stellmotor verbundenen Arbeitsanschlüsse in der Ruhestellung der Ventilanordnung, in welcher der Schieberkörper des Hauptsteuerschiebers in seiner Mittelstellung ist, in den meisten Fällen unter Druck. Der Hauptsteuerschieber sperrt die Arbeitsanschlüsse ab. Er übernimmt somit die Funktion sowohl des Absperrens der Arbeitsanschlüsse und damit der hydraulischen Blockierung des Stellmotors in der erreichten Stellung als auch der Dosierung des Druckflüssigkeitsstroms zum Stellmotor bei einer Stellbewegung des Stellmotors.
Da der Hauptsteuerschieber leichtgängig sein soll, kann er die Dichtfunktion nur unvollkommen erfüllen.
Es tritt an dem Hauptsteuerschieber eine Leckage auf, so daß der Stellmotor tatsächlich nicht, wie es wünschenswertXwäre, in der Ruhestellung der Ventilanordnung hydraulisch verriegelt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs definierten Art so auszubilden, daß in der Ruhestellung der Ventilanordnung bei Wegfall der elektrischen Stellsignale eine bessere hydraulische Verriegelung des Stellmotors in seiner jeweiligen Stellung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) ein Entspannungsventil vorgesehen ist, das die Verbindungen zwischen den Arbeitsanschlüssen und einem Auslaß beherrscht und durch den sich in den Druckkammern aufbauenden Druck derart gesteuert ist, daß es in einer Ruhestellung, wenn die Druckkammer über das Vorsteuerventil mit dem Auslaß verbunden sind, die Verbindungen zwischen den Arbeitsanschlüssen und dem Auslaß herstellt und durch einen Druck, der sich aufbaut, wenn die Druckkammer über das Vorsteuerventil mit dem Druckflüssigkeitseinfluß verbunden ist, so ansteuerbar ist, daß es die Verbindung zwischen dem dieser Druckkammer zugeordneten Arbeitsanschluß und dem Auslaß absperrt, (b) zwischen jedem Arbeitsanschluß und dem damit verbundenen Anschluß des Stellmotors ein entsperrbares Rückschlagventil vorgesehen ist und (c) das dem ersten Arbeitsanschluß nachgeschaltete Rückschlagventil durch Druck in dem zweiten Arbeitsanschluß entsperrbar ist und umgekehrt.
Wenn die Stellsignale wegfallen und damit der Druck in den Druckkammern, dann geht das Entspannungsventil in die Ruhestellung und verbindet beide Arbeitsanschlüsse mit dem Auslaß. Damit fällt die Entsperrung bei beiden Rückschlagventilen weg, und die Rückschlagventile verhindern einen Rücklauf der Druckflüssigkeit aus dem Stellmotor und gewährleisten eine hydraulische Verriegelung des Stellmotors. Die Rückschlagventile können anders als ein Steuerschieber so ausgebildet werden, daß eine Leckage praktisch entfällt. Eine eventuelle Leckage an dem Hauptsteuerschieber zwischen dem Druckflüssigkeitseinlaß und dem einen oder dem anderen Arbeitsanschluß wird zum Auslaß zurückgeführt und hat keinen Einfluß auf den Stellmotor.
Wenn an einem der elektromagnetischen Hubglieder ein Stellsignal auftritt und sich in der beschriebenen Weise in einer Druckkammer des Hauptsteuerschiebers ein Druck aufbaut, so wird zunächst sofort das Entspannungsventil geschlossen und so die Verbindung zwischen den Arbeitsanschlüssen und dem Auslaß unterbrochen. Eine Verschiebung des Schieberkörpers des Hauptsteuerschiebers stellt eine Verbindung zwischen dem Druckflüssigkeitsanschluß und einem der Arbeitsanschlüsse her. Dieser Arbeitsanschluß steht daher unter Druck. Dadurch wird einmal das mit diesem Arbeitsanschluß in Reihe liegende Rückschlagventil normal aufgedrückt, so daß die Druckflüssigkeit zu dem Stellmotor strömt. Zum anderen wird das andere Rückschlagventil entsperrt, so daß die verdrängte Druckflüssigkeit vom Stellmotor zu dem anderen Arbeitsanschluß zurückfließen und über den Hauptsteuerschieber zum Auslaß gelangen kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Teil der Ventilanordnung mit dem Vorsteuerventil und einem Druckbegrenzer.
Fig. 2 zeigt im Schnitt einen anderen Teil der Ventilanordnung mit dem Entspannungsventil und dem Hauptsteuerschieber, wobei Fig. 2 längs der Linie X-X an Fig. 1 anzusetzen ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Teils der Ventilanordnung von Fig. 1 und 2 Fig. 4 ist eine Ansicht von unten in Fig. 3 Fig. 5 zeigt ein Schaltbild der Ventilanordnung und des Stellmotors in einer praktischen Anwendung.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Schieberkörpers des Hauptsteuerschiebers teilweise im Schnitt.
Fig. 7 zeigt teilweise im Schnitt eine Teilansicht in Richtung des Pfeils A von Fig. 6.
Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, sind ein Druckbegrenzer 10, ein Vorsteuerventil 12, ein Entspannungsventil 14, ein Hauptsteuerschieber 16 und ein Anschlußteil 18 blockartig mit fluchtenden Verbindungsbohrungen aneinandergesetzt und bilden eine geschlossene, kompakte Baugruppe 20. Druckflüssigkeit (oil) wird von einer (nicht dargestellten) Pumpe auf einen Druckflüssigkeitsanschluß 22 gegeben. Der Druckflüssigkeitsanschluß 22 ist über eine Bohrung 24 im Schiebergehäuse 26 des Hauptsteuerschiebers 16 mit einem in dem Schiebergehäuse 26 gebildeten Ringraum 28 verbunden, der eine in dem Schiebergehäuse 26 verlaufende Längsbohrung 30 umgibt. In der Längsbohrung 30 ist der noch zu beschreibende Schieberkörper 32 des Hauptsteuerschiebers 16 geführt. Der Ringraum 28 ist über einen Kanal 34 mit der Bohrung 36 des Druckbegrenzers 10 verbunden, der in noch zu beschreibender Weise den Druck der Druckflüssigkeit auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Die Druckflüssigkeit gelangt über eine Bohrung 38 zu dem Vorsteuerventil 12. An dem Vorsteuerventil 12 sitzen zu beiden Seiten elektromagnetische Hubglieder 40 und 42, die auf Vorsteuerkolben 44 bzw. 46 wirken. Die Vorsteuerkolben 44, 46 beherrschen in noch zu beschreibender Weise den Durchgang zwischen der Bohrung 38 oder einer mit einem Auslaß verbundenen Bohrung 48 einerseits und Bohrungen 50, 52 andererseits. Die Bohrungen 50 und 52 sind mit Druckkammern 54 bzw. 56 vor den Stirnflächen eines Schieberkörpers 58 des Entspannungsventils 14 verbunden. Diese Druckkammern 54 und 56 stehen wieder über Kanäle 58 bzw. 60 mit Druckkammern 62 bzw. 64 in Verbindung, die vor den Stirnflächen des Schieberkörpers 32 des Hauptsteuersehiebers 16 gebildet sind.
Der Hauptsteuerschieber 16 mit seinem Schieberkörper 32 beherrscht den Strömungsdurchgang zwischen dem mit dem Druckflüssigkeitseinlaß verbundenen Ringraum 34 und Ringräumen 66 bzw. 68, die mit Arbeitsanschlüssen 70 bzw.
72 (Fig. 4) verbunden sind, sowie zwischen den Ring- räumen 70,72 und Ringräumen 74 bzw. 76, die mit einem Auslaß 78 verbunden sind.
Im einzelnen ist die Bohrung 36 des Druckbegrenzers 10 in einem blockartigen Begrenzergehäuse 80 vorgesehen.
In der Bohrung 36 gleitet ein Kolben 82 mit einer Umfangsnut 84. Die Bohrung 38 mündet in der Bohrung 36 axial versetzt gegen den Kanal 34. In der gezeigten Stellung ist der Kanal 34 mit der Bohrung 38 über die Umfangsnut 84 verbunden. Die Bohrung 38 steht über eine Bohrung 86 mit einer Kammer 88 in Verbindung, die vor der einen Stirnfläche des Kolbens 82 gebildet ist.
Eine zweite Umfangsnut 90 des Kolbens 82 ist über einen in dem Kolben verlaufenden Kanal 92 mit einer Kammer 94 verbunden, die vor der anderen Stirnfläche des Kolbens 82 gebildet ist. In der Kammer 94 sitzt eine vorgespannte Schraubenfeder 96, die auf die besagte andere Stirnfläche des Kolbens 82 drückt und dem Druck in der Kammer 88 entgegenwirkt.
Solange der Ausgangsdruck in der Bohrung 38 einen durch die Vorspannung der Schraubenfeder 96 vorgegebenen Druck nicht überschreitet, bleibt der Kolben 82 in der dargestellten Lage und gibt die Verbindung zwischen Kanal 34 und Bohrung 38 frei. Wird dieser vorgegebene Druck überschritten, so wird der Kolben 82 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 96 nach rechts in Fig. 1 gedrückt und drosselt die Verbindung zwischen Kanal 34 und Bohrung 38, bis schließlich ggf. die Verbindung ganz abgesperrt und bei weiterem Hub des Kolbens eine Verbindung über die Umfangsnut 90, den Kanal 92 und die Kammer 94 sowie einen (nicht dargestellten) Kanal zum Auslaß hergestellt wird. Damit wird ein übermäßiger Druckanstieg verhindert.
Das Vorsteuerventil 12 weist ein blockartiges Vorsteuerventilgehäuse 98 auf, in welchem von den beiden Stirn- seiten her fluchtende Zylinderbohrungen 100, 102 vorgesehen sind. In den Zylinderbohrungen 100 und 102 gleiten die Vorsteuerkolben 44 bzw. 46. Auf der Innenseite sind vor den Stirnflächen der Vorsteuerkolben 44 und 46 Kammern 104 bzw. 106 gebildet. Auf der Außenseite der Vorsteuerkolben 44 und 46 sind Kammern 108 bzw. 110 gebildet. Die Kammer 104 ist mit der Bohrung 50 verbunden, und die Kammer 106 ist mit der Bohrung 52 verbunden. Die Kammern 108 und 110 sind über einen Kanal 112 mit dem Auslaß 78 verbunden. Jeder der Vorsteuerkolben 44 und 46 weist eine als Sacklochbohrung ausgebildete Längsbohrung 114 bzw. 116 auf, die mit der inneren Kammer 104 bzw. 106 in Verbindung steht und am äußeren Ende mit einer Querbohrung 118 bzw. 120 in Verbindung steht. Die Querbohrungen 118 und 120 münden in je einer Umfangsnut 122 bzw. 124 des Vorsteuerkolbens 44 bzw. 46. Die Kammern 108 und 110 haben einen größeren Durchmesser als die Zylinderbohrungen 100 und 102. Die Zylinderbohrungen 100 und 102 sind axial einwärts und im Abstand von den Kammern 108.bzw. 110 von Ringkammern 126 bzw. 128 umgeben, die über Kanäle 130 bzw. 132 mit der Bohrung 38 verbunden sind, über welche Druckflüssigkeit auf das Vorsteuerventil gegeben wird.
Die elektromagnetische Hubglieder 40 und 42 in Form von Hubmagneten drücken über Stößel 134 bzw. 136 auf die äußeren Stirnflächen der Vorsteuerkolben 44 bzw. 46 mit einer Kraft, die von den aufgeschalteten elektrischen Stellsignalen abhängt und vorzugsweise diesen proportional ist. Je nach dem Vorzeichen des elektrischen Stellsignals wird das eine oder das andere der elektromagnetischen Hubglieder 40, 42 erregt.
Wenn beispielsweise das in Fig. 1 rechte Hubglied 42 erregt wird, wird der Vorsteuerkolben 46 nach links verschoben. Dadurch wird Druckflüssigkeit aus der Bohrung 38 über Kanal 132, Ringraum 128, Querbohrung 120 und Längsbohrung 116 in die Kammer 106 und über Bohrung 52 in die Druckkammer 56 des Entspannungsventils 14 sowie über Kanal 60 in die Druckkammer 64 des Hauptsteuerschiebers 16 geleitet. Es baut sich in der Kammer 106 und den Druckkammern 56 64 ein Druck auf. Dieser wirkt auf der in Fig. 1 linken Stirnfläche des Vorsteuerk.)lbens 46 der Kraft des elektromagnetischen Hubglieds 42 entgegen, bis diese Kraft schließlich überwunden und der Vorsteuerkolben nach rechts in eine Schließstellung zurückgeschoben wird. Durch Hin-und Herbewegung des Vorsteuerkolbens 46, durch die die Kammer 106 entweder über Ringraum 128 mit dem Druckflüssigkeitseinlaß 22 oder mit über Kammer 108 dem Auslaß verbunden wird, wird ein Druck in der Kammer 106 und damit in den Druckkammern 56 und 64 geregelt, bei welchem die auf die linke Stirnfläche des Vorsteuerkolbens wirkende Druckkraft der Kraft des elektromagnetischen Hubgliedes 42 die Waage hält. Dieser Druck ist vorzugsweise proportional dem Stellsignal.
Der Vorsteuerkolben 44 bleibt in seiner dargestellten Lage. Damit ist die Kammer 104 über die Umfangsnut 122, die Querbohrung 118 und die Längsbohrung 114 mit der Kammer 108 verbunden, die wiederum mit dem Auslaß in Verbindung steht. Die Kammer 104 steht mit den Druckkammern 54 und 62 in Verbindung, die damit auch mit dem Auslaß verbunden sind.
Das Entspannungsventil 14 sitzt mit dem Hauptsteuerschieber 16 in dem blockartigen Schiebergehäuse 26 mit einer Bohrung 140, in welcher der Schieberkörper 58 des Entspannungsventils 14 beweglich ist. Die Bohrung 140 ist von zwei Paaren von Ringräumen 142,144 und 146,148 umgeben. Von diesen Ringräumen sind die axial äußeren Ringräume 142 und 146 über Bohrungen 150 bzw.
152 mit den Ringräumen 66 und 68 des Hauptsteuerschiebers 16 verbunden, die wiederum mit den Arbeitsanschlüssen 70 bzw. 72 in Verbindung stehen. Der Schieberkörper 58 besitzt zwei Umfangsnuten 154 und 156, über welche die Ringräume 142 und 144 bzw. 146 und 148 in der dargestellten mittleren Ruhestellung des Schieberkörpers 58 miteinander verbunden sind. Die Ringräume 144 und 148 sind über Bohrungen 154 (Fig. 3) mit dem Auslaß 78 verbunden. Der Schieberkörper 58 ist durch Federn 157, 158, die in den vor den Stirnflächen des Schieberkörpers 58 gebildeten Druckkammern 54 und 56 sitzen, an die Ruhestellung gefesselt. In die Druck-' kammern 54 und 56 ragen rohrförmige, mit einer Querbohrung 160 bzw. 162 versehene Anschlagkörper 164 bzw.
166. Jeder Anschlagkörper 164, 166 ist von einer der als Schraubenfedern ausgebildeten, den Schieberkörper, 58 fesselnden Federn 156 bzw. 158 umgeben. In den Druckkammern 54 und 56 münden, wie gesagt, die Kanäle oder Bohrungen 50 bzw. 52, die mit dem Vorsteuerventil 12 verbunden sind und, einen Teil des von je einem Vorsteuerkolben 44, 46 beherrschten Strömungsdurchgangs zu den Druckkammern 62 bzw. 64 bilden. Die Bohrung 168 oder 170 des rohrförmigen Anschlagkörpers 164 bzw. 166 steht jeweils über einen Kanal 172 bzw. 174 mit einer Druckkammer 62 bzw. 64 des Hauptsteuerschiebers 16 in Verbindung.
Wenn sich, wie oben geschildert, in der linken oder rechten Druckkammer 54 oder 56 des Entspannungsventils 14 ein Druck aufbaut, so wird der Schieberkörper 58 nach rechts bzw. nach links aus der Ruhestellung ausgelenkt und legt sich mit seiner Stirnfläche an den jeweiligen Anschlagkörper 158 bzw. 156 an. Dadurch wird die Verbindung zwischen den Ringräumen 142, 144 und 146, 148 in jedem Fall unterbrochen.
Der Hauptsteuerschieber 16 enthält den in der Bohrung 30 geführten Schieberkörper 32. Dieser ist in Fig. 6 und 7 einzeln dargestellt.
Der Schieberkörper 32 weist zwei zylindrische, in der Bohrung 30 geführte Abschnitte 176 und 178 auf, die durch eine Umfangsnut 180 voneinander getrennt sind. Axial auswärts schließen sich an die zylindrischen Abschnitte 176 und 178 wieder Umfangsnuten 182 bzw. 184 an, die mit je einer konkaven Übergangsfläche 186 bzw. 188 wieder in zylindrische, in der Bohrung 30 geführte Endabschnitte 189 bzw. 190 übergeben.
Auf den Mantelflächen der zylindrischen Abschnitte 176 und 178 münden radiale Sacklochbohrungen 192. Diese radialen Sacklochbohrungen 192 stehen mit Paaren von relativ engen Axialbohrungen 194, 196 in Verbindung, die in den Seitenwandungen der Umfangsnut 180 münden.
Die radialen Sacklochbohrungen 192 sind längs wendelförmiger Linien auf den Mantelflächen der Abschnitte 176 und 178 angeordnet. Dabei ist diese Linie auf der Mantelfläche des Abschnitts 176 gegensinnig zu der des Abschnitts 178.gewendelt.
An den axial äußeren Enden der Abschnitte 176 und 178 münden Sacklochbohrungen 198 bzw. 200. Die Sacklochbohrungen 198 und 200 stehen mit trichterförmig sich erweiternden Auslässen 202 (Fig. 7) in Verbindung, die in den Seitenwandungen der Umfangsnuten 182 bzw. 184 münden. Die Auslässe sind außerdem, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist,in Umfangsrichtung schräg angeordnet, so daß die Druckflüssigkeit etwas tangential austritt.
Diese Ausbildung und Anordnung der Auslässe 202 dient der Geräuschdämpfung, die bei manchen Anwendunaen von großer Bedeutung ist.
Auch die Sacklochbohrungen 198 und 220 liegen auf wendelförmigen Linien, wobei diese Linien auf jedem Abschnitt 176, 178 gegensinnig zu den Linien gewendelt sind, auf denen die Sacklochbohrungen 192 des betreffenden Abschnitts liegen. Durch die Anordnung der Sacklochbohrungen kann die Charakteristik der Ventildurchflusskurve variiert, z.B. konkav, konvex oder linear, gemacht werden. Der Schieberkörper 32 ist durch Federn 202, 204 in den Druckkammern 62 bzw. 64 in seiner Mittelstellung gehalten.
In der dargestellten Mittelstellung des Schieberkörpers 32 sind die Ringräume 66 und 68, die mit den Arbeitsanschlüssen 70 und 72 in Verbindung stehen, durch die zwischen den radialen Sacklochbohrungen 192 und 198 bzw. 192 und 200 gebildeten Flächenteile der Abschnitte 176 und 178 abgedeckt. Es ist also die Verbindung der Ringräume 66 und 68 sowohl zu dem mit dem Druckflüssigkeitseinlaß 22 verbundenen Ringraum 28 als auch zu den mit dem Auslaß 78 verbundenen Ringräumen 74 und 76 unterbrochen. Diese Mittelstellung ergibt sich, wenn die Druckkammern 62 und 64 beide drucklos sind.
Bei diesem Zustand steht auch das Entspannungsventil 14 in seiner Ruhestellung, in welcher die beiden Ringräume 66 und 68 über die Kanäle 150 bzw. 152 und die Ringräume 142, 144 bzw. 146, 148 mit dem Auslaß 78 verbunden sind. Vorzugsweise sind die den Schieberkörper 58 des Entspannungsventils 14 fesselnden Federn 156, 158 bezogen auf die druckbeaufschlagte Querschnittfläche wesentlich schwächer als die Federn 202, 204 des Hauptsteuerschiebers 16.
Wenn über das Vorsteuerventil 12 Druck auf die Druckkammer 64 gegeben wird, dann schließt zunächst das Entspannungsventil 14. Der Druck in der Druckkammer 64 schiebt den Schieberkörper 32 gegen die Wirkung der Feder 202 nach links, und zwar um eine solche Strecke, daß die Kraft der Feder 202 der von dem Druck hervorgerufenen Druckkraft entgegenwirkt. Dabei gelangt eine von dieser Strecke abhängige, mehr oder weniger große Anzahl von Sacklochbohrungen 192 des Abschnitts 176 in den Bereich des Ringraums 66, so daß Druckflüssigkeit über die Axialbohrungen 194, 196 und die Sacklochbohrungen 192 aus dem Ringraum 28 in den Ringraum 66 und von dort zu dem Arbeitsanschluß 70 strömt, gleichzeitig gelangt eine entsprechende Anzahl von Sacklochbohrungen 200 des Abschnitts 178 in den Bereich des Ringraums 68 und gestattet den mehr oder weniger stark gedrosselten Abfluß von Druckflüssigkeit aus diesem Ringraum 68 in den mit dem Auslaß 78 verbundenen Ringraum 76. Es wird also eine Druckflüssigkeitsströmung auf den einen Arbeitsanschluß 70 geleitet, während gleichzeitig eine entsprechende Druckflüssigkeitsströmung über den anderen Arbeitsanschluß abfließen kann.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild der Ventilanordnung bei einer praktischen Anwendung, wo der Stellmotor von einem zweiseitig beaufschlagbaren Stellzylinder 206 für ein Ruder 208, z.B. eines U-Boots,gebildet ist.
Aus Sic.erheotsgründen sind zwei vollständige Systeme parallel vorgesehen, von denen jeweils eines eingeschaltet ist. Der Einfachheit halber ist hier nur ein System beschrieben.
Von einer (nicht dargestellten) Pumpe P fließt Druckflüssigkeit über ein elektromagnetisch gesteuertes Sperrventil 210 zu dem Druckflüssigkeitseinlaß 22 einer Anordnung 20 der in Fig. 1 bis 4, 6 und 7 dargestellten Art, die in Fig. 5 nur schematisch angedeutet ist. Die Arbeitsanschlüsse 70 und 72 sind über entsperrbare Rückschlagventile 212, 214 mit den beiden Anschlüssen 216, 218 des Stellmotors 206 verbunden. Das Rückschlag- ventil 212, das in Reihe mit dem Arbeitsanschluß 70 zwischen diesem und dem Anschluß 216 liegt, ist durch den Druck, der auf den Arbeitsanschluß 72 gegeben wird, entsperrbar. Umgekehrt ist das Rückschlagventil 214, das in Reihe mit dem Arbeitsanschluß 72 zwischen diesem und dem Anschluß 218 des Stellmotors 206 liegt, durch den Druck, der auf den Arbeitsanschluß 70 gegeben wird, entsperrbar.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung liegt zwischen jedem der Arbeitsanschlüsse 70 und 72 und dem zugehörigen entsperrbaren Rückschlagventil 212 bzw. 214 ein weiteres Rückschlagventil 216 bzw. 218.
Parallel zu jedem dieser weiteren Rückschlagventile 216, 218 liegt jeweils eine Druckwaage 220 bzw. 222.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Wenn Druck auf den Arbeitsanschluß 70 gegeben wird, so fließt Druckflüssigkeit über das Rückschlagventil 212 zu der linken Kammer des Stellzylinders 206.
Gleichzeitig wird über Leitung 224 das Rückschlagventil 214 entsperrt, so daß die aus der rechten Kammer des Stellzylinders verdrängte Druckflüssigkeit über dieses zu dem Arbeitsanschluß 72 zurückfließen und zum Auslaß 78 gelangen,kann, von wo sie zu einem (nicht dargestellten) Behälter T strömt.
Bei der dargestellten Ausführung muß die zurückfließende Druckflüssigkeit, da das Rückschlagventil 218 sperrt, über die Druckwaage 222 strömen. Die Druckwaage 222 ist in Ruhestellung geöffnet, solange an der Ventilanordnung 20 (Proportionalventil) ein vorgegebenes Druckgefälle bp von beispielsweise 5 bar nicht überschritten wird. Das ist durch die gestrichelten Linien 224 und 226 angedeutet. Dieses Druckgefälle ßp kann durch eine einstellbare Drosselblende 228 in der Rücklaufleitung 230 eingestellt werden. Steigt das Druckgefälle Ap aus irgendeinem Grunde an, so wird der Kolben der Druckwaage 222 in Schließrichtunq bewegt und damit das Druckgefälle Ap begrenzt.
Wenn das Proportionalventil 20 abschaltet, d.h. der Schieberkörper 32 in seine Mittelstellung geht, dann verbindet das Entspannungsventil 14 beide Arbeitsanschlüsse 70 und 72 mit dem Auslaß 78, so daß mit Sicherheit keines der entsperrbaren Rückschlagventile 212 und 214 entsperrt ist. Dadurch ist der Stellkolben 232 des Stellzylinders 206 hydraulich blockiert, da aus keiner der beiden Kammern des Stellzylinders 206 Druckflüssigkeit austreten kann. Die Rückschlagventile 212 und 214 können hinreichend dicht gemacht werden, so daß bei geschlossenem Proportionalventil 20 keine unbeabsichtigte Ruderverstellung durch Leckage stattfinden kann.
Aus Sicherheitsgründen ist bei der dargestellten Ausführung weiterhin eine nicht dargestellte Handpumpe vorgesehen, von der Druckflüssigkeit über ein von Hand zwischen verschiedenen Rastenstellungen verstellbares Steuerventil 334 nach Öffnen von Ventilen 336, 338 auf den Stellzylinder 206 gegeben werden kann.
Durch das Sperrventil 210 und dessen Gegenstück 340 kann entweder der beschriebene Steuerkreis 342 oder ein damit übereinstimmender Steuerkreis 344 an die Pumpe P angeschaltet werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche (½ Ventilanordnung zum wahlweisen Aufschalten einer Druckflüssigkeit auf einen ersten oder einen zweiten Anschluß (216,218) eines hydraulischen Stellmotors (206) in Abhängigkeit von elektrischen Stellsignalen, enthaltend: einen Hauptsteuerschieber (16) mit einem Schiebergehäuse (26), in welchem ein Druckflüssigkeitseinlaß (22), ein erster und ein zweiter Arbeitsanschluß (70, 72) zur Verbindung mit den Anschlüssen (216, 218) des Stellmotors (206) sowie ein Auslaß (78) vorgesehen (70, 72) sind und in welchem ein Schieberkörper (32) geführt ist, der in einer Mittelstellung die Verbindung zwischen den Arbeitsanschlüssen (70,72) und sowohl dem Druckflüssigkeitseinlaß (22) als auch dem Auslaß (78) unterbricht und bei Auslenkung aus dieser Mittelstellung jeweils zwischen dem einen Arbeitsanschluß (z.B. 70) und dem Druckflüssigkeitseinlaß (22) sowie zwischen dem anderen Arbeitsanschluß (72) und dem Auslaß (78)(oder umgekehrt) einen mit der Auslenkung zunehmenden Strömungsquerschnitt freigibt.

Druckräume (62, 64) in dem Schiebergehäuse (26) vor den Stirnflächen des Schieberkcrpers (32), Federn (202, 204) in den Druckräumen (62, 64), durch welche der Schieberkörper (32) elastisch an die Mittelstellung gefesselt ist, ein Vorsteuerventil (12) mit einem Ventilgehäuse (98), in welchem ein Paar von Vorsteuerkolben (44, 46) geführt ist, die einen Strömungsdurchgang zwischen einem Druckflüssigkeitseinlaß (22) und jeweils einem der Druckräume (62, 64) beherrschen und von denen jeder auf einer Stirnseite von dem auf den zugehörigen Druckraum (62, 64) gegebenen Druckflüssigkeitsdruck beaufschlagt ist, und elektromagnetische Hubglieder (40, 42) von denen je nach Stellrichtung jeweils eines von dem elektrischen Stellsignal beaufschlagt ist und durch welche eine von dem Stellsignal abhängige, dem auf die eine Stirnseite wirkenden Druckflüssigkeitsdruck entgegenwirkende Stellkraft auf die Vorsteuerkolben (44, 46.) ausübbar ist dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Entspannungsventil (14) vorgesehen ist, das die Verbindung zwischen den Arbeitsanschlüssen (70, 72) und einem Auslaß (78) beherrscht und durch den sich in den Druckkammern (62, 64) aufbauenden Druck derart gesteuert ist, daß es in einer Ruhestellung, wenn die Druckkammern (62, 64) über das Vorsteuerventil (12) mit dem Auslaß (78) verbunden sind, die Verbindungen zwischen den Arbeitsanschlüssen (70, 72) und dem Auslaß (78) herstellt und durch einen Druck, der sich aufbaut, wenn die Druckkammer (z.B. 64) über das Vorsteuerventil (12) mit dem Druckflüssigkeitseinlaß (22) verbunden ist, so ansteuerbar ist, daß es die Verbindung zwischen dem dieser Druckkammer (64) zugeordneten Arbeitsanschluß (70) und dem Auslaß (78) absperrt, (b) zwischen jedem Arbeitsanschluß (70,72) und dem damit verbundenen Anschluß (216, 218) des Stellmotors (206) ein entsperrbares Rückschlagventil (212, 214) vorgesehen ist und (c) das dem ersten Arbeitsanschluß (70) nachgeschaltete Rückschlagventil (212) durch Druck in dem zweiten Arbeitsanschluß (72) entsperrbar ist und umgekehrt.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entspannungsventil (14) ein Schieberventil mit einem in einem Schiebergehäuse (26) geführten, durch Federn (156, 158) an die Ruhelage gefesselten Schieberkörper (58) ist, der auf seinen Stirnflächen von den auf die Druckkammern (62, 64) gegebenen Drücken beaufschlagt ist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Schieberkörper (58) zwei im Abstand voneinander liegende Ringnuten (154, 156) aufweist, (b) ein Schiebergehäuse (26) zwei Paare von nebeneinanderliegenden Ringräumen (142, 144; 146, 148) um den Schieberkörper (58) herum aufweist, von denen der jeweils axial inneliegende mit einem Auslaß (78) und der axial außenliegenden mit dem ersten bzw. dem zweiten Arbeitsanschluß (70, 72) in Verbindung steht, und (c) in der mittleren Ruhestellung des Schieberkörpers (58) die Ringräume (142, 144; 146, 148) jedes Paares über jeweils eine der Ringnuten (154, 156) in Verbindung stehen, während diese Verbindungen bei einer Auslenkung des Schieberkörpers (58) nach der einen oder der anderen Richtung unterbrochen werden.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß (a) in-dem Schiebergehäuse (26) des Entspannungsventils (14) vor den Stirnflächen des Schieberkörpers (58) zwei Druckkammern (54, 56) gebildet sind, (b) in jede der Druckkammern (54, 56) ein rohrförmiger, mit einer Querbohrung (160, 162) versehener Anschlagkörper (164, 166) hineinragt, (c) jeder Anschlagkörper (164, 166) von einer der als Schraubenfedern ausgebildeten, den Schieberkörper fesselnden Federn (156, 158) umgeben ist, (d) in jeder der Druckkammern (54, 56) ein Kanal (50, 52) mündet, der mit dem Vorsteuerventil (12) verbunden ist und einen Teil des von je einem Vorsteuerkolben (44, 46) beherrschten Strömungsdurchgangs bildet und (e) die Bohrung (168, 170) des rohrförmigen Anschlagkörpers (164, 166) jeweils mit einer Druckkammer (62, 64) des Hauptsteuerschiebers (16) in Verbindung steht.
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schieberkörper des Entspannungsventils fesselnden Federn bezogen auf die druckbeaufschlagte Querschnittsfläche wesentlich schwächer sind als die Federn des Hauptsteuerschiebers.
6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Schieberkörper (32) des Hauptsteuerschiebers (16) zwei zylindrische, in der Bohrung (30) des Schiebergehäuses (26) geführte Abschnitte (176, 178) aufweist, die durch eine Umfangsnut (180) voneinander und durch Umfangsnuten (182, 184) von ebenfalls zylindrischen, in der Bohrung (30) geführten Endabschnitten (189, 190) getrennt sind, (b) um die Bohrung (30) des Schiebergehäuses (26) herum ein zentraler, mit einem Druckflüssigkeitseinlaß verbundener Ringraum (28), in axialen Abständen beiderseits davon Ringräume (66, 68), die mit Arbeitsanschlüssen (70, 72) verbunden sind, und axial außerhalb davon mit einem Auslaß (78) verbundene Ringräume (74, 76) angeordnet sind, (c) auf den Mantelflächen der zylindrischen Abschnitte (176, 178) beiderseits der dazwischenliegenden Umfangsnut (180) eine Mehrzahl von axial gegeneinander versetzten radialen Sacklochbohrungen angeordnet sind, von denen jede mit Axialbohrungen (194, 196) in Verbindung steht, der in den Seitenwandungen der Umfangsnut (180) mündet.

(d) auf den Mantelflächen der zylindrischen Abschnitte (176, 178) längs der axial äußeren Kanten derselben eine Mehrzahl von axial gegeneinander versetzten, radialen Sacklochbohrungen (198, 200) angeordnet sind, von denen jede mit einem trichterförmig sich erweiternden Auslaß (202) in Verbindung steht, der in der Seitenwandung der angrenzenden Umfangsnut (182 bzw. 184) mündet.
7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterförmig sich erweiternden Auslässe (202) in Umfangsrichtung schräg angeordnet sind.
8. Ventilanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial äußeren Umfangsnuten (182, 184) mit je einer konkaven Ubergangsfläche (186, 188) in die Endabschnitte (189, 190) übergehen.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß (a) zwischen jedem Arbeitsanschluß (70, 72) und dem zugeordneten, entsperrbaren Rückschlagventil (212, 214) ein weiteres Rückschlagventil (216, 218) angeordnet ist und (b) zu jedem dieser weiteren Rückschlagventile (216, 218) eine Druckwaage (220, 222) parallelgeschaltet ist, welche ein Ventil enthält, das in Abhängigkeit von dem Druckgefälle (h zwischen Arbeitsanschluß (70, 72) und Auslaß (78) bei Uberschreiten eines vorgegebenen Werts dieses Druckgefälles im schließenden Sinne ansteuerbar ist.