DE3122594C2 - Umsteuereinrichtung für eine hydraulische Drehvorrichtung von landwirtschaftlichen Geräten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umsteuereinrichtung für eine hydraulische Drehvorrichtung von landwirtschaftlichen Geräten, insbesondere eines Drehpfluges zum Umsteuern der Bewegungsrichtung einer doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere bei kinematisch bedingten Totlagen der Drehvorrichtung, mit einem federbelasteten Steuerkolben (10), der mit zwei nacheinander beaufschlagbaren Wirkflächen, nämlich einer ersten kleinen (48) und einer zweiten großen Wirkfläche (49) versehen ist. Für den universellen Einsatz solcher Umsteuereinrichtungen in Kombination mit verschieden hohen Zulaufdrücken ist es im allgemeinen notwendig, den Umsteuerpunkt durch geeignete Wahl von Zulauf- und Ablaufdrosseln bzw. der Vorspannung der Rückstellfeder anzupassen. Ohne Anpassung besteht die Gefahr unerwünschter Fehlschaltungen vor dem oberen Totpunkt insbesondere dann, wenn eine auf einen geringen Zulaufdruck ausgelegte Umsteuereinrichtung bei einem wesentlich höheren Zulaufdruck eingesetzt wird. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß beseitigt durch eine dritte, den beiden anderen Wirkflächen (48, 49) entgegengerichtete Wirkfläche (50) am Steuerkolben (10) oder einem mit ihm in Wirkverbindung stehenden Bauteil, z.B. einem auf das Federwiderlager (17) wirkenden Hilfskolben (19) oder einem direkt auf den Steuerkolben (10) wirkenden Hilfskolben, welche Wirkfläche (50) vor einer in den Zulauf (13) eingebauten Drosselstelle (23) beaufschlagt wird. Solange bis zum Erreichen einer .......

Description

a) einem Gehäuse,

b) Anschlüsse in dem Gehäuse, nämlich

bl) einem Arbeitsanschluß für einen ersten Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit,

b2) einem Arbeitsanschluß für einen zweiten Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit,

b3) einem über ein externes Steuerventil mindestens mit einer Druckmittelquelle ^erbindbaren Druckanschluß,

b4) einem mit einem Vorratsbehälter oder Zwischenspeicher verbundenen oder verbindbaren „Φ Rücklaufanschluß,

;ifc) einem in dem Gehäuse gleitbar angeordneten, zwei Schaltstellungen aufweisenden, von einer t: Rückstellfeder permanent in Richtung auf eine der Schaltstellung belasteten Steuerkolben mit einer permanent vom Druck stromab einer Drosselstelle in einem bis zum Steuerkolben verlaufenden Z'jiauf beaufschlagten ersten, vergleichsweise kleinen Wirkfläche und mit einer nac! einem vorbestimmten Hub von ebenfalls Lesern Druck beaufschlagten vergleichsweisj großen, in gleicher Richtung wirkenden zweiten Wirkfläche zum Umschalten des Steiierkolbens von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung insbesondere bei Erreich sn bzw. Durchfahren einer kinematischen Totk ge der Drehvorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) eine dritte, entgegen der ersten (48) und zweiten

(49) Wirkfläche wirksam werdende Wirkflache

(50) am Sti uerkolben selbst oder an einem mit ihm in Virkverbindung stehenden Bauteil (Hilfskolben19,19') vorgesehen ist,

e) welche drit'.e Wirkfläche (50) vom Zulaufdruck vor (in Strömungsrichtung auf den Steuerkolben gesehen) der Drosselstelle (23) beaufschlagt wird.

2. Umsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, r'aß die dritte Wirkfläche (50) geringfügig kleiner als die erste Wirkfläche (48) ist.

3. Umsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wirkfläche (50) gleich oder geringfügig größer als die erste Wirkfläche (48) ist.

4. Umsteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wirkfläche (50) am Federwiderlager (17) der Rückstellfeder öder einem damit in Wirkverbindung stehenden Bauteil (Hilfskolben 19) angeordnet ist und die Rückstellfeder (16) so bemessen ist, daß das Federwiderlager (17) bei einem geringsten vorbestimmten Zulaufdruck abgehoben wird.

5. Umsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federwiderlager (17) nach einem bestimmten Hub, der größer ist als der mögliche Hub des Steuerkolbens (10), mit dem Steuerkolben (10) in festen Kontakt kommt.

6. Umsteuereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennnzeichnet, daß eine den Steuerkolben (10) aufnehmende Bohrung (S) nach außen durch einen sich in die Bohrung (9) und weiterhin mit einem zapfenartigen Ansatz bis in eine Sackbohrung (15) des Steuerkolbens (10) erstreckenden Deckel (8) verschlossen ist, wobei ein Hilfskolben (19) mit der dritten Wirkfläche (50) in einer inneren Bohrung (18) des Deckels (8) gleitbar angeordnet ist und auf ein sich an dem zapfenartigen Ansatz abstützendes Federwiderlager (17) einwirkt.

7. Umsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rückstellfeder (16) aufnehmende Raum (Sackbohrung 15) mit dem Rücklaufanschluß (28) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umsteuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Umsteuereinrichtung für Drehpf'Iüge ist in der DE-OS 30 07 992 bereits mit den wesentlichen Merkmalen beschrieben worden. Als erste Wirkfläche 'dient die Fläche eines Sitzventils. Die zweite, größere Wirkfiäche wird erst dann beaufschlagt, wenn das

jo Sitzventil geöffnet hat Man hat das Bestreben, solche Umsteuereinrichtungen universell einzusetzen, d.h., unabhängig davon, ob ein Drehpflug in der ersten Drehphase mit Schwerkraftunterstützung dreht oder hydraulisch gedreht werden muß und auch unabhängig von verschiedenen Pfluggewichten und verschiedenen Zulaufdrücken entsprechend den verschiedenen hydraulischen Systemen der einzelnen Schleppertypen. Eine zufriedenstellende Funktion kann in vielen Fällen durch geeignetes Anpassen der Federvorspannung der Rückstellfeder bzw. von Zulauf- und Ablaufdrosseln erreicht %erden. Ein solches Anpassen ist aber mit Aufwand verbunden und widerspricht dem Wunsch nach universeller Ersetzbarkeit. Bei einer schlecht angepaßten Drehverrichtung kann es leicht zu einem unerwünschten Umsteuern bereits vor Erreichen des Totpunktes kommen.

Diese Erscheinung sei am Beispiel einer mit Zulauf- und Ablaufdrosseln versehenen Umsteuereinrichtung erläutert, die bei einem Traktor mit niedrigem

Druckniveau gerade eine zum Überwinden der Totlage ausreichende Drehgeschwindigkeit haben soll und bei

Überfahren der Totlage etwas unterhalb oder genau bei Erreichen des Zulaufd- ύ:~» schalten soll.

i>^ LL ~uiü ,..ι. „._' .. η der Totlage die Drosselstelle im Zulauf immer durchströmt wird, entsteht ein Druckgefälle, so daß der Zulaufdruck hinter der Drosselstelle und damit an der ersten Wirkfiäche vor der Totlage nicht erreicht werden kann. Wenn nun diese Umsteuereinrichtung ohne Änderung bei einem Traktor mit wesentlich höherem Drucknineau ohne Anpassung eingesetzt werden soll, ergibt sich bei sonst gleichen Verhältnissen ein wesentlich höheres Druckgefälle über der Drosselstelle. Der Durchflußstrom wird größer, und in der Nähe der Totlage, wenn die Drehvorrichtung den geringsten Verbrauch pro Drehwinkel hat, kommt es dann sehr leicht zu einem solchen Druckanstieg nach der Drosselsteüe, daß der Umschaltdruck bereits zu früh erreicht wird.

if J⁷T-

Die gleichen Probleme wie bei Drehpflügen ergeben sich prinzipiell auch bei anderen landwirtschaftlichen Geräten, wie z. B. Streuarmen an Großflüchendünger-■"treuern oder links-rechts schwenkbaren Saatbettbereitern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die in Rede stehende Umsteuereinrichtung so auszugestalten, daß unabhängig vom jeweiligen Zulaufdruck der Schlepperhydraulik ein Umschalten immer bei diesem Zi.laufdruck oder einem geringfügig unterhalb liegenden Druck erfolgt. Eine Anpassung der Vorspannung der Rückstellfede- oder von Drosselquerschiiitten soll sich erübrigen. Der Einfluß verschieden großer Durchflußströme durch die Drosse stelle soll weitgehend ausgestaltet werden. Die Ausgestaltung soll einfach und billig sein und sich im Rahmen der bisherigen Baumaße verwirklichen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I «•v genannten Merkmale.

^ Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie

-"^sowohl beim Anfahren als auch in der Nähe der Totlage

"* voll wirksam wird, wobei es auch keine RuIIe spielt, ob

Γ der Pflug anfangs mit oder ohne Schwerkraftunterstüt-

^i?zung dreht.

Der Steuerkolben wird solange mit einer zusätzlichen ⁱf Kraft in ssiner ersten Schaltstellung gehalten, wie eine Strömung durch die Drosselstelle stattfindet. Erst wenn die Strömung aufhört, entfällt die zusätzliche Kraft, und der Steuerkolben kann in herkömmlicher Weise geschaltet werden. Insbesondere dann, wenn die dritte Wirkfläche auf das Federwiderlager der Rückstellfeder wirkt, so daß dieses vom Anschlag abgebogen wird, wirken noch kleinste Druckunterschiede an der Drosselstelle in Schließrichtung des Steuerkolbens, sofern die erste und dritte Wirkfläche etwa gleich groß sind.

Die Ansprüche 2 und 3 richten sich auf die Bemessung ■der dritten Wirkfläche im Verhältnis zur ersten.

Anspruch 4 ist auf die Anordnung der dritten Wirkfläche am Federwiderlager der Rückstellfeder oder einem damit verbundenen Bauteil gerichtet.

Die Ansprüche 5 und 6 richten sich auf konstruktive Details.

Anspruch 7 bezieht sich auf eine Verbindung des Federraumes mit der Rücklaufleitung.

Die Erfindung wird anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher e; läutert.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Umsteuereinrichtung mit einem auf ein Federwiderlager wirkenden Hilfskolben.

F i g. 2 zeigt bei sonst gleicher Anordnung einen direkt auf den Steuerkolben einwirlc»rd<*·" !Hlfskolben.

Eine Kolben-Zy'-'.dei birken 1 '*-.\'.τ\ einenZyimier 2 mit einem Zylinderkopf 3. im Innern des Zjünders 2 teilt ein mit einer nach oben geführten Kolbenstange 4 verbundener, abgedichtet gleitender Kolben 5 einen die Kolbenstange 4 umgebenden, ringförmigen ersten Arbeitsraum 6 ab, welchem jenseits des Kolbens 5 ein weiter Arbeitsraum 7 gegenüberliegt. Im Zylinderkopf 3 ist eine von einem Deckel 8 nach außen verschlossene Bohrung 9 angebracht, in welcher ein Steuerkolben 10 gleitbar angeordnet ist.

Die Bohrung 9 hat einen flachen Boden 11, von dem ein Druckkanal 12 konzentrisch ausgeht, der innerhalb des Zylinderkopfes 3 zu einer Zuleitung 13' verläuft. 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 Sackbohrung *5. in welcher eine Rückstellfeder 16 gefünrt ist. die sich an einem Federwiderlager 17 abstützt, welches in Kontakt mit dem Deckel 8 kommt. Innerhalb des Deckels 8 verläuft eine Bohrung 18, die zur dichten Führung eines mit dem Federwiderlager 17 in Wirkverbindung stehenden Hilfskolbens 19 dient. Oberhalb des Hilfskol· bens 119 mündet ein Kanal 20 in der Bohrung 18. Der Kanal 20 geht von einer Ringnut 21 im Deckel 8 aus. in die Ringnut 21 mündet ein Kanal 22, derdic Zuleitung 13 stromauf von einer Drosselstelle 23 anschneidet, die ihrerseits s'^romauf von dem Abzweig des Druckkanals 12 liegt. Mit der Zuleitung 13 ist im übrigen ein Druckanschluß 24 verbunden. Ein externes Steuerventil 25 besitzt zwei Schaltstellungen »0« und »a«. In der Schaltstellung »0« sind alle Anschlüsse gesperrt. In der Schaltstellung »a« ist ein mit einer Druckmittelquelle (Pumpe) 26 verbundener Anschluß Pm\\ einem zum Druckanschluß 24 hinführenden Anschluß A verbunden. ,Eine Rücklaufieitung 27 führt von einem Rücklaufan-■fschluß 28 zu einem Vorratsbehälter 29 (T). Die Bohrung "9 ist im Bereich des Steuerkolbens 10 von vier Ringnuten umgeben, die vom Arbeitsraum 7 aus gesehen mit 30, 31, 32 und 33 bezeichnet sind. Diesen Ringnuten sind zwei Ringnuten 34 und 35 im Steuerkolben 10 zugeordnet. Von der Ringnut 34 führt eine Querbohrung 36 in die Sackbohrung 15. In die Ringnut 33 mündet der stromab von der Drosselstelle 23 liegende Teil 13' der Zuleitung 13. Von der Ringnut 32 führt ein Kanal 37 zu einem Arbeitsanschluß 38, von dem eine Leitung 39 zum Arbeitsraum 6 führt. In die Leitung 39 ist ein in Richtung auf den Arbeitsraum 6 öffnendes Drosselrückschlagventil 40 eingebaut. Von der Ringnut 30 führt eine Leitung 41, in welche ein entsperrbares Rückschlagventil 42 eingebaut ist, über ein in Richtung Arbeitsraum 7 öffnendes Drosselrückschlagventil 43 zu einem in den Arbeitsraum 7 mündenden Arbeitsanschluß 44. Ein Enlsperrkolben 45 für das entsperrbare Rückschlagven'il 42 wird permanent vom Druck im Kanal 37 beaufschlagt. Die Ringnut 31 ist mit dem Rücklaufanschiuß 28 durch einen Kanal 46 verbunden.

Der Raum zwischen Boden 11 und Steuerkolben 10 wird mit Steuerraum 47 bezeichnet. Die Sitzfläche des Sitzventiles 14 wird als erste wirksame Fläche 48 bezeichnet. Die verbleibende Fläche am Steuerkolben 10 ist die zweite wirksame Fläche 49. Die dritte wirksame Fläche 50 ist die Querscrinittsfläche des Hilskolbens 19. In der ersten Schaltstellung des Steuerkoibens 10 sind die Ringnuten 30,31,34 bzw. 32, 33,35 verbunden, so daß sich insgesamt die Verbindung pe. . - \ η.γ> ζ-τ) ergibt in rW yweiter Schaltstellung s=n( . Ringnuten 3!, 32, 34 bzw. Ringnut 30 und Stf ■■·:. raum 47 miteinander verbunden, so daß sich insgesamt die Verbindung Ρ-Ί und 6-29 (T) ergibt.

Zur Erläuterung sei ausgehend von der in der Abbildung (Fig. 1, mit einem auf ein Federwiderlager wirkendem Hilskolben) dargestellten Situation vorausgesetzt, daß die dritte Wirkfläche 50 nur geringfügig kleiner sei als die erste Wirkfläche 48. IVenn dann das externe Steuerventil 25 in die Schaltstellung »a« geschaltet wird, gelangt Druckmittel von der Druckquelle 26 über die Verbindung P-A und den Druckanschluß 24 vor die Drcsselstelle 23, wodurch sich dort ein Zulaufdruck aufbaut, der maximal bis zum Schlepperdruck ansteigen kann. Dieser Zulaufdruck pflanzt sich über den Kanal 22, die Ringnut 21 und den Kanal 20 bis in die Bohrung 18 fort und beaufschlagt dort den

Hilfskolben 19. Oberhalb eines vorbestimmten Zulaufdruckes, z.B. 100bar, hebt der Hilfskolben 19 das Federwiderlager 17 unter weiterer Vorspannung der Rückstellfeder 16 vom Deckel 8 ab. Das Druckmittel durchströmt die Drosselstelle 23 mit einem Druckgefälle Ap und gelangt über den Zulauf 13' und den Druckkanal 12 zur Wirkfläche 48 des Sitzventils 14, ohne dies jedoch öffnen zu können.

Wenn man sich vorstellt, daß beide Wirkflächen 48 und 50 genau gleich groß wären, wird klar, daß die Schließkraft um den Wert (Δρ ■ Wirkfiäche) größer ist als die Öffnungskraft Selbst Druckstöße usw. beim Anfahren ändern nichts daran, da das Druckgefälle immer früher entsteht als irgendein Druckstoß stromab der Drosselsteile 23. Da der Druck sich auf dem Wege 33, 35, 32, 37, 38, 39 und 40 bis zum Arbeitsraum 6 fortpflanzt und außerdem den Entsperrkolben 45 betätigt, kann der Kolben 5 einfahren. Das aus dem Arbeitsraum 7 abströmende Druckmittel gelangt auf dem Wege 44, 43, 42, 41,30,34,31, 46,28 und 27 zum Vorratsbehälter 29 (T) zurück.

Wenn der Kolben 5 in die Nähe seiner üblicherweise durch kinematische Gegebenheiten bedingten Totlage kommt, verringert sich der Hub pro Drehwinke!, und das Druckmittel wird einen Druckanstieg nach der Drosselstelle 23 bewirken. Dabei mag sich zwar das Druckgefälle über der Drosselsteile 23 verringern, jedoch bleibt der Steuerkolben 10 dennoch in seiner Lage. Wenn die Totlage bzw. der Umkehrpunkt schließlich erreicht ist, hört die Strömung durch die Drosselstelle 23 auf. Es stellt sich ein Druckgleichgewicht ein.

Wenn wie vorausgesetzt die erste Wirkfläche 48 geringfügig größer ist als die dritte Wirkfiäche 50, reicht eine Kraft zur Überwindung der Reibung aus, um den Steuerkolben 10 zu bewegen. Die Rückstellfeder spielt bei diesem Vorgang überhaupt keine Rolle. Sie ist allein deswegen vorhanden, um den Steuerkolben 10 nach erfolgtem Drehvorgang in seine Ausgangsposition zu bewegen.

Da bei Drehvorrichtungen zum Überfahren des Totpunktes ein gewisser Schwung vorhanden sein muß, wird der Kolben 5 das Bestreben haben, nach dem Totpunkt wieder auszufahren, d.h. sich gegen den ankommenden Druckmittelstrom zu bewegen. Hierdurch wird, sofern der Steuerkolben 10 noch nicht geschaltet haben sollte, ein Druckanstieg im System 6, 40,39,38,37,32,35,33,13' und 12, d. h. nun aber auf der anderen, vorher stromab liegenden Seite der Drosselstelle 23 einstellen. Dieser Druckanstieg, oder besser dieser Druckstoß bewirkt endgültig ein Schalten des Steuerkolbens i0. Druckmittel gelangt über das öffnende Sitzventil 14 unter die Wirkfläche 49 und hält aufgrund der Flächenverhältnisse den Steuerkolben 10 auch dann in seiner zweiten Schaltstellung, wenn über der Drosselstelle 23 später ein hohes Druckgefälle

entstehen sollte. Druckmittel gelangt nunmehr vom Zulauf 13' auf dem Wege 12,47,30,41,42,43 und 44 in den Arbeitsraum 7. Das Druckmittel aus dem Arbeitsraum 6 strömt auf dem Wege 40,39,38,37,32,34,31,46, 28 und 27 zum Vorratsbehälter 29 zurück.

Wenn nun die gleiche Umsteuereinrichtung an einem Schlepper mit höherem Druckniveau benutzt werden soll, ist die Höhe des Druckes nicht von Einfluß. Es sei noch einmal wiederholt, daß die Rückstellfeder 16 im Fall einer Anordnung nach F i g. 1 (auf ein Federwiderlager wirkender Hilfskolben) keine Rolle für den Umschaltvorgang spielt, sondern daß dieser unabhängig von dem statischen Druck nur vom Druckgefälle in Verbindung mit den Wirkflächen abhängt. Je kleiner die dritte Wirkfläche 50 in bezug auf die erste Wirkfläche 48 ist, um so größer muß natürlich das Druckgefälle sein, um ein Schalten zu verhindern.

Wäre die dritte Wirkfläche 50 größer als die erste Wirkfiäche 43, könnte das Öffnen nur durch den rückwärts wirkenden Druckstoß beim Überfahren des Totpunktes bewirkt werden. Der fehlende Einfluß der Rückstellfeder auf den Umschaltvorgang ist ein ganz wesentlicher Vorteil, der immer dann entsteht, wenn die dritte Wirkfiäche am Federwiderlager oder einem damit verbundenen Bauteil angeordnet ist.

Einen anderen Aufbau und eine andere Wirkungsweise hat die Umsteuereinrichtung nach Fig.2. Ein Hilfskolben 19' durchdringt ein Federwiderlager 17' und kommt in direkten Kontakt mit dem Steuerkolben 10. Die Wirkungsweise unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die Rückstellfeder 16 nun wieder von Einfluß ist und jede statische Druckerhöhung an der Wirkfiäche 48 durch einen entsprechenden Staudruck vor der Drosselstelle 23 in Verbindung mit der Wirkfiäche 50' ausgeglichen werden muß. Der Unterschied wird weiter verdeutlicht, wenn man davon ausgeht, daß die Wirkfiäche 50' nur geringfügig kleiner sei als die Wirkfläche 48. Im Beispiel nach F i g. 1 muß dann beim Umschalten nur noch die Reibung am Steuerkolben 10 überwunden werden, im Beispiel nach FIg.2 ist jedoch dann noch die gesamte Federkraft zu überwinden. Dennoch ist auch diese Lösung noch funktionssicherer als die eingangs beschriebene bekannte Lösung.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern grundsätzlich bei allen Umsteuereinrichtungen verwendbar, die zwei verschiedene Wirkflächen besitzen. Der sonstige Aufbau des Steuerkolbens, d. h. die Anordnung von Ringnuten, Querbohrungen ist ebenso freigestellt, wie die Ausbildung des umgebenden Gehäuses. Es ist weiterhin ohne Beiang, ob die Umsteuereinrichtung in einer Kolben-Zylinder-Einheit integriert ist, in einem separaten Umsteuerblock angeordnet ist, oder mit Einzelelementen ausgeführt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Umsteuereinrichtung für eine hydraulische Drehvorrichtung von landwirtschaftlichen Geräten, insbesondere eines Drehpfluges, zum Umsteuern der Bewegungsrichtung einer doppelt wirkenden KoI-ben-Zylinder-Einheit, insbesondere bei kinematisch bedingten Totlagen der Drehvorrichtung mit