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Die Erfindung bezieht sich auf eine Umsteuer-
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einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bekanntlich werden Umsteuereinrichtungen dieser Art durch Schalten
eines externen Ventils aktiviert.
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Der ankommende Druckmittelstrom soll In einer ersten Hubphase eine
Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit in einer Richtung bewirken. Nach Erreichen
des Umkehrpunktes, oder anders ausgedrUckt, einer Totlage, soll der dann entstehende
Druckanstieg das Umsteuerventil öffnen und der Umsteuerkolben soll geschaltet werden,
so daß In einer zweiten Hubphase die entgegengesetzte Bewegung erfolgen kann. In
vielen Anwendungsfallen arbeitet eine solche Umsteuereinrichtung zufriedenstellend.
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Wenn jedoch kurz vor Erreichen der Totlage durch verminderten Druckmittel
bedarf dort ein verstärkter Druckanstieg elnsetzt, ergibt sich die Gefahr von Fehlschaltungen.
Bei einem Pflugwendezylinder bedeutet das, daß kurz vor Erreichen des Totpunktes
eine Fehl schaltung entsteht. Diese Neigung von Fehlschaltungen wird noch gesteigert
durch verschieden schwere Pflege, unterschiedliche Druckniveaus der Schlepperhydrauliken,
unterschiedliche Verschmutzung der Pflugschare und verschiedene Neigungen in Hanglagen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Umsteuereinrichtung der in
Rede stehenden Art so auszugestalten, daß eine vorzeitige Umschaltung vermieden
wird, und zwar unabhängig davon, ob in der ersten Hubphase Druck benötigt wird oder
aber die Kolben-Zylinder-Einheit bereits ohne Druck durch Schwerkraft bewegt wird.
Außerdem soll eine frühzeitige Umschaltung auch dann vermieden werden, selbst wenn
die Zulaufdrücke erheblich höher sind als der Uffnungsdruck. Sofern eine Last zu
halten ist, soll die Kolben-Zylinder-Einheit hermetisch dicht abgeschlossen sein.
Schließlich soll die Umsteuereinrichtung billig und leicht herstellbar sein und
wahlweise im Kopf eines Zylinders oder in einem separaten Umsteuerblock unterzubringen
sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Die Ansprüche 2 und 3 beziehen sich auf eine spezielle Ausführung
eines Vorsteuerventiles.
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Anspruch 4 richtet sich auf eine Drossel zum Erzeugen eines auf eine
der zusätzlichen Wirkflächen einwirkenden Staudruckes.
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Anhand eines in der Abbildung zum Teil mit Hilfe von Hydrauliksymbolen
dargestellten AusfUhrungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.
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Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch eine Umsteuereinrichtung,
welche sich in der der ersten Hubphase vorausgehenden Ruhestellung beßindet.
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In einem Gehäuse 1 einer Umsteuereinrichtung ist ausgehend von einer
Seitenfläche eine Bohrung 2 angebracht, die nach außen durch einen Stopfen 3 dicht
verschlossen ist. In der Bohrung 2 ist gleitbar ein Umsteuerkolben 4 geführt, der
eine innere Sackbohrung 5 aufweist, in die eine sich am Boden 6 der Bohrung 2 abstutzende
Rückstellfeder 7 hineinragt.
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Die Rückstellfeder 7 wirkt im Sinne eines Öffnens auf ein nicht in
allen Einzelheiten dargestelltes Sitzventil 8, welches innerhalb des Umsteuerkolbens
4 angeordnet ist und in geöffnetem Zustand die Sackbohrung 5 mit einem an die freie
Stirnfläche des Umsteuerkolbens 4 angrenzenden Steuerraum 9 verbinden wobei diese
Verbindung mindestens eine Drosselstelle enthalt. Im geöffneten Zustand liege das
Sitzventil 8 mit einem Bund 10 am Umsteuerkolben 4 an, so daß die Rückstellfeder
7 auf diesen wirkt. Der Umsteuerkolben 4 besitzt drei Schultern, die vom Steuerraum
9 aus gesehen mit 11, 12 und 13 bezeichnet werden In der dagestellten Schaltstellung
mundes etwa mittig zwischen den Schultern 92 und 13 eine Zuleitung 14, die von einem
Anschluß P ausgeht. Ebenfalls zwischen den Schultern 12 und 13, jedoch der Schulter
92 benachbart, mündet in die Bohrung 2 ein Kanal 15,
der zu einem
ArbeitsanschluR A führt.
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Zwischen den Schultern 11 und 12 verläuft eine Ringnut 16, die durch
Querbohrungen 17 mit der Sackbohrung 5 verbunden ist. Der Schulter 13 auf der dem
Steuerraum 9 abgewandten Seite benachbart mündet ein Kanal 18,in den eine Drossel
19 eingebaut ist. Der Kanal 18 mündet auch in den Steuerraum 9.
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In der Nähe des Bodens 6 endet eine zu einem Anschluß T führende Ableitung
20 in die Bohrung 2.
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Die Umsteuereinrichtung b-esitzt noch einen zweiten Arbeitsanschluß
B, dem ein in Richtung B selbsttätig öffnendes, entsperrbares Rückschiaoventil 21
vorgeschaltet ist. Dieses Rückschlagventil besitzt eine federbelastete Kugel 22,
die auf einem Ventilsitz 23 aufsitzt. Die Kugel 22 kann von einem mit dem Stößel
24 versehenen Entsperrkolben 25 vom Ventilsitz 23 abgehoben werden. Der Entsperrkolben
25 ragt stirnseitig in den Kanal 15 hinein und ist in diesem Bereich mit einem Zapfen
26 versehen.
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Der Entsperrkolben 25 gleitet in einer Bohrung 27, von welcher im
Bereich des Stößels 24 ein Kanal 28 ausgeht, der eine Bohrung 29 anschneldet und
der in dem gleichen Bereich wie der Kanal 18 in die Bohrung 2 mündet. An die Bohrung
29 schließt sich eine Bohrung 30 kleineren Durchmessers an, in welcher eine Stufe
31 eines Vorsteuerventils 32 auf einem Teil ihrer Länge gleitbar angeordnet ist.
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Etwa am Ende der Bohrung 30 mündet eine Verbindung 33 zur Zuleitung
14. Die Stufe 31 ragt mit einem Teil ihrer Länge in die Bohrung 29 hinein
und
kommt dann in Kontakt mit einer Stufe 34 größeren Durchmessers, die ihrerseits auf
einen Sitzkörper 35 drucke, der vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist. Die Sitzfläche
des Sitzkörpers 35 wird als erste Wirkfläche 36 bezeichnet und ist permanent vom
Druck im Kanal 15 beaufschlagt.
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Die Ringfläche der Stufe 34 wird als dritte Wirkfläche 37 bezeichnet.
Die Stirnfläche der Stufe 31 ist die zweite Wirkfläche 38. Innerhalb der Bohrung
29 ist die Stufe 31 von einer Feder 39 umgeben, die auf die Stufe 34 wirkt und sich
an dem Absatz 40 zwischen den Bohrungen 29 und 30 abstützt. Der Kanal 28 schneidet
die Bohrung 29 im Bereich der Feder 39 an. Zwischen der Bohrung 29 und der Mündung
in die Bohrung 2 ist in den Kanal 28 eine Drossel 41 eingebaut. Der zwischen der
Stufe 34 und dem Sitzkörper 36 liegende Raum 42 ist mit dem Steuerraum 9 durch eine
Steuerleitung 43 verbunden. Ein externes Schaltventil 44 besitzt vier Anschlusse
P1, T1, A1 Bq und drei Schaltstellungen "O", , "a" und "b" entsprechend den Verbindungen
P«-Ts, P1 A1 und B - T1 sowie P1 - B1 und A1 - T1, Der Anschluß P1 ist mit einer
Druckquelle 45 verbunden, der Anschluß T1 mit einem Vorratsbehälter 46. Der Anschluß
A1 steht über eine Zuleitung 47 mit dem Anschluß A in Verbindung.
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Die Anschlüsse T und B1 sind durch eine Ableitung 48 miteinander verbunden.
Vom Arbeitsanschluß A führt eine Arbeitsleitung 49 zu einem ersten Arbeitsraum 50
einer Kolben-Zylinder-Einheit 51, deren zweiter Arbeitsraum 52 durch eine Arbeitsleitung
53 mit dem Arbeitsanschluß B verbunden ist0
Der mit einer Kolbenstange
54 versehene Kolben 55 teilt die Arbeitsräume 50 und 52 voneinander.
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Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß das Schaltventil
44 bei Druckmittel liefernder Druckquelle 45 von seiner einen nahezu drucklosen
Umlauf bewirkenden Schaltstellung "0" in seine Schaltstellung "a" geschaltet würde.
Druckmittel strömt dann über die Verbindung P1 A1, die Zuleitung 47, den Anschluß
P, dieZuleitung 14 und die Verbindung 33 zur zweiten Wirkfläche 38. Der Sitzkörper
35 wird daher nicht nur durch die Feder 39, sondern auch durch zusätzlichen hydraulischen
Druck auf seinen Ventilsitz gepreßt. Nahezu gleichzeitig gelangt das Druckmittel
von der Zuleitung 14 zwischen den beiden Schultern 12 und 13 hindurch zum Kanal
15 und von dort unter die erste Sitzfläche 36 und den Entsperrkolben 25.
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Schließlich gelangt es über den Arbeitsanschluß A und die Arbeitsleitung
49 in den Arbeitsraum 50.
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Da der Druck zum Uffnen des entsperrbaren RUckschlagventiles 21 wesentlich
geringer ist als der Druck zum Uffnen des Vorsteuerventiles 32, wird zunächst das
Rückschlagventil 21 dadurch entsperrt, daß der Entsperrkolben 25 die Kugel 22 von
ihrem lt Sitz hebt. Der Druck im Arbeitsraum 50 kann nun den Kolben 55 bewegen.
Der Druck auf der ersten Wirkfläche 36 wird aufgrund von inneren Leitungswiderständen
bei zuströmendem Druckmittel immer
etwas geringer sein als der
Druck auf der zweiten Wirkfläche 38. Obwohl die zweite Wirkfläche 38 kleiner ist
als die erste Wirkfläche 36, tritt aufgrund der Druckdifferenz bei stromendem Druckmittel
unabhangig von der Höhe der Zulaufdrücke ein Uffnen nicht auf. Das Druckmittel aus
dem anderen Arbeitsraum kann abströmen über die Arbeitsleitung 53, den Arbeitsanschluß
B, das entsperrbare Rück schlagventil 21, die Bohrung 29, den Kanal 28, die Drossel
41, die Bohrung 2, die Ableitung 20, den Anschluß T, die Ableitung 48 und die Verbindung
BX - T1 zurücit zum Vorratsbehälter 46.
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Da das abströmende Druckmittel durch die Drossel 49 strömt, bildet
sich oberhalb der Drossel 41 insbesondere auch an der dritten Wirkfläche 37 ein
Staudruck aus. Dieser Staudruck bewirkt, daß die Stufe 34 den Sitzkörper 35 zusätzlich
auf seinen Sitz drückt. Wenn der Kolben 55 an seinem Totpunkt angelangt ist, hört
seine Dewegung auf und es strömt kein Druckmittel mehr ab Der Staudruck auf der
dritten Wirkfläche 37 bricht zusammen. Im Zulauf, speziell im Kanal 15, wird der
Druck ansteigen und multipliziert mit der Flächendifferenz zwischen der ersten Wirkfläche
36 und der zweiten Wirkfläche 38 gegen die nun allein wirkende Kraft der Feder 39
wirken Wenn der Druck hoch genug ist, um die Vorspannung der Feder 39 zu überwinden,
hebt der Sitzkörper 35 ab und Druckmittel strömt in die Steuerleitung 43 und von
dort in den Steuerraum 9. Da die Rückstellfeder 7 vergleichsweise schwach ist, wird
der Druck auf den Umsteuerkolben 4 diesen unverzüglich verschieben.
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Es spielt dabei auch keine Rolle, daß der Steuerraum 9 zunächst über
den Kanal 18 und die Drossel 19 zum Ablauf hin entlüftet wird.
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Der an der Drossel 19 entstehende Staudruck reicht in jedem Fall zum
Verschieben des Umsteuerkolbens 4 aus. Eine geringe und daher zu vernachlässigende
Druckmittelmenge geht auch über das noch geöffnete Sitzventil 8 verloren. Der Umsteuerkolben
4 wird solange verschoben, bis er am Boden 6 anstößt. Die Ringnut 16 steht dann
im Bereich des Kanals 15 und verbindet diesen mit der Sackbohrung im Innern des
Umsteuerkolbens 4. Die Schulter 13 trennt die Ableitung vom Kanal 18 und dem Kanal
28, welche nun beide mit der Zuleitung 14 in Verbindung stehen.
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Druckmittel strömt dann in umgekehrter Richtung im Sinne einer hydraulischen
Selbsthaltung durch den Kanal 19 zum Steuerraum 9 und hält den Umsteuerkolben 4
in seiner Position. Auch die Steuerleitung 43 bleibt unter Druck, so daS der Sitzkörper
35 hydraulisch auf seinen Sitz gepreßt wird.
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Druckmittel gelangt auch über den Kanal 28, die Bohrung 29, die Bohrung
27, das nunmehr selbsttätig sich öffnende Rückschlagventil 21 zum Arbeitsanschluß
B und von dort über die Arbeitsleitung 53 in den Arbeitsraum 52. Da die Kolben-Zylinder-Einheit
51 durch Schwung der äußeren Massen über den Totpunkt gekommen ist, fährt der Kolben
55 aus, und aus dem Arbeitsraum 50 wird Druckmittel verdrängt, das über die Arbeitsleitung
49 und das System A, 15, 16, 17, 5, 2, 20, T, 48 und B1 - T1 zum Vorratsbehälter
zurückströmt. Der Kolben 55 kann nun bis zu seine Anschlag fahren. Eine Leckage
aus dem Steuerraum 9 ueber das Sitzventil 8 findet nicht statt,
da
dieses bei am Boden 6 anliegenden Umsteuerkolben 4 durch Druck gegen die Kraft der
Rückstellfeder 7 in eine geschlossene Stellung bewegt wird Nach vollendetem Doppelhub
wird das Schaltventil 44 wieder in seine Schaltstellung "O" gefahren.
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Der Arbeitsraum 52 ist hermetisch dicht durch das Rückschlagventil
21 abgesperrt Der Druck im Zulauf 14 und auch im Steuerraum 9 sinke. Die Rückstelleder
7 öffnet etwas das Sitzventil 8, und Druckmittel strömt selbsttätig aus dem Steuerraum
9 auf die andere Seite des Umsteuerkolbens 4, so daß dieser in seine Ausgangsposition
zurUckbewegt werden kann Natürlich ist es auch möglich, das Schaltventil 44 in die
Schaltstellung "b°' zu schalen und den Umsteuerkolben 4 durch Druckbeaufschlagung
seiner Federseite zurückzustellen. Eine solche Maßnahme ist aber gemeinhin überflüssig
und soll daher hier nicht näher beschrieben werden Es ist klar, daß nur bei kinematisch
bedingten Totlagen ein gewisser schwung der äußeren Massen vorhanden sein zum Bei
rein translatorischen Bewegungen ist ein solcher Schwung nicht notwendig Dort erfolge
des Umsteuern automatisch am Hubende Es ist weiterhin klar, daß die Umsteuereinrichtung
wahlweise in Art eines Blockes ausgeführt werden kann 9 integrierter Bestandteil
einer Kolben-Zylinder-Einheit sein kann oder aber auch aus Einzelelementen zusammengeschaltet
werden kann. Die Form des Umsteuerkolbens und des Vorsteuerventils ist in weiten
Grenzen variierbar9 solange nur die gewünschten Funktionen erreicht werden
Da
viele Umsteuereinrichtungen mit Eingangsdrosseln zum Einstellen bestimmter Geschwindigkeiten
ausgerüstet werden, wäre es in einem solchen Fall zweckmäßig, die zweite Wirkfläche
mit dem Druck stromauf von der Drossel zu beaufschlagen.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse 2 Bohrung 3 Stopfen 4 Umsteuerkolben 5 Sackbohrung 6 Boden 7 Rückstellfeder
8 Sitzventil 9 Steuerraum 10 Bund 21 Schulter 92 Schulter 13 Schulter 14 Zuleitung
15 Kanal 16 Ringnut 17 Querbohrung 18 Kanal 19 Drossel 20 Ableitung 21 RUckschlagventil
22 Kugel 23 Ventilsitz 24 Stößel 25 Entsperrkolben 26 Zapfen 27 Bohrung 28 Kanal
29 Bohrung 30 Bohrung 31 Stufe 32 Vorsteuerventil 33 Verbindung 34 Stufe 35 Sitzkörper
36 erste Wirkfläche 37 dritte Wirkfläche 38 zweite Wirkfläche 39 Feder 40 Absatz
41 Drossel 42 Raum 43 Steuerleitung 44 Schaltventil 45 Druckquelle 46 Vorratsbehälter
47 Zuleitung 48 Ableitung 49 Arbeitsleitung 50 Arbeitsraum 51 Kolben-Zylinder-Einheit
52 Arbeitsraum 53 Arbeitsleitung 54 Kolbenstange 55 Kolben P Anschluß für Zuleitung
T Anschluß für Ableitung
| A |
| } Arbeitsanschlüsse |
| B |
| P1 |
| T1 |
| A1 } Anschlüsse |
| B1 |
| "O" |
| "a"} Schaltstellungen |
| "b" |