DE3213318C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromteiler der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der Druckschrift Rev. 6/73 der Firma Fluid Controls, Inc., ist ein Stromteiler dieser Art be­ kannt. Diese Stromteiler sollen die Forderung erfül­ len, lastunabhängig einen Hydraulikstrom zu teilen bzw. in entgegengesetzter Strömungsrichtung lastunabhängig Hydraulikströme zu einem Hydraulikstrom zu vereinigen. Über das Druckgefälle zwischen den Regelblenden ergibt sich ein Arbeitsspiel der Regelkolbenanordnung, mit welchem sich das lastunabhängige Regeln erreichen läßt. Dabei konn­ te festgestellt werden, daß jeweils diejenige Regelblen­ de dominiert, in der gerade der geringere Druck herrscht. Weiterhin hat sich in der Praxis als nachteilig heraus­ gestellt, daß die dominierende Regelblende zwar das Be­ wegungsspiel der Regelkolbenanordnung und die jeweilige Vergrößerung oder Verkleinerung der Öffnung der anderen Regelblende einwandfrei überwachen kann, daß sie aber gleichzeitig selbst zum Überregeln des Förderstroms von oder zu ihrem zugeordneten Verbraucher neigt. Dies macht sich beispielsweise dadurch bemerkbar, daß zwei über den Stromteiler angesteuerte Hydraulikkolben, von denen der eine von außen einer stärkeren Belastung unterworfen wird als der andere, sich nicht exakt synchron mitein­ ander bewegen. Vielmehr eilt der geringer belastete Kol­ ben nach bzw. vor. Die Abweichung von einer synchronen Bewegung tritt insbesondere nahe den jeweiligen End­ stellungen der Kolben merkbar auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strom­ teiler der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Regelverhaltens derart zu verbessern, daß die Teilung des Hydraulikstromes bzw. die Zusammenführung der Hydraulikströme exakt nach den vorbestimmten Regelkenn­ linien erfolgt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Mit den zusätzlichen Strömungsverbindungen wird die jeweils überregelnde Regelblende umgangen und ein be­ stimmtes Fördervolumen in den bzw. aus dem jeweils kriti­ schen Verbraucheranschluß gebracht. Dieses zusätzliche Fördervolumen kompensiert den Überregelungs-Effekt der jeweils dominierenden Regelblende. Das praktisch erreich­ bare Regelverhalten stimmt nahezu identisch mit der theoretisch vorherbestimmten Regelkennlinie überein. Durch eine bestimmte Dimensionierung des zusätzlichen Strömungsweges läßt sich diese Übereinstimmung zwischen der Theorie und der Praxis besonders einfach in dem Förder­ volumenbereich erzielen, in dem der Stromteiler vorwie­ gend betrieben wird. Überraschend zeigt sich die Wirkung der zusätzlichen Strömungsverbindungen, wenn beispiels­ weise zwei Arbeitskolben über den Stromteiler angesteuert werden, in einem exakten Gleichlauf der Bewegungen der beiden Kolben auch in der besonders kritischen Endphase ihres Bewegungshubes.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch 2 hervor. Mit diesem gedrosselten Kanal kann in Abhängigkeit vom Zulaufdruck bzw. Rücklaufdruck ein exakt vorherbestimmbares Fördervolumen durchgelassen wer­ den, und zwar unabhängig vom Regelverhalten der Regel­ blenden. Die grundsätzliche Funktion des Stromteilers beeinflussen die zusätzlichen Strömungswege nicht.

Eine baulich einfache Ausführungsform der Erfindung geht weiterhin aus Anspruch 3 hervor.

Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung läßt sich aus Anspruch 4 entnehmen. Hierbei befinden sich die zusätzlichen Strömungsverbindungen in der Regel­ kolbenanordnung und umgehen darin die Blendenöffnungen, die Teil der Regelblenden sind. Auch hier braucht nur dafür Sorge getragen zu sein, daß die Kanäle stets die gewünschte und die Regelblende umgehende Verbindung schaf­ fen und nicht beim Arbeitsspiel der Regelkolbenanordnung verschlossen werden. Dies läßt sich durch Abstimmen des Abstandes jedes Kanales von der zugehörigen Blenden­ öffnung in Relation zum Arbeitsbewegungshub der Regel­ kolbenanordnung erreichen.

Ein weiterer, wichtiger Gedanke geht aus Anspruch 5 her­ vor. Mit der auswechselbaren Drosseldüse wird die Mög­ lichkeit geboten, durch einen Austausch der Drosseldüse gegen eine Drosseldüse mit einem anderen Durchgangsquer­ schnitt den Stromteiler hinsichtlich seines Regelver­ haltens an einen anderen Fördervolumenbereich anzupassen.

Besonders einfach läßt sich dieses Ziel erreichen, wenn die Merkmale von Anspruch 6 gegeben sind. Bei dieser Aus­ bildung braucht kein Eingriff ins Innere des Stromteilers gemacht zu werden, sondern die Veränderung des Regelver­ haltens des Stromteilers kann von außen vorgenommen werden.

Eine weitere, von einem aus der älteren DE-OS 32 05 368 be­ kannten Stromteiler ausgehende Ausführungsvariante, bei der zwei tandemartig angeordnete Regelkolben jeweils eine Durchflußblende sowie mindestens eine Blendenöffnung aufweisen und über eine Kupplungsvor­ richtung begrenzt aufeinander zu- und voneinander weg­ bewegbar verbunden sind, geht aus Anspruch 7 hervor. Bei dieser Ausführungsform des Stromteilers, der so­ wohl einen Hydraulikstrom lastunabhängig in zwei Teil­ ströme aufzuteilen vermag als auch zwei Teilströme last­ unabhängig zu einem Hydraulikstrom zu vereinigen vermag, indem der jeweilige Abstand zwischen den Regelkolben der Regelkolbenanordnung verändert wird, läßt sich mit geringem baulichen Aufwand ebenfalls zur Übereinstimmung seines praktischen Regelverhaltens mit der theoretisch vorbestimmten Regelcharakteristik bringen, indem die zusätzlichen Strömungsverbindungen unmittelbar in den Re­ gelkolben angeordnet werden. In Anbetracht der beiden Re­ lativstellungen, in denen die Regelkolben arbeiten, ab­ hängig davon, ob das Hydraulikmedium in der einen Richtung oder in der anderen Richtung strömt, sind in jedem Regel­ kolben zwei Kanäle erforderlich, von denen nur jeweils einer die die Regelblende umgehende Strömungsverbindung bildet.

Nachstehend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form in Form eines Stromteilers,

Fig. 2 einen vergrößerten Teil eines Längsschnittes durch eine weitere Ausführungsform, und

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt eines Teils einer dritten Ausführungsform eines Stromteilers.

Ein Stromteiler, der sowohl zum lastunabhängigen Teilen eines Hydraulikstromes in der einen Strömungsrichtung als auch zum lastunabhängigen Zusammenführen zweier Hy­ draulikströme in einen einzigen Hydraulikstrom in der Ge­ genrichtung konzipiert ist, weist einen Grundkörper 1 mit einer längsdurchgehenden Innenbohrung 2 auf, die durch einen mittleren Ringabschnitt 3 unterteilt ist. Die Innenbohrung 2 ist an beiden Enden durch Deckel 4 mit Schrauben 5 verschlossen. In den Ringabschnitt 3 mündet ein Hauptanschluß 6, während symmetrisch zum Hauptan­ schluß 6 seitlich versetzte und gegenüberliegende Verbrau­ cheranschlüsse 7 über in der Größe exakt bestimmte Mün­ dungen 8 in die Innenbohrung 2 führen.

In der Innenbohrung 2 ist als Regelkolbenanordnung ein Paar identischer Regelkolben 9, 10, zueinander spiegel­ bildlich, angeordnet und verschiebbar geführt. An den Deckeln 4 abstützende Druckfedern 11 belasten die Re­ gelkolben 9, 10 in Richtung aufeinander zu, während eine mittlere Druckfeder 12 sie voneinander weg belastet.

Die Regelkolben 9, 10 sind als Hohlzylinder ausgebildet. Ihre zueinander weisenden Enden 17 sind trichterförmig bis zu einem Ringflansch 18 eingezogen. In jedem Ende 17 sind schräg einwärts gerichtete Durchgangsöffnungen 19 angeordnet.

Jeder Regelkolben 9, 10 besitzt radiale Blendenöffnungen 21, die zu der Mündung 8 bzw. diese enthaltenden Ring­ räume 22 führen, welche den Verbraucheranschlüssen 7 angehören. In der in der Zeichnung dargestellten Neutral­ stellung der Regelkolbenanordnung ist jeweils der volle Querschnitt der Blendenöffnungen 21 in den Mündungen 8 bzw. im Ringraum 22 frei. Es liegt auf der Hand, daß bei einer Bewegung der Regelkolben 9 bzw. 10 aus der gezeichne­ ten Stellung nach links oder rechts der Durchflußquer­ schnitt durch die von den Blendenöffnungen 21 und der Mündung 8 bzw. dem Ringraum 22 gebildeter Regelblenden entsprechend verringert wird.

In jedem Regelkolben 9 ist eine Durchflußblende 23 ange­ ordnet, die Blendenöffnungen 24 vorgegebener Größe sowie Einschrauböffnungen 25 zum Ansetzen eines Drehwerkzeugs aufweisen.

Die Regelkolben 9, 10 sind über eine Kopplungsvorrichtung 30 so verbunden, daß sie in beiden Endstellungen gemein­ sam und in allen Zwischenstellungen und in einem von der Kopplungsvorrichtung 30 begrenzten Bereich relativ zuein­ ander Längsbewegungen in der Innenbohrung 2 auszuführen vermögen.

Die Kopplungsvorrichtung 30 besteht aus einem Schaft 31, dessen beide Enden 39 ins Innere der Regelkolben 9, 10 ragen und dort Zugteile 36 tragen, die beispielsweise von Sechskantmuttern gebildet werden. Die Enden 39 sind ballig ausgebildet und arbeiten mit Gegenflächen 29 in den Durchflußblenden 23 als Anschlagbegrenzung bei einer Bewegung der beiden Regelkolben aufeinander zu zusammen.

Die Regelkolben 9, 10 werden über die Kopplungsvorrichtung 30 kugelgelenkartig miteinander verbunden, so daß her­ stellungsbedingte Ungenauigkeiten oder Abweichungen von einem geradlinigen Bohrungsverlauf in beiden End­ stellungen der Regelkolben kompensiert werden und diese nicht in der Innenbohrung verkanten können. Diese Kugel­ gelenke werden von den balligen Endflächen 39 des Schaf­ tes 31 und den Lagerflächen 29 der Durchflußblenden 23 einerseits sowie von den ballig ausgebildeten Auflage­ flächen der Zugteile 36 und den kegelförmigen Auflage­ flächen 37 in den Enden 17 der Regelkolben gebildet. Aus dem Ringabschnitt 3 führen zusätzliche Strömungsver­ bindungen 13, 14 unter Umgehung der Regelblenden 8, 21, 22 in die Verbraucheranschlußöffnungen 7.

Der vorbeschriebene Stromteiler gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Bei einer Druckbeaufschlagung im Hauptanschluß 6 fahren die Regelkolben 9, 10 bis in die gezeichnete Endstellung auseinander, falls sie nicht bereits in dieser stehen. Beide Regelblenden sind dann gleichgroß geöffnet, so daß das Hydraulikmedium in beide Verbraucheranschlüsse gleichmäßig einströmt. Der Durchsatz wird mit den Kanälen 24 in den Durchflußblenden 23 zugemessen. Sobald in einem der Verbraucheranschlüsse (beispielsweise im in Fig. 1 linken) ein höherer Druck auftritt, als im anderen Ver­ braucheranschluß 7, verfährt die Regelkolbenanordnung nach rechts, so daß die rechte Regelblende 8, 22, 21 in ihrer Durchgangsgröße verkleinert wird, während die linke Re­ gelblende noch vollständig offen ist. Trotz des Druckge­ fälles bleiben auf diese Weise die Fördervolumina zu bei­ den Verbraucheranschlüssen gleich. Eine vom Druck im Haupt­ anschluß 6 abhängige Menge des Hydraulikmediums strömt gleichzeitig durch beide Kanäle 13, 14 ein. Diese Mengen beeinflussen aber das Regelverhalten der Regelkolbenanordnung nicht. Im vorbeschriebenen Fall ist die in Fig. 1 rechte Re­ gelblende die dominierende, die hauptsächlich für das Arbeitsspiel der Regelkolbenanordnung verantwortlich ist. Wenn die aus den beiden Verbraucheranschlüssen 7 angesteuerten Verbraucher sich ihren Endstellungen nähern und dabei immer noch ein Druckunterschied zwi­ schen den Verbraucheranschlüssen herrscht, schließt die dominierende Regelblende nahezu vollständig, während die andere noch vollständig geöffnet ist oder nur zum Teil gedrosselt wird. Daraus resultiert eine "Überregelung" des in Fig. 1 rechten Verbraucheranschlusses 7, wodurch der daran angeschlossene Verbraucher seine Bewegung so weit verlangsamt, daß er unter Umständen hinter dem ande­ ren zurückbleiben könnte. Da jedoch der in Fig. 1 rechte Kanal 14 weiterhin das Hydraulikmedium mit einem bestimm­ ten Durchsatz durchläßt, wird diese Überregelungswirkung der dominierenden Regelblende kompensiert. Beide Ver­ braucher erreichen zur gleichen Zeit und mit der gleichen Bewegungsgeschwindigkeit ihre Endstellung.

In umgekehrter Strömungsrichtung, d. h. wenn die Druck­ beaufschlagung des Hauptanschlusses abgebaut wird und die Verbraucher unter von außen einwirkenden Belastungen stehen, strömen aus den Verbraucheranschlüssen 7 die Hy­ draulikströme in der entgegengesetzten Strömungsrichtung. Dadurch werden die beiden Regelkolben 9, 10 zunächst auf­ einander zu bewegt, bis die Enden 39 an den Lagerflächen 29 anliegen. Wenn die Belastungen an beiden Verbrauchern gleich ist, bleiben beide Regelblenden 8, 22, 21 gleich groß und die Hydraulikströme werden problemlos miteinander vereinigt. Wenn hingegen auch hier wiederum der in Fig. 1 linke Verbraucher mit einer höheren Belastung unterworfen wird, dominiert wiederum die in Fig. 1 rechte Regelblende, indem sie das Bewegungsspiel der Regelkolbenanordnung so steuert, daß die rechte Regelblende in ihrer Durchgangsgröße verkleinert wird, während die linke Regelblende noch ihre volle Öffnungsgröße beibehält. Die Hydraulikströme werden auf diese Weise wieder lastunabhängig mitein­ ander vereinigt. Über einen bestimmten Fördervolumen­ bereich hat die dominierende Regelblende aber auch wie­ der eine Überregelungs-Tendenz, die in erläuterter Weise durch den Kanal 14 kompensiert wird, so daß beide Ver­ braucher schließlich gleichzeitig und mit gleicher Be­ wegungsgeschwindigkeit in ihre Endstellungen gelangen.

Aus Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Strom­ teilers erkennbar, der im wesentlichen mit der beschrie­ benen Konstruktion von Fig. 1 übereinstimmt. Nur die Ausbildung der zusätzlichen Strömungsverbindung vom Ring­ abschnitt 3 zu den Verbraucheranschlüssen 7 ist anders, und zwar ist von der Außenseite des Gehäuses 2 eine durch einen Stopfen 27 verschlossene Blindbohrung 13 vorge­ sehen, in welche von der Außenseite des Gehäuses 2 eine Düse 15 eingeschraubt ist. Die Bohrung 13 mündet in einen Bereich 13 a in der Innenwand des Ringabschnittes 3. Die Einschraubdüse 15, deren Kopf 16 von außen zugänglich ist, stützt sich mit einer Dichtung 17 a im Grundkörper 2 ab. Das Ende der Einschraubdüse 15 weist einen mit dem Kanal 13 fluchtenden Querkanal 28 auf, der über eine Dros­ sel 26 mit vorbestimmter Querschnittsgröße mit der Mündung 13 a verbunden ist. Denkbar wäre auch nur ein Düseneinsatz 15, der durch eine Befestigungsschraube 16 in dem Kanal 13 festgelegt wird.

Die Querschnittsgröße der Düse 26 bestimmt den Bereich der Regelkennlinie des Stromteilers, in dem die theoreti­ sche Regelkennlinie mit dem praktisch erreichbaren Regel­ verhalten übereinstimmt, d. h., indem die Überregelung der Regelblende 8, 21, 22 durch die Wirkung der Drosseldüse kompensiert wird. Durch Austauschen der Düse gegen eine Düse mit anderem Durchgangsquerschnitt läßt sich jeweils ein gewünschter Fördervolumenbereich für den Stromtei­ ler einfach abdecken.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt einer weiteren Ausführungs­ form, bei der zum Unterschied von der Ausführungsform von Fig. 1 die zusätzlichen Strömungswege in der Regelkolben­ anordnung vorgesehen sind, die hier aus den Regelkolben 9′ und 10′ (letzterer ist nicht dargestellt) bestehen. In der Wand des Regelkolbens 9′ sind radiale Kanäle 34 und 35 vorgesehen, die vom Inneren des Regelkolbens 9′ nach außen führen. Die im Regelkolben 9′ eingeschraubte Durchflußblende 23 a besitzt ebenfalls eine radiale Bohrung 33, die eine Strömungsverbindung zum Kanal 34 herstellt. Mit 32 ist der Außengewindeabschnitt bezeichnet, mit dem die Durchflußblende 23 a im Regelkolben 9′ festgelegt ist.

Die Kanäle 34 und 35 liegen von der Blendenöffnung 21 je­ weils in einem Abstand a, der so groß bemessen und auf die in Axialrichtung gesehene Breite der Blendenöffnung 21 sowie die axiale Breite des Ringraumes 22 zwischen seinen Wänden 22 b und 22 a abgestimmt ist, daß bei dem möglichen Bewegungsspiel des Regelkolbens 9′ stets nur einer der Kanäle 34, 35 in den Ringraum 22 einmündet. Unabhängig da­ von, ob die Regelblende 21, 22, 8 geöffnet oder verschlos­ sen ist, stellt einer der Kanäle 34, 35 die zusätzliche Strömungsverbindung vom Hauptanschluß zum Verbraucheran­ schluß 7 her, mit der die Überregelungswirkung der Regel­ blenden kompensiert wird.

In der Praxis werden auch Stromteiler eingesetzt, die nur in einer Strömungsrichtung arbeiten. Dann ist keine Regel­ kolbenanordnung aus zwei relativ zueinander beweg­ lichen Regelkolben erforderlich, sondern es genügt ein durchgehender Regelkolben mit Blendenöffnungen, die in einem gleichbleibenden Abstand voneinander stehen. Jedoch auch bei einer solchen Ausbildung eines Stromteilers sind die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuter­ ten, zusätzlichen Strömungsverbindungen günstig, die den Überregelungseffekt der Regelblenden kompensieren können. Und zwar ist dies unabhängig davon zweckmäßig, ob der Stromteiler zum Aufteilen eines Hydraulikstromes in zwei Hydraulikströme oder zum Zusammenführen zweier Hydraulikströme verwendet bzw. konzipiert ist.

Claims (7)

1. Stromteiler zur lastunabhängigen Teilung eines Hydraulikstromes in einer Strömungsrichtung bzw. zur lastunabhängigen Vereinigung zweier Teilströme in der entgegengesetzten Strömungsrichtung, mit einem Grund­ körper, der einen mittigen Hauptanschluß und zwei außen­ liegende Verbraucheranschlußöffnungen zu einer längs­ durchgehenden Innenbohrung aufweist, mit einer in der Innenbohrung verschiebbar angeordneten, hohlen Regel­ kolbenanordnung, die radiale Blendenöffnungen aufweist, welche mit den Verbraucheranschlußöffnungen zwei ver­ stellbare und Strömungsverbindungen zwischen dem Haupt­ anschluß und den Verbraucheranschlüssen herstellende Regelblenden bilden, deren gegenseitiges Druckgefälle die Verschiebebewegung der Regelkolbenanordnung steuert, wobei in der Regelkolbenanordnung zwischen der Regelblende und dem Hauptanschluß eine Durchflußblende vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptanschluß (6) und jedem Verbraucheranschluß (7) je­ weils eine zusätzliche und die Regelblende (8, 22, 21) umgehende Strömungsverbindung (13, 14; 34,35) mit vorbestimmtem Querschnitt vorgesehen ist, deren Quer­ schnitt wesentlich kleiner ist als der Querschnitt jeder Regelblende.

2. Stromteiler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zusätzliche Strömungsverbindung (13, 14; 34, 35) ein gedrosselter Kanal ist.

3. Stromteiler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13, 14) aus der Innenbohrung (3) unmittelbar zum Verbraucheran­ schluß (7) geführt ist.

4. Stromteiler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (34, 35) in der Regelkolbenanordnung (9, 10) in Bohrungslängsrichtung in einem derartigen Abstand (a) zur radialen Blendenöffnung (21) versetzt angeordnet ist, daß er beim Arbeitsspiel der Regelkolbenanordnung (9, 10) ständig an die Ver­ braucheranschlußöffnung (7) angeschlossen ist.

5. Stromteiler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (13, 14) eine auswechselbare Drosseldüse (15, 26) angeordnet ist.

6. Stromteiler nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal (13, 14) im Grundkörper (2) ausgebildet ist, und die von außen auswechselbare Drosseldüse (15, 26) aufnimmt.

7. Stromteiler nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Regelkolbenanordnung aus zwei tandemartig angeordneten Regelkolben besteht, die jeweils eine Durchflußblende sowie mindestens eine Blendenöffnung aufweisen und über eine Kopplungsvorrichtung begrenzt aufeinander zu- und von­ einander wegbewegbar verbunden sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Längsrichtung jedes Regelkolbens (9, 10) im Abstand (a) zur Blendenöffnung (21) jeweils ein vorderer und ein hinterer Kanal (34, 35) die Regel­ kolbenwand durchsetzt, daß die Kanäle über den hohlen In­ nenraum des Regelkolbens (9, 10) mit dem Hauptanschluß (6) in Verbindung stehen, und daß die Abstände (a) derart bemessen sind, daß bei einer Verschiebung des Regelkolbens nur jeweils ein Kanal in die Verbraucheranschlußöffnung (8, 22) mündet.