Vorrichtung zum Betätigen eines Schiebekörpers, insbesondere des Kolbenschiebers
eines Wegeventils
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Es ist bekannt, je eine Stelleinrichtung jeweils an einem Ende des Schiebekörpers am Gehäuse anzuordnen. Dabei ergeben
sich keine Schwierigkeiten, da die von dem eingesteuerten Druck beaufschlagten Stellflächen des Schiebekörpers
gleich groß sind, so daß sich gleiche Stellkräfte in jeder Bewegungsrichtung des Schiebekörpers ergeben.
Soll aber die Betätigung des Schiebekörpers in beiden Richtungen einseitig erfolgen, da das gegenüberliegende Ende
des Schiebekörpers entweder unzugänglich ist oder zum Anschluß anderer Einrichtungen freibleiben soll, so müssen
beide Stelleinrichtungen am einen Ende angeordnet werden und ergeben sich Schwierigkeiten insofern, als die Stellkräfte,
die auf den Schiebekörper wirken, in beiden Ver-Stellrichtungen gleich groß sein sollen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung der eingangs geschilderten
Art so auszubilden, daß bei einseitiger Anordnung beider
Stelleinrichtungen die Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Schiebekörpers mit einfachen Mitteln gleich
sind.
Diese Aufgabe ist in einer ersten erfindungsgemäßen Lösung durch die im kennzeichnenden Teil des-Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst. Hiernach wird der Unter-
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schied zwischen der Ringfläche und der Kreisfläche des Stellkolbens, der bei jeweils gleichen Drücken zu ungleichen
Stellkräften führt, dadurch ausgeglichen, daß bei Druckbeaufschlagung der Kreisfläche, also der größeren
Stellfläche zusätzlich eine Ausgleichsfeder zusammengedrückt wird, die so abgestimmt ist, daß die auf den
Schiebekörper wirkende Verstellkraft gleich der Verstellkraft ist, die von der anderen Stelleinrichtung
hervorgerufen wird, wenn die Ringfläche des Stellkolbens beaufschlagt wird, wobei in der durch diese hervorgerufene
Bewegungsrichtung des Schiebekörpers die Ausgleichsfeder wirkungslos ist.
Ein erheblicher Vorteil ist darin zu sehen, daß beide Stelleinrichtungen völlig identisch aufgebaut sind und
bei gleichen Signalen für den Magnetantrieb den gleichen Druck einsteuern und daß der Ausgleich der unterschiedlichen
Stellkräfte durch eine Ausgleichsfeder vorgenommen
wird.
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Eine zweite erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den im Patentanspruch 4 angegebenen Merkmalen. Wird die Kreisfläche
des Stellkolbens beaufschlagt, so wird gleichzeitig der von der zugeordneten Stelleinrichtung eingesteuerte
Druck auch auf die Ringfläche übertragen, erzeugt also einen Gegendruck. Da das Flächenverhältnis von Ringfläche
zur Kreisfläche 1 : 2 beträgt, erfolgt ein Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte auf rein hydraulischem Wege,
so daß die Ausgleichs feder in Wegfall geraten kann. Die
Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Schiebekörpers sind somit gleich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich sowohl zum Betätigen der Kolbenschieber von Wegeventilen, aber auch
von anderen Ventilen und insbesondere auch-zum Betätigen
der Kolben von Verstellpumpen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Betätigungsvorrichtung für den Kolbenschieber eines Wege
ventils ,
Figur 2 eine Schnittansicht durch ein Druckreduzierventil als Stelleinrichtung,
Figur 3 eine Schnittansicht durch eine Betätigungsvorrichtung in abgeänderter Ausführung mit
hydraulischem Ausgleich und
Figur 4 ein Schaltschema der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform.
Gemäß Figur 1 ist ein Kolbenschieber 10 in einer Gehäusebohrung
11 eines Ventilgehäuses 12 verschiebbar angeordnet . Die Druckmittelwege zu und von einem Verbraucher
sind nicht dargestellt. Der Schiebekörper 10 könnte auch
mit der Verstelleinrichtung einer Verstellpumpe verbunden sein. An einer Verlängerung 13 des Kolbenschiebers 10
ist ein Stellkolben 14 befestigt, der einen größeren Durchmesser als der Kolbenschieber 10 aufweist. Der Stellkolben
14 teilt im Gehäuse 15 zwei Druckräume 16 und 17 ab.
Der Druck im Steuerraum 16 wird von der Stelleinrichtung
18 und der Druck im Steuerraum 17 von der Stelleinrichtung
19 eingesteuert.
Der Druck im Steuerraum 17 wirkt auf die Kreisfläche 20 des Verstellkolbens 14, während der Druck im Steuerraum
16 auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens wirkt, die sich aus der Differenz des Außendurchmessers des Stellkolbens
zum Durchmesser des Kolbenschiebers 10 ergibt.
Eine Ausgleichsfeder 24 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Anschlag des Gehäuses 12 und mit -ihrem anderen
Ende an einem Federteller 25 ab, der von der Feder 24 an einen Gehäuseanschlag 26 angedrückt ist, wodurch der
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am Federteller abgestützte Stellkolben 14 und damit der
Kolbenschieber 10 in die dargestellte Ausgangslage gedrückt ist. Zusätzlich zur Ausgleichsfeder 24 ist eine
Rückführfeder 27 vorgesehen, deren eines Ende ebenfalls am Federteller 25 abgestützt ist und deren anderes Ende
an einem Federhalter 28 abgestützt ist, der in der dargestellten Ausgangslage an einem Bund 29 des Schieberkolbens
und am Anschlag des Gehäuses 12 abgestützt ist.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch eine der Stelleinrichtungen
18 bzw. 19 dargestellt. Die Stelleinrichtung besteht aus einem Proportionalmagnet 30, dessen Stößel 31
in bekannter Weise auf einen Kolben 32 wirkt, der gegen eine Druckfeder 33 arbeitet. Die Einstellung des Druckes
*° am Druckanschluß 34, der mit dem Steuerraum 16 bzw. dem
Steuerraum 17 verbunden ist, erfolgt stromabhängig durch Erregen des Proportionalmagneten 30. Der Stößel 31 des
Magnetankers .verschiebt den Steuerkolben 32 gegen die Druckfeder 33. Druckmittel strömt dann von dem mit einer
Druckmittelquelle verbundenen Anschluß 35 zum Anschluß 34. Übersteigt die Summe der Kräfte von Ausgangsdruck χ
Kolbenfläche + Federkraft die dem Magnetstrom proportionale Magnetkraft, so wird der Kolben 32 in Richtung auf
seine Ausgangslage zurückgeführt, so daß vom Anschluß
ein Teil des Druckmittels so lange zum Tankanschluß 36 abfließen kann, bis am Kolben 32 Kraftgieichgewicht
herrscht.
Wird auf diese Weise durch Ansteuern der Stelleinrichtung
18 Druckmittel in den Raum 16 geleitet, das auf die Ringfläche
21 des Stellkolbens 14 wirkt, so wird der Kolbenschieber
10 nach unten verschoben, wobei nur die Rückführfeder
27 zusammengedrückt wird, da der Federteller 25 am Gehäuseanschlag 26 festgehalten ist. Die Ausgleichs
feder 24 bleibt wirkungslos.
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1· Wird dagegen die Stelleinrichtung 19 betätigt, so wirkt
der Druck im Raum 17 auf die Kreisfläche 20 und wird der Kolbenschieber 10 nach oben verschoben, wobei ebenfalls
wieder die Rückführfeder zusammengedrückt wird, zusätzlieh
zur Rückführfeder aber auch die Ausgleichsfeder 24, die sich am Gehäuseanschlag 12 abstützt. Die Ausgleichsfeder 24 muß so bemessen sein, daß sie den Unterschied
der Stellkräfte ausgleicht, der dadurch hervorgerufen wird, daß der von den Stelleinrichtungen eingesteuerte gleiche
Druck auf untertichiedlich große Stellflächen, nämlich einmal
auf die Kreisfläche 20 und zum anderen auf die Ringfläche 21 des Stellkolbens 14 wirkt.
In Figur 3 ist eine abgeänderte Ausfuhrungsform darge-I^
stellt, in der ebenfalls ein Schiebekörper 10 mit einem Stellkolben 14 verbunden ist, der einen Steuerraum 17 von
einem Steuerraum 16 abteilt. Jeder Steuerraum ist wiederum
an eine Stelleinrichtung 18 bzw. 19 angeschlossen. Im Steuerraum 16 ist zwischen dem Stellkolben 14 und dem
*® Kolbenschieber 10 wiederum eine Rückführfeder 27 angeordnet,
die sich mit einem Ende an dem bereits geschilderten Federteller 25 und mit ihrem anderen Ende an einem
Federhalter 28 abstützt. Eine Ausgleichsfeder ist nicht
vorgesehen.
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Vielmehr erfolgt der Ausgleich der unterschiedlichen Stellkräfte durch die in Figur 4 dargestellte Schaltung
der Druckreduzierventile. In Figur 4 sind der Stellkolben 14 und die Steuerräume 16 und 17 schematisch dar-
gestellt. Die Stellantriebe 18 bis 19 sind mit den anhand
der Figur 2 beschriebenen Druckreduzierventilen 38 bzw. 39 versehen, wobei in Figur 4 deren Anschlüsse
mit den in Figur 2 verwendeten Bezugszeichen versehen
sind. Wird der Stellantrieb 18 betätigt, so werden an
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dem Druckreduzierventil 38 die Anschlüsse· 3 5 und 34
miteinander verbunden, so daß Druckmittel in den Steuer-
'Αraum 16 gelangt und den Stellkolben 14 nach rechts verschiebt,
wobei das verdrängte Volumen zum Tankanschluß 36 des Druckreduzierventils 38 abfließt«
Wird dagegen die Stelleinrichtung 19 betätigt und steuert das Druckreduzierventil 39 an, so gelangt Druckmittel
vom Anschluß 35 über 34 sowohl in den Steuerraum 17 als auch über die Zweigleitung 40 und den Anschluß 36 und
des nichtangesteuerten Druckreduzierventils 38 in den Steuerraum 16. Verhält sich die Ringfläche 21 zur Kreisfläche
20 wie 1 : 2, so sind bei gleichen von der Stelleinrichtung 18 oder 19 eingesteuerten Drücken des Druckmittels
die Stellkräfte am Stellkolben 14 gleich groß.
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