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Hydraulische Steuereinrichtung
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Steuerventil nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Wenn bei einem derartigen Steuerventil die Bewegung
des Steuerschiebers aus besonderen Gründen sehr langsam sein soll, z. B. um einen
Schaltvorgang zu verzögern, muß die Drossel sehr eng ausgebildet sein. Das hat den
Nachteil, daß die Drossel durch Fremdkörper im Steuerschieber leicht zugesetzt werden
kann, wodurch dessen Funktion ausfällt, was zu schweren Schäden in einer Hydraulikanlage
führen kann.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Querschnitt der
Drosselstelle extrem klein gehalten werden kann, ohne daß die Gefahr des Verstopfens
durch
Fremdkörper besteht.
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Besonders zweckmäßig ist es, den die automatische Reinigung der Drosselstelle
vornehmenden Körper in einem verschiebbaren Anschlag für den Steuerschieber anzuordnen,
wodurch dessen wirksamer Hub verändert werden kann. Damit erhält man eine einstellbare
Zeitverzögerung für die Bewegung des Steuerschiebers durch Verändern des Drosselvolumens.
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Durch die in den übrigen Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Sie beziehen
sich unter anderem auf Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Idee.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestelit und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 einen Längsschnitt durch ein Abschaltventil, Figur 2 eine Abwandlung eines Einzelteils,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung des Erfindungsbeispiels Das Abschaltventil weist ein
Gehause 10 auf, in dem eine durchgehende Längsbohrung 11 ausgebildet ist; sie ist
beidseitig durch Verschlußschrauben 12, 13 verschlossen. Im Gehäuse 10 ist weiterhin
eine Einlaßbohrung 14 ausgebildet, die quer zur Längsbohrung 11 verläuft und von
der ein Kanal 15 ausgeht, welcher an einer an der Längsbohrung 11 ausgebildeten
Ringnut 16 mündet. An die Einlaßbohrung 14 ist eine Leitung 17 angeschlossen,
in
welche eine Pumpe 18 Druckmittel aus einem Behälter 19 verdrängt. An den Ausgang
der Pumpe ist auch eine Leitung 2C angeschlossen, die über ein Steuerventil 21 zu
einem einfach wirkenden Hydrozylinder 22 führt; dieser weist einen oberen Anschlag
22' auf. In die Einlaßbohrung 14 bzw. den Kanal 15 mündet eine als Sackbohrung ausgebildete
und parallel zur Längsbohrung 11 verlaufende Gehäusebohrung 24, die durch eine Verschlußschraube
25 verschlossen ist. In der Gehäusebohrung 24 ist ein Druckbegrenzungsventil 26
bekannter Bauart angeordnet, das einen kegeligen Ventilkörper 27 aufweist, der durch
die Kraft einer in der Verschlußschraube 25 angeordneten Druckfeder 28 auf den Ventilsitz
29 eines Ventilgehäuses 30 gepreßt wird. Das Ventilgehäuse ist von einer durchgehenden
Querbohrung 31 durchdrungen, die in die Gehäusebchrung 24 mündet. Der Ausgang des
Druckbegrenzungsventils 26 mündet in einen im Gehäuse 10 ausgebildeten Kanal 32,
der die Gehäusebohrung 24 mit der Längsbohrung 11 an einer Stelle nahe der Verschlußschraube
13 verbindet.
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An der Längsbohrung 11 ist nahe der Mündung des Kanals 32 in dieselbe
eine Ringnut 33 ausgebildet, in welche eine Auslaßbohrung 34 mündet. Von ihr führt
eine Leitung 35 zum Behälter 19. In dem kurzen Stück der Längsbohrung 11 zwischen
der Mündung des Kanals 32 in dieselbe und der Ringnut 33 ist ein kugeliger Ventilkörper
36 angeordnet, auf den eine in der Längsbohrung 11 angeordnete Druckfeder 37 einwirkt
und ihn gegen einen kurzen Fortsatz 38 der Verschlußschraube 13 drückt. Das andere
Ende der Druckfeder 37 wirkt auf einen Steuerschieber 40 ein, der in der Längsbohrung
11 gleitend geführt ist. Der Steuerschieber hat an
seiner Außenfläche
eine längliche Ringnut 41 und eine sein Inneres in Achsrichtung durchdringende Längstohrting
42. Das dem Ventilkörper 36 zugewandte Ende der Längsbohrung 42 ist durch eine eingepreßte
Kugel 39 dicht verschlossen. Etwa in der Mitte der Längsbohrung 42 ist eine rundumlaufende
Verengung 43 ausgebildet, durch welche ein Draht 44 dringt, dessen eines Ende fest
in der Verschlußschraube 12 sitzt und dessen anderes Ende in einen mit 45 bezeichneten
Raum der Längsbohrung 42 taucht. In diesen Raum mündet auch eine die Wand des Steuerschiebers
40 durchdringende, als Drossel ausgebildete Querbohrung 46, die mit einer an der
Längsbohrung 11 ausgebildeten ringnutartigen Ausnehmung 47 in Verbindung steht,
wenn der Steuerschieber 40 an der Verschlußschraube 12 anliegt. Von der Ausnehmung
47 verläuft im Gehäuse 10 ein Kanal 48 zum Kanal 32. Der Steuerschieber 40 hat eine
der Verschlußschraube 12 zugewandte Ringschulter 49, an die sich das eine Ende einer
Druckfeder 50 anlegt, deren anderes Ende an der Verschlußschraube 12 anliegt. Zur
Hubbegrenzung des Steuerschiebers 40 in Richtung zur Verschlußschraube 13 hin ist
an seinem AußenumSang ein Sprengring 51 angeordnet, der mit einer Bohrungsschulter
52 zusammenwirkt. Die Druckfedern 50 und 37 wirken bezüglich des Steuerschiebers
40 einander entgegen. Der Draht 44 ist leicht gekrümmt, damit er immer an der Verengung
43 anliegt und somit einen konstanten Durchfluß-Drosselquerschnitt garantiert. Der
die Druckfeder 50 aufnehmende hintere Raum der Längsbohrung 11 bildet eine Druckkammer
53.
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Das Schaltventil arbeitet wie folgt: Wenn die Pumpe 18 Druckmittel
aus dem Behälter 19 ansaugt und sich das Wegeventil 21 in Arbeitsstellung befindet,
gelangt
Druckmittel über die Leitung 20 in den Hydrozylinder 22
und fährt diesen aus. Gelangt der Kolben an den Anschlag 22', so steigt der Druck
in den Leitung 17, 20 infolge der weiterfördernden Pumpe auch weiterhin an.
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Ist der Einstelldruck des Druckbegrenzungsventil 26 erreicht, so hebt
sich der Ventilkörper 27 vom Ventilsitz 29 ab, und Druckmittel fließt über die Querbohrung
31 und den Ventilsitz 29 in den Kanal 32 und von diesem auch in den Kanal 48 und
zur Ausnehmung 47. Von dieser gelangt es über die Querbohrung 46 und die Längsbohrung
42 im Steuerschieber 40 in die Druckkammer 53.
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Der Druck in dieser Kammer ist infolge der Drosselbohrung 46 und der
Drosselstelle 49 geringer als im Kanal 32. Der Ventilkörper 36 wird nach links verschoben,
wobei er Verbindung herstellt vom Kanal 32 zum Auslaß 34, so daß nun von der Pumpe
weiterhin gefördertes Druckmittel zum Behälter 19 abströmen kann.
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Infolge der Reihenschaltung von Druckbegrenzungsventil 26 und Ventilkörper
36 ist derjenige Gesamtdruck, bei dem die Pumpe 18 entlastet wird, genau festgelegt;
er ergibt sich aus der Summe der Ansprechdrücke dieser beiden Ventile und läßt sich
genau und unabhängig voneinander einstellen. Es kann daher der maximale Pumpendruck
voll ausgenutzt werden.
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Nun setzt der eigentliche Abschaltvorgang erst ein. Der in der Druckkammer
53 sich aufbauende Druck ist nur um die Wirkung der Feder 50 kleiner als der Druck
im Kanal 32, so daß am Steuerschieber 40 Kräftegleichgewicht herrscht. Nun schiebt
die Feder 50 den Steuerschieber 40 nach rechts, wobei die Drosselstelle 43 dessen
Verstellgeschwindigkeit bestimmt. Diese ist durch die
Verwendung
des Drahtes 44 sehr gering, da der Durchflußquerschnitt sehr klein ist. Bei solch
kleinen Querschnitten besteht üblicherweise die Gefahr des Verstopfens durch Fremdkörper,
was aber hier durch die stets wirksame mechanische Reinigung mit Hilfe des Drahtes
44 vermieden wird. Bei der Bewegung des Steuerschiebers 40 nach rechts wird durch
die Ringnut 41 Verbindung hergestellt vom Kanal 15 zur Ausnehmung 47 und von dort
über den Kanal 48 zum Kanal 32. Das nun hier abströmende Druckmittel fließt weiter
über den Ventilkörper 36 zum Kanal 34 und zum Rücklauf; der nun von der Pumpe gelieferte
Druck wird nur von der Feder 37 bestimmt. Der Steuerschieber 40 wird nun in seiner
Lage festgehalten von der Feder 50, so daß sich die Kraft der Feder 37 und die Kraft
infolge des Druckes im Kanal 32 ausgleichen.
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Der beschriebene Abschalt- oder Entlastungszustand der Pumpe endet
erst, wenn das Steuerventil 21 in seine Neutralstellung geschaltet wird, in der
Druckmittel von der Pumpe 18 unmittelbar über die Leitung 52 zum Behälter geleitet
wird. Voraussetzung hierbei ist, daß der bei dem Umlauf über das Steuerventil 21
auftretende Druck kleiner ist als derjenige Druck, welcher der Differenzkraft der
Federn 50, 37 entspricht. Sinkt der Druck unter diesen Differenzwert, so überwiegt
die Kraft der Feder 37 und schiebt den Steuerschieber nach links zurück in seine
Ausgangslage.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen
nach Figur 1 dadurch, daß die Drosselstelle im Schieber etwas anders ausgebildet
ist. Sie ist mit 54 bezeichnet und besteht aus einem Ring, der durch eine sich an
der Kugel 43 abstützende Feder 55 gegen eine in der Längsbohrung 45' des Steuerschiebers
40' gebildete
Schulter 56 gedrückt wird. Man erreicht damit folgendes:
Der Ring 54 wirkt als Rückschlagdrossel. Bei der Bewegung des Steuerschiebers 40'
nach rechts liegt der Ring 54 in seiner in der Figur dargestellten Stellung und
drosselt, wie oben beschrieben. Beim Schließen des Steuerschiebers 40', d.h. bei
seiner Bewegung nach links, hebt sich der Ring von der Schulter 56 ab und das Druckmittel
fließt an dieser Stelle nahezu ungedrosselt ab.
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Damit wird bewirkt, daß sich der Steuerschieber 40 schnell schließt,
um wieder für den nächsten Arbeitszyklus voll betriebsbereit zu sein.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 entspricht im Prinzip denjenigen
nach den Figuren 1 und 2; der wesentliche Unterschied besteht darin, daß das Druckbegrenzungsventil
vorgesteuert ist. Im einzelnen sieht das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wie folgt
aus: In einem Gehäuse 60 sind parallel zueinander verlaufend zwei durchgehende Längsbohrungen
61, 62 ausgebildet, und zwar als Stuienbohrungen. An der Längsbohrung 61 ist eine
Ringnut 63 ausgebildet, in welche eine Querbohrung 64 eindringt, die vom Äußeren
des Gehäuses ausgeht. An diese Bohrung ist über eine Leitung 65 eine Pumpe 66 angeschlossen,
die Druckmittel aus einem Behälter 67 ansaugt. Sie fördert dieses über ein Schaltventil
68 entweder zu einem einfachwirkenden Hydrozylinder 69 und stets zur Querbohrung
64 oder über eine Leitung 70 zum Behälter. Dies ist also genauso wie beim Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 1 und 2.
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In der Längsbohrung 61 ist ein becherförmiger Ventilkolben 73 gleitend
geführt, der in seinem Boden eine Drosselbohrung 74 hat und sich gegen sowie einen
Stift 75 legt, der in einer Sackbohrung 76 einer die Längsbohrung 61 verschließenden
Verschlußschraube
77 steckt. Auf den Ventilkolben 73 wirkt eine in einem Raum 814 angeordnete Druckfeder
78 ein, die sich an einer Ringschraube 79 abstützt, welche quer in der Längsbohrung
61 liegt. Die Ringschraube 79 hat einen Durchgang 80, dessen einer Rand als Ventilsitz
für einen Ventilkegel 81 eines Vorsteuerventils dient, der von einer Druckfeder
82 belastet ist, die sich an der anderen, die Längsbohrung 61 verschließenden Verschlußschraube
83 abstützt.
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An der Längsbohrung sind außer der Ringnut 83 noch drei Ringnuten
85, 86, 87 ausgebildet. Von der der Ringnut 63 benachbarten Ringnut 85 verläuft
eine Kanal 88 zur Längsbohrung 62. Von den beidseits der Ringschraube 79 gelegenen
Ringnuten 86, 87 verläuft ebenfalls je ein Kanal 89, 90 zur Längsbohrung 62.
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Die Längsbohrung 62 ist beidseitig durch Verschlußschrauben 91, 92
verschlossen. In der Längsbohrung 62 ist ein Steuerschieber 9 gleitend geführt und
durch eine Druckfeder 95 gegen die Verschlußschraube 92 gedrückt. Die Druckfeder
95 befindet sich in einer Kammer 96, die am linken Ende der Längsbohrung 62 liegt
und die auch teilweise gebildet ist durch einen im Ende des Steuerschiebers 94 ausgebildeten
mittigen Innenraum 97. An den Innenraum 97 schließt sich eine wesentlich engere,
den Steuerschieber 94 in Längsrichtung durchdringende Bohrung 98 an, die in einer
den Boden des Steuerschiebers durchdringenden Drosselbohrung 99 endet. Von der Bohrung
98 verlaufen zwei Querbohrungen 100 und 101 im Abstand voneinander und in entgegengesetzter
Richtung zum Äußeren des Steuerschiebers, wobei die Querbohrung 101 nahe einer Schulter
102 liegt, die von der Bohrung 98 und dem Innenraum 97 gebildet ist. Die Querbohrung
101 mündet in eine an der Außenseite des Steuerschiebers 94 ausgebildete Ringnut
103.
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Am Übergang von der Schulter 102 zur Bohrung 98 ist in eine kleine
Ringnut 104 mit etwas Spiel ein Ring 105 eingelegt, auf den eine in der Kammer 96
und im Innenraum 97 angeordnete Druckfeder 106 einwirkt. Durch die mittige Bohrung
105' des Rings 105 erstreckt sich ein Draht 108, der mittig in der Verschlußschraube
91 befestigt ist. Dadurch wird zwischen ihr und dem Innenumfang 105' des Rings 105
wieder eine sehr enge Drosselstelle 109 gebildet.
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Der Kanal 90 setzt sich über die Längsbohrung 62 hinaus fort und endet
in einer Auslaßbohrung 110, von der eine Leitung 111 zum Behälter 67 führt. Vom
Kanal 90 zweigt ein parallel zur Längsbohrung 62 verlaufender Gehäusekanal 113 ab,
der in den Kanal 88 mündet. Hinter der Mündungsstelle ist der Kanal 88 etwas erweitert,
so daß sich eine Schrägschulter 115 ergibt. Auf diese legt sich durch die Kraft
einer Feder 116 ein kugeliger Ventilkörper 117. Die Feder 116 stützt sich an einer
den Kanal 88 verschließenden Verschlußschraube 118 ab.
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Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich wie diejenige
nach den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2. Fördert die Pumpe 66 Druckmittel
zur Einlaßbohrung 64 und befindet sich das Schaltventil 68 in Arbeitsstellung, so
wird der Hydrozylinder 69 mit Druckmittel beaufschlagt. Ist er voll ausgefahren,
dann legt er sich an dem Anschlag 69' an. Bildet sich nun ein hoher Druck in der
Einlaßbohrung aus, so hebt sich der Ventilkegel 81 von seinem Sitz 80 ab, Druckmittel
kann aus dem Raum 84 über den Kanal 90 zum Auslaß 110 fließen, und der Ventilkolben
73 verschiebt sich entgegen der Kraft der Feder 78 zur Ringschraube 79 hin. Jetzt
kann Druckmittel von der Ringnut 63 auch
direkt zur Ringnut 85
gelangen und von hier in den Kanal S8 zur Auslaßbohrung 110. Dies geschieht bei
kurzzeitigem Überdruck.
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Steht der hohe Druck längere Zeit an und hat der Ventilkolben 73 die
oben beschriebene Verbindung hergestellt, dann bildet sich im Kanal 88 vor dem Steuerschieber
94 ein Niederdruck ein, der höher ist als der Rücklaufdruck im Kanal 113, und zwar
infolge Drosselwirkung am Ventilkörper 117. Dieser als Niederdruck bezeichnete Druck
wirkt auf die Stirnseite des Steuerschiebers 94, der nun entgegen der Kraft der
Druckfeder 95 nach links verschoben wird. Das in der Kammer 96 und im Innenraum
97 enthaltene Druckmittel kann über die enge Drosselstelle 109 nur sehr langsam
abströmen, so daß die Bewegung des Steuerschiebers stark verzögert ist. Er bewegt
sich so lange, bis die Querbohrung 100 mit dem Kanal 89 in Verbindung gekommen ist
und die Querbohrung 101 mit dem Kanal 90. Dadurch bricht der Druck in dem die Feder
78 aufnehmenden Raum 84 der Längsbohrung 61 zusammen, und der Ventilkolben 73 wird
weit geöffnet. Nun kann Druckmittel unter niedrigem Druck über den Kanal 88 und
das Gegendruckventil 117 zum Auslaß 110 abströmen. Durch das Gegendruckventil 117
bleibt das abfließende Druckmittel auf einem niedrigen Druckniveau, was zum Steuern
des Ventils notwendig ist. Wird das Schaltventil 68 in Neutralstellung geschaltet,
so fördert die Pumpe 66 direkt in den Behälter 70.
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Der Steuerschieber 94 ist nun druckausgeglichen und wird durch die
Druckfeder 95 nach rechts in Schließstellung geschoben. Das Gegendruckventil 117
und das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 73, 81 schließen, bevor der Steuerschieber
seine rechte Endstellung erreicht
hat. Dazu ist die Drosselbohrung
99 notwendig, um das zu verdrängende Druckmittel abfließen zu lassen.
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Da der Ring 105 von der Feder 106 nur mit geringer Kraft beaufschlagt
ist, kann sich dieser aus seiner Nut abheben, wodurch Druckmittel nachgesaugt wird.
Das hat zur Folge, daß der Steuerschieber 94 sich schnell wieder in seine Schließlage,
d.h. Ausgangsstellung begibt.
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Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen kann der Hub des Steuerschiebers
94 wiederum durch mehr oder weniger weites Eindrehen in das Gehäuse 60 verändert
werden. Damit wird auch die Verzögerungszeit für den Entlastungsvorgang, d.h. die
Verbindung der Kanäle 89, 90 durch die Bohrungen 100, 98 und 101 verändert. Die
Verzögerungszeit ist umso kürzer, je weiter die Verschlußschraube 92 in die Längsbohrung
62 eingeschraubt wird. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich durch die Änderung der Vorspannung
der Feder 116 mittels der Verschlußschraube 118.