DE3511252C2 - - Google Patents
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- F15B11/08—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
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Description
Die Erfindung betrifft ein Umschaltven
til der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Art
zur Steuerung eines Hydraulikmotors
zwecks Umkehr sei
nes Arbeitshubes.
Als Primärfunktion bewirken Ventile dieser Art, daß z. B. ein
Zylinderkolben einen vollständigen Arbeitshub von einer Ex
tremposition in die entgegengesetzte Position und wie
der zurück durchführt, z. B. um ein angeschlossenes Ar
beitswerkzeug, wie einen Drehpflug, umzulegen. Wenn der
Zylinderkolben sich zu Beginn in seiner inneren Endpo
sition befindet, wird er von dem Ventil veranlaßt, sei
ne äußere Endposition einzunehmen, um dann in seine
ursprüngliche Ausgangsposition zurückzukehren. Unabhän
gig von der jeweiligen Endposition des Zylinderkolbens
bei Einleitung des Arbeitshubes soll das den Zylinderkolben
steuernde Ventil die Durchführung eines vollständigen
hin- und hergehenden Arbeitshubes des Zylinderkolbens bewirken
und ihn dann in seiner ursprünglichen Ausgangsposition
anhalten. Das Ventil wird dabei durch ein und denselben
Durchlaß kontinuierlich mit Öl versorgt.
Die üblichsten Umschaltventile dieser Art sind druckge
steuert, d. h. sie veranlassen den Zylinderkolben zur Umkehr,
wenn der Öldruck einen vorgegebenen Wert erreicht. Des
halb muß ein Teil des verfügbaren Arbeitsdruckes zur
Steuerung des Ventils reserviert werden und dieser Re
servedruck verursacht einen direkten Arbeitsdruckver
lust. Wenn z. B. ein Öldruck von 150 bar zur Verfügung
steht, es es nicht unüblich, etwa 30 bar zur Steuerung
des Ventils zu reservieren und Strömungsverluste durch
das Ventil in Betracht zu ziehen; dies bedeutet, daß
vielleicht nicht mehr als 100 bis 110 bar zur Durchfüh
rung des Arbeitshubes zur Verfügung stehen. Wenn das
Umschaltventil zur Umkehrung des Kolbenhubes in einem
Zylinder benutzt wird, der zur Drehung eines Drehpflu
ges dient, kann es schwierig sein, den Pflug über den
Scheitelpunkt des Drehbogens hinwegzubewegen, insbeson
dere, wenn die Zugmaschine etwas schräg steht. Wenn in
solchen Fällen ein druckgesteuertes Ventil benutzt
wird, kehrt es die Kolbenrichtung erst dann um, wenn
der Öldruck auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist,
und dies bedeutet, daß die Drehbewegung zwangsläufig
zeitweise unterbrochen wird, bis der Druck zur Auslö
sung der Umkehr genügend gestiegen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es,
ein Ventil zu schaffen, das nicht nur einfacher aufge
baut ist als bekannte druckgesteuerte Umschaltventile,
sondern das auch gleichmäßiger und schneller reagiert
als diese.
Diese Aufgabe wird bei einem Umschaltven
til durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspru
ches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Umschaltventil ist im
Gegensatz zu bekannten Ventilen für gleiche Zwecke von
dem Aufbau eines hohen Öldruckes zur Veranlassung einer
Positionsänderung des Längsschiebers unabhängig.
Anders als bekann
te druckgesteuerte Umschaltventile, deren Funktion von
einem hohen Öldruck abhängig ist, ist das erfindungsge
mäße Ventil strömungsgesteuert und hat nur einen
geringen Druckabfall (2 bis 3 bar) über den Ventilsitz
in der Durchgangsbohrung des Längsschiebers, um diesen
in einer Endposition zu halten. Deshalb kann der ver
fügbare Arbeitsdruck optimal ausgenutzt werden. Das
erfindungsgemäße Ventil muß nicht auf einen vorgegebe
nen Arbeitsdruck eingestellt werden, da es unabhängig
von dem Druck bis zu dem Maximaldruck, für den es aus
gelegt ist, gleichermaßen gut funktioniert.
Die Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausführungs
formen der Erfindung, die weitere Vervollkommnungen der
Erfindung nach Anspruch 1 betreffen.
Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezug
auf ein in den Zeichnungen veranschaulichtes Ausfüh
rungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt eines Umschaltventils in
Verbindung mit einem Hydraulikzylinder,
Fig. 2 einen Teil der Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab und
Fig. 3 und 4 einen Fig. 1 ähnlichen Axialschnitt
des Ventils, wobei jedoch der Zylinder weggelassen ist
und der Längsschieber bzw. der Kolben andere Positionen als in
Fig. 1 einnimmt.
Das in den Zeichnungen dargestellte Reversier- oder
Umschaltventil, das einen Hydraulikzylinder 26 zur Um
kehr des Arbeitshubes des Zylinders, z. B. zur Drehung
eines zugeordneten Drehpfluges (nicht gezeigt), beein
flußt, weist ein Schiebergehäuse 1 mit einem Sy
stem von inneren Strömungswegen einschließlich separa
ter Kanäle 18 bis 20, 2, 17, 21 zur Verbindung des
Druckfluidtanks T und der Pumpe P sowie der Zuführ-/
Rückführleitungen A, B mit dem Zylinder auf. In dem
Längsschieber 3 ist eine Durchgangsbohrung 4, 4′ ausge
bildet, in der sich ein Ventilkörper, z. B. in Form ei
ner von einer Feder 10 belasteten Kugel 6 befindet, der
mit einem Ventilsitz 7 in der Bohrung 4, 4′ zusammen
wirkt. Der Längsschieber 3 enthält außerdem Durchlässe in Form von Kanälen 5, 9
und Umfangsnuten 22, 23, die abwechselnd mit den Kanä
len in dem Schiebergehäuse 1 in den beiden Endstellungen
des Längsschiebers 3 zusammenwirken.
Der Zylinder 26 ist mit einem Kolben 27, einer Kolben
stange 28 mit einem Ende 30 und einer Gelenkstelle 29
versehen. Der Zylinder 26 besitzt drei Längsachsen, und
zwar a 1, in der der Kolben 27 seine voll eingefahrene
innerste Position eingenommen hat (die in Fig. 1 ge
zeigte Ausgangsposition), a 2, in der der Kolben sich in
seiner voll zurückgezogenen äußeren Position befindet,
und a 3, in der der Kolben in seine ursprüngliche Innen
position zurückgekehrt ist (Umschaltposition). Die
Längsachsen des Zylinders in jeder der drei Positionen
sind in Fig. 1 jeweils durch gestrichelte Linien ange
deutet. Das Ende 30 der Kolbenstange ist an eine Füh
rungsstange 31 mit einem festen Drehpunkt 32 angelenkt,
und die Führungsstange 31 kann gegen eine von zwei An
schlagflächen 33, 34 in den beiden Endpositionen des
Zylinders 26 anliegen (in denen der Kolben 27 seine
voll eingefahrene äußerste Innenposition eingenommen
hat). Das Ende 30 der Kolbenstange 28 ist in nicht ge
zeigter Weise, z. B. mit einem Drehpflug verbunden und
dient zur Drehung des Pfluges.
Die Ränder des Schiebegehäuses 1 sind gestrichelt ge
zeichnet. Ein Druckstromweg 2 steht mit dem Längsschie
ber 3 über einen Durchlaßabschnitt 25 in Verbindung,
dessen Querschnittsbereich größer als der Druckkanal 2,
jedoch kleiner als der Kanal 25′ ist, in dem der Längs
schieber 3 sich bewegt. Die innere Durchgangsbohrung
des Längsschiebers 3 besteht bei der gezeichneten Aus
führungsform aus zwei Abschnitten 4, 4′ etwas unter
schiedlicher Durchmesser, wodurch an der Grenzfläche
der beiden Abschnitte der Ventilsitz 7 für den Ven
tilkörper in Form einer Kugel 6 entsteht, die von der
Feder 10 belastet wird. Der Sitz 7 ist gemäß Fig. 2 mit
zwei symmetrischen Nuten 8 versehen, die verhindern,
daß die Kugel 6 gegen den Sitz 7 vollständig abdichtend
zur Anlage kommt. Von der Bohrung 4, 4′ in dem Längs
schieber 3 erstrecken sich die Kanäle 5, 9 radial nach
außen und münden offen an dem Außenumfang des Längs
schiebers 3. Das entgegengesetzte Ende der Druckfeder
10 für die Kugel 6 stützt sich gegen einen Klemmring 11
ab, der in eine Umfangsquernut in dem Längsschieber 3
eingesetzt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des
Klemmringes 11 befindet sich eine Rückstellfeder 12, de
ren entgegengesetztes Ende gegen einen Kolben 13
drückt, der eine enge Durchgangsbohrung 14 als Drosseldurchlaß aufweist,
die in einem ringförmigen, scharfrandigen Endabschnitt
15 endet. Eine Rückstellfeder 16, die stärker ist als die Feder
12, drückt den Kolben 13 berührungsschlüssig gegen den
Längsschieber 3.
Wie vorher erwähnt, besitzt das Schiebergehäuse 1 ein
System von Strömungswegen, die von dem Schieberkanal
25′ ausgehen. Ein derartiger Kanal 21 in Fig. 1 steht
mit der A-Strömungsleitung des Ventils in Verbindung,
während ein entsprechender Kanal 17 an die B-Strömungs
leitung angeschlossen ist. Andere Radialkanäle 18 bis
20 in dem Ventilgehäuse 1 sind mit der Tankströmungs
leitung T verbunden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die A- und B-Anschlüsse mit
der Fluidzufuhr- und/Rückführleitung für den Hydraulik
zylinder 26 verbunden, jedoch kann letzterer durch ei
nen rotierenden Betätiger oder einen anderen Hydraulik
motor ersetzt werden. Nachfolgend wird die Funktion des
Umschaltventils in Verbindung mit einem Hydraulikzylin
der erläutert, wie in den Zeichnungen dargestellt ist.
In der Ausgangsposition gemäß Fig. 1 befinden sich der
Zylinder und der Längsschieber in einer der beiden
Hauptpositionen, nämlich der "rechten" Endposition.
Durch den Strömungsweg 2 wird unter Druck stehendes Öl
zugeführt. Das Öl strömt über den Durchlaßabschnitt 25
durch die Bohrung 4 in dem Längsschieber 3 hindurch.
Das Öl will dem Weg geringstem Widerstandes folgen,
d. h. durch die Bohrung 4 über den Ventilsitz 7 hinter
die Kugel 6 und weiter durch die Bohrung 14 in dem Kol
ben 13 strömen und von dort über einen Radialkanal 18
in dem Ventilgehäuse 1 zu dem Tank T fließen. Wenn das
Öl durch die Nuten 8 hinter den Ventilsitz 7 gelangt,
verursacht die Kugel das Auftreten eines vorgegebenen
Druckabfalls, der innerhalb des Druckbereiches, für den
das Ventil ausgelegt ist, etwa kostant ist. Der Druck
abfall veranlaßt eine Positionsänderung des Längsschie
bers 3, so daß der Kanal 9 in dem Schieber 3 dann mit
dem Kanal 21 in dem Schiebergehäuse 1 und damit auch mit
dem A-Strömungsweg zu dem Hydraulikzylinder in Verbin
dung steht. Gleichzeitig baut sich zwischen dem Kolben
13 und dem Längsschieber 3 Öldruck auf, weil der Quer
schnitt der Kolbenbohrung 14 im Vergleich zu der Boh
rung 4, 4′ in dem Längsschieber 3 beträchtlich kleiner
ist, so daß die Bohrung 14 des Kolbens 13 als Drossel
durchlaß wirkt. Dieser Druckaufbau ist ausreichend
groß, um zu bewirken, daß der Endabschnitt 15 des Kol
bens 13 mit der Bohrungsöffnung gegen eine geeignet
ausgebildete Schulter 24 des Schiebegehäuses 1 anstößt,
wodurch die Strömung durch die Bohrung 14 zu dem Tank
strömungsweg 18 abgesperrt wird (Fig. 3). Der sich
ergebende Druckaufbau nimmt zu, bis der Druck hoch ge
nug ist, um den Kolben 27 in dem Hydraulikzylinder 26
in Bewegung zu setzen (zurückzuziehen). Öl strömt von
der Stangenseite des Hydraulikzylinders über die B-
Strömungsleitung durch den Kanal 17 in dem Ventil und
gelangt über eine Umfangsringnut 22 in den Längsschie
ber 3 zu dem Kanal 20, der das Öl zu dem Tank T
zurückführt. Solange diese Kolbenbewegung innerhalb des
Hydraulikzylinders sich fortsetzt, strömt Öl hinter den
Ventilsitz 7 in dem Ventil und hält den Druckabfall
aufrecht, der notwendig ist, um den Längsschieber 3 in
der in Fig. 2 gezeigten Position zu halten.
Wenn der Kolben 27 in dem Zylinder 26 die extreme äuße
re (zurückgezogene) Position gemäß der Zylinderachse a 2
eingenommen hat, strömt kein Öl mehr über den Ventil
sitz 7, und der Druck wird mittels der Nuten 8 ausgegli
chen, so daß der Längsschieber 3 einen Gleichgewichts
zustand erreicht. Die Rückstellfeder 12 drückt den Längsschieber
3 dann zurück in seine Ausgangsposition (Fig. 1 und
4), während der Kolben 13 in seiner "linken" Endposi
tion (Fig. 3 und 4) bleibt, in der er von dem Öl
druck zwischen dem Längsschieber 3 und dem Kolben 13
gegen die Schulter 24 abdichtend angedrückt wird. Dies
ist die in Fig. 4 gezeigte Position des Längsschiebers 3
und des Kolbens 13. Wenn der Längsschieber 3 wie be
schrieben aus seiner Position gemäß Fig. 3 in die Posi
tion gemäß Fig. 4 verstellt wird, nimmt das Volumen
zwischen dem Längsschieber 3 und dem Kolben 13 zu. Die
zur Füllung dieses vergrößerten Volumens erforderlich
kleine Ölmenge wird über die Nuten 8 zugeführt.
Nun strömt das Öl durch den Kanal 5 in dem Längsschie
ber 3 und den Kanal 17 in dem Schiebergehäuse 1 zu der
B-Strömungsleitung zu dem Zylinder 26, wodurch der Zy
linder seinen Arbeitshub vollenden kann, d. h. der Kol
ben 27 nimmt seine voll eingefahrene innere Endposition
gemäß der Längsachse a 3 ein. Gleichzeitig kann Öl von
der A-Strömungsleitung des Zylinders 26 durch den Kanal
21 in dem Schiebergehäuse 1 strömen, durch eine zweite
Umfangsringnut 23 in dem Längsschieber 3 hindurchtreten
und über den Kanal 19 zum Tank T strömen.
Wenn der Kolben 27 in seine innere Endposition in dem
Zylinder 26 zurückgekehrt ist, wurde ein kompletter
hin- und hergehender Arbeitshub durchgeführt. Ein neuer
vollständiger Arbeitshub wird nicht automatisch einge
leitet, weil der Endabschnitt 15 des Kolbens 13
mit der Durchgangsbohrung 14 gegen die Schulter des
Schiebergehäuses abgedichtet ist. Unter diesen Umständen
ist keine Ölströmung über den Ventilsitz 7 möglich, die
jedoch erforderlich ist, um einen Druckabfall hervorzu
rufen, der dann eine Bewegung des Längsschiebers 3 ver
ursacht. Der Kolben 13 bleibt in dieser Position, bis
der Öldruck in der Druckströmungsleitung 2 fällt. Wenn
dies geschieht, führt die Rückstellfeder 16 den Kolben 13 in die
Ausgangsposition (Fig. 1) zurück und das Ventil ist
bereit, um einen neuen kompletten hin- und hergehenden
Arbeitshub des Zylinders 26 zu steuern, der sich dann
von der a 3-Position in die a 1-Position gemäß Fig. 1
bewegt.
Anders als bei bekannten Drucksteuerventilen, deren
Funktion von einem hohen Öldruck abhängig ist, ist das
erfindungsgemäße Ventil strömungsgesteuert und benötigt
nur einen geringen Druckabfall (2 bis 3 bar) über dem
Ventilsitz 7 in der Durchgangsbohrung 4, 4′ des Längs
schiebers 3, um den Längsschieber in einer Endposition
zu halten. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung des
vorhandenen Arbeitsdruckes. Dieses Umschaltventil
braucht nicht auf einen besonderen Arbeitsdruck einge
stellt zu werden, da es unabhängig von dem Druck bis zu
dem Maximaldruck, für den es ausgelegt ist, gleicherma
ßen gut funktioniert.
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß an
dem Ventilsitz 7 hinter der Kugel 6 ein dauernder
Durchgang besteht; ein solcher Durchgang kann jedoch
auch dadurch erreicht werden, daß anstatt der Ausbil
dung von symmetrisch angeordneten Nuten 8 in dem Sitz 7
gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusammenwirken
de Nuten in dem Sitz und der Kugel oder nur in der Ku
gel 6 vorgesehen werden.
Claims (3)
1. Umschaltventil zur Steuerung eines Hydraulikmotors
(26) zwecks Umkehr seines Arbeitshubes, z. B. zur
Drehung eines an den Hydraulikmotor (26) ange
schlossenen Drehpfluges, bestehend aus einem
Schiebergehäuse (1) mit einem Pumpenanschluß
(2, P), einem Anschluß für einen Druckfluidtank (T)
und zwei Anschlüssen (17, B bzw. 21, A) für den
Hydraulikmotor (26), aus einem in einer Bohrung
(25′) des Schiebergehäuses (1) in zwei Anschlagstel
lungen verschiebbaren Längsschieber (3) zum
wechselseitigen Verbinden der beiden Motoran
schlüsse (17, B bzw. 21′ A) mit dem Pumpenanschluß
(2, P) bzw. mit dem Druckfluidtank (T), wobei der
Längsschieber (3) eine axiale Durchgangsbohrung
(4, 4′) mit einem darin angeordneten, einen feder
belasteten Schließkörper (6) aufweisenden Rück
schlagventil (6, 7, 10) enthält, dessen die
Öffnungsstellung bestimmende Druckfluid-Einlaß
seite über die Durchgangsbohrung (4) mit dem
Pumpenanschluß (2, P) verbunden ist, wobei in der
ersten Anschlagstellung des Längsschiebers (3) der
erste Motoranschluß (17, B) über einen stromauf
wärts vom Rückschlagventil (6, 7, 10) angeordneten
ersten Durchlaß (5) im Längsschieber (3) mit dem Pumpen
anschluß (2, P) und der zweite Motoranschluß (21, A)
über einen zweiten Durchlaß (23) im Längsschieber
(3) mit dem Druckfluidtank (T) verbunden ist und
wobei in der zweiten Anschlagstellung des Längs
schiebers (3) der zweite Motoranschluß (21, A) über
einen dritten stromabwärts vom Rückschlagventil
(6, 7, 10) angeordneten Durchlaß (9) im Längs
schieber (3) mit dem Pumpenanschluß (2, P) und der
erste Motoranschluß (17, B) über einen vierten
Durchlaß (22) im Längsschieber (3) mit dem Druck
fluidtank (T) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rückschlagventil (6, 7, 10) nach Art eines Drosselrück
schlagventils ausgebildet ist, daß in der Bohrung
(25′) ein an die dem Pumpenanschluß (2, P) abgewandte Stirnseite des Längsschie
bers (3) anlegbarer, beidseitig durch je eine
Rückstellfeder (12, 16) belasteter Kolben (13)
verschiebbar ist, dessen eine Rückstellfeder (12)
sich am Längsschieber (3) und dessen andere Rück
stellfeder (16) sich an der einen Bodenfläche der
Bohrung (25′) abstützt, und daß der Kolben (13)
einen Drosseldurchlaß (14) aufweist, der in der
ersten Endstellung des Kolbens (13) über eine
Schulter (24) an der Bodenfläche absperrbar und in
der zweiten Endstellung des Kolbens (13) mit dem
Druckfluidtank (T) verbunden ist.
2. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schließkörper (6) und/oder
der Ventilsitz (7) des Rückschlagventils (6, 7, 10)
vorzugsweise symmetrisch angeordnete Nuten (8)
aufweist, die die Drosselöffnung bilden.
3. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die an der Bodenfläche der Bohrung
(25′) abgestützte Rückstellfeder (16) für den
Kolben (13) stärker ist als die am Längsschieber
(3) abgestützte Rückstellfeder (12).
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