DE3511252C2 - - Google Patents

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).