DE3908721C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckwaage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der DE 32 40 038 A1 bekannten Druckwaage dieser Art wird die erste Steuerkammer durch einen Bund der Hülse von der zweiten Steuerkammer getrennt. In diesem Bereich treten Dichtprobleme auf. Das Druckmittel muß zur Regelblende um den zweiten Endabschnitt der Hülse herum und dann in entgegengesetzter Richtung strömen, wodurch hohe Strömungsverluste und ein variierender Drosseleffekt zwischen dem freien Ende der Hülse und einer Erweiterung der Gehäusebohrung auftreten. Daraus resultiert ein unsauberes Regelverhalten. Da die Strömungsrichtung im Längsdurchgang der Hülse mit der Verschieberichtung der Hülse übereinstimmt, in der diese die Regelblende schließt, ergibt sich bei hohem Durchsatz eine strömungsbedingte und unerwünschte Stellkraft an der Hülse. Der Bearbeitungsaufwand für die Gehäusebohrung und für die Hülse ist hoch.

Bei einer aus DE 35 07 121 C2 bekannten Druckwaage einer anderen Art ist der als Vollkolben ausgebildete Regelkolben in einer Richtung vom Lastdruck stromab der Meßblende und in der anderen Richtung vom Druck stromauf der Meßblende und von der Regelfeder beaufschlagt. Bei großem Durchsatz ergibt sich ein großer Platzbedarf für die Druckwaage, was der erstrebenswerten Kompakt-Bauweise moderner Druckwaagen oder Ventilkonzepte entgegensteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wenig Platz beanspruchende Druckwaage der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und ein sauberes Regelverhalten gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird die Hülse sauber und leichtgängig geführt, weil die Ringkörper die beiden Endabschnitte der Hülse mit großem Abstand abstützen. Da die Abströmseite der Regelblende mit der ersten Steuerkammer verbunden ist, treten zwischen der ersten Steuerkammer und der Abströmseite der Regelblende keine Dichtprobleme mehr auf. Die zweite Steuerkammer wird zuverlässig gegenüber der Abströmseite der Regelblende und gegenüber dem Längsdurchgang der Hülse abgedichtet. Es ergibt sich eine platzsparende Bauweise für die Druckwaage. Die in der zweiten Steuerkammer untergebrachte Regelfeder trägt zur Kompaktheit bei, weil der Längsdurchgang der Hülse glatt sein kann und kein Strömungshindernis enthält.

Bei der zweckmäßigen Ausführungsform gemäß Anspruch 2 läßt sich eine besonders einfach herstellbare Hülse verwenden, die gegebenenfalls sogar eine zylindrische Außenfläche hat. Aus Führungsgründen kann es allerdings zweckmäßig sein, wenigstens einen niedrigen Bund im Bereich der Regelblende vorzusehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 wird durch das sich über die Länge des Versorgungskanals ergebende Druckgefälle ein positiver Einfluß auf das Arbeiten jeder Druckwaage erreicht, da die Hülse in Öffnungsrichtung der Regelblende mit einer zusätzlichen Kraft beaufschlagt wird. Dies führt zu einer insbesondere in den Anfangs- und Endbereichen sauberen Regelkennlinie.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Längsschnitt einer Druckwaage, wobei die obere und die untere Hälfte der Figur verschiedene Stellungen der Druckwaage verdeutlichen,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Druckwaage,

Fig. 3 eine weitere Alternative einer Druckwaage im Längsschnitt,

Fig. 4 einen Schnitt in der Ebene IV-IV einer Wegesteuerventil-Gehäuse- Batterie gemäß Fig. 5, und

Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene V-V von Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist eine Druckwaage DW in einer Gehäusebohrung 2 eines Gehäuses 1 angeordnet. Das Gehäuse 1 kann ein eigenständiges oder das Gehäuse einer hydraulischen Vorrichtung sein, die zur Zusammenarbeit mit der Druckwaage DW bestimmt ist. Die Gehäusebohrung 2 ist eine glatte Bohrung zwischen den Gehäuseaußenseiten 3, 4. Wird die Druckwaage DW für sich alleine verwendet, dann kann eine Seite der Gehäusebohrung 2 (bei 5 strichliert angedeutet) geschlossen sein. In Richtung der Achse 6 der Gehäusebohrung 2 strömt das Druckmittel von rechts nach links zu. Eine ringförmige Eindrehung 7 der Gehäusebohrung 2 ist über eine Leitung 8 an einen Verbraucher V1 angeschlossen, beispielsweise eine Seite eines doppelseitig beaufschlagbaren Hydraulikzylinders. In der Leitung 8 ist ein Verbraucher V als, z. B. verstellbare Drossel, angedeutet, die ein Wegesteuerventil zur Einstellung der Arbeitsgeschwindigkeit des Verbrauchers V1 ist. Der Verbraucher V bildet eine Meßblende für die Druckwaage DW, die die eingestellte Druckdifferenz an der Meßblende unabhängig von Druckänderungen konstant hält, um die eingestellte Arbeitsgeschwindigkeit des Verbrauchers V1, z. B. lastdruckunabhängig, konstant zu halten. Stromab des Verbrauchers V zweigt von der Leitung 8 eine Lastdrucksteuerleitung 9 (strichliert angedeutet) ab, die bei 10 in die Gehäusebohrung 2 mündet.

In der Gehäusebohrung 2 ist als Regelkolben 11 der Druckwaage DW eine Hülse 12 verschiebbar geführt, die einen als glatte Längsbohrung ausgebildeten Längsdurchgang 30 sowie einen außenliegenden Bund 13 aufweist. Mit 14 sind außenliegende Dichtzonen der Hülse 12 bezeichnet, die bis zu den mit 29 bezeichneten Stirnendflächen der Hülse 12 verlaufen. In jedem Ende der Gehäusebohrung 2 sitzt ein Ringkörper 15 mit einer Dichtung 16, der eine innenliegende mit der Dichtzone 14 der Hülse 12 zusammenarbeitende Dichtzone 17 bildet.

Die Hülse 12 enthält im Bund 13 Radialdurchgänge 18, die Steuerkanten 19 definieren, die mit Gegensteuerkanten 20 der Eindrehung 7 zusammenarbeiten, um die Regelblende zu bilden.

In Fig. 1 ist in der oberen Hälfte die Regelblende ganz geöffnet; die Hülse 12 liegt am linken Ringkörper 15 an. In der unteren Hälfte von Fig. 1 ist die Hülse 12 nach rechts verschoben, so daß die Regelblende abdrosselt. Die Ringkörper 15 bilden Hubbegrenzungen für die Hubbewegung der Hülse 12 beim Verstellen der Regelblende.

An der Außenseite der Hülse 12 sind eine erste und eine zweite Steuerkammer 21, 22 vorgesehen, wobei die zweite Steuerkammer 22 über die Steuerleitung 9 mit dem Druck stromab des Verbrauchers V beaufschlagt ist, während die erste Steuerkammer 21 über einen Verbindungskanal 23 mit dem Druck stromab der Regelblende beaufschlagt ist. Zwischen einem Sitz 26 der Hülse 12 und einem Sitz 28 am rechten Ringkörper 15 in eine Regelfeder 25 eingesetzt. Der Sitz 28 kann eine herausnehmbare Unterlage sein, um die Vorspannung der Regelfeder 25 ändern zu können. An beiden Seiten des Bundes 13 werden gleichgroße Beaufschlagungsflächen F für die Drücke in den Steuerkammern 21, 22 gebildet. Diese Beaufschlagungsflächen setzen sich jeweils aus Ringflächen R zusammen. Der Längsdurchgang 30 der Hülse 12 bildet einen freien Strömungsweg 31, über den das Druckmittel (falls die Absperrung 5 nicht vorgesehen ist) in das Gehäuse 1′ einer an die Gehäuseseite 4 angesetzten weiteren Druckwaage strömt, die ebenfalls strichliert angedeutet) eine Hülse 12 mit einem freien Innendurchgang 30 enthält. Es könnten auch in einem Gehäuse 1 mehrere Druckwaagen DW einer Druckwaagenanordnung hintereinander gesetzt und aus dem gemeinsamen, durchgehenden Strömungsweg 31 versorgt werden.

Die Druckwaage DW gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt:

In der Stellung gemäß der oberen Hälfte von Fig. 1 ist der Verbraucher V auf großen Durchgang eingestellt. Die Regelblende ist in ihrer vollen Öffnungsstellung. Die Hülse 12 liegt am linken Ringkörper 15 an. Steigt der Druck p soweit an, daß sich die eingestellte Druckdifferenz zwischen p1 und p2 ändert, wird die Hülse 12 in etwa wie in der unteren Hälfte von Fig. 1 durch den wachsenden Druck p1 nach rechts verschoben, bis die Regelblende soweit abdrosselt, daß die Druckdifferenz zwischen p1 und p2 wieder stimmt. Steigt aufgrund einer Last der Druck p2 an, so wird die Hülse 12 unter Öffnen der Regelblende nach links verschoben, bis die Differenz zwischen p1 und p2 wieder stimmt. Einer Verstellung des Verbrauchers V paßt sich die Druckwaage DW selbsttätig an. Die Druckwaage DW kann auch mit einem fest eingestellten Verbraucher V1 zusammenarbeiten, um die an diesem eingestellte Druckdifferenz konstant zu halten.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Druckwaage DW′ so ausgelegt, daß sie in gegenüber Fig. 1 umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt wird, d. h. der Versorgungsdruck p steht im Ringkanal 7 an und der Verbraucher V ist an den Strömungsweg 31 angeschlossen. Der Steuerkanal 9 zweigt stromab des Verbrauchers V zum Anschluß 10 der zweiten Steuerkammer 22 ab. Anstelle der Strömungsverbindung 23 von Fig. 1 ist eine Strömungsverbindung 23′ durch die Hülse 12 vorgesehen, die die erste Steuerkammer 21 mit dem Druck p1 stromab der Regelblende beaufschlagt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Hülse 12 mit geringer radialer Wandstärke ausgebildet. Der Bund 13 ist niedrig oder gänzlich weggelassen. Die Beaufschlagungsflächen F enthalten in den ersten und zweiten Steuerkammern 21 und 22 die Stirnendflächen 29 der Hülse 12. Dazu sind die Ringkörper 15′ und 15′′ so ausgebildet, daß sie mit ihren Dichtzonen 17′ um die Stirnendflächen 29 herum und in den Längsdurchgang 30 eingreifen. Die Endabschnitte der Hülse 12 werden mit dort angeordneten innenliegenden Dichtzonen 41′ von den Dichtzonen 17′ der Ringkörper 15′, 15′′ geführt. Der Ringkörper 15′ kann mit dem Gehäuse 1 einstückig ausgebildet sein. Aus Montagegründen ist der Ringkörper 15′′ hingegen in die Gehäusebohrung 2 herausnehmbar eingesetzt. Um eine lange Regelfeder 25 verwenden zu können, ist der Sitz 24 in das Innere der Hülse 12 hineinverlegt. Im weiteren Aufbau und in der Funktion entspricht die Druckwaage DW der Fig. 3 der anhand von Fig. 1 erläuterten. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist es, daß der am Ende des Strömungsweges 31 vorliegende, freie Querschnitt kleiner ist, was bei batterieartig aneinandergesetzten Gehäusen 1 die Kräfte reduziert, mit denen die Gehäuse voneinander weggedrückt werden.

Fig. 4 und 5 verdeutlichen eine Anwendung der Druckwaage gemäß Fig. 1 in Wegesteuerventil-Gehäusen S1 und S2 einer Wegesteuerventil-Gehäusebatterie SA. Die Druckwaage DW ist auch bei einem einzelnen Wegesteuerventil-Gehäuse S1 brauchbar. Dann wird, wie in Fig. 1 bei 5 angedeutet, ein Ende des Strömungsweges P, 31 verschlossen.

Gemäß Fig. 4 sind die Gehäuse S1, S2 mit ihren Gehäuseseiten 32 aneinander gesetzt, derart, daß Versorgungskanalabschnitte 33 fluchten und den Strömungsweg 31, P bilden, der in diesem Fall ein durchgehender Pumpenkanal ist.

Im Gehäuse S1 (entsprechend im Gehäuse S2) ist in einer zur Achse 6 der Druckwaage DW parallelen Ebene eine Schieberbohrung 34 mit senkrecht zur Achse 6 verlaufender Achse 35 vorgesehen, in der ein Kolbenschieber 36 verschiebbar untergebracht ist. 37 deutet eine ringförmige Eindrehung in der Schieberbohrung 34 an. Zwischen der Ringkammer 7, die die Gehäusebohrung 2 umgibt, und der Schieberbohrung 34 ist eine Verbindung 38 vorgesehen, so daß das aus der Druckwaage DW kommende Druckmittel in der in Fig. 5 gezeigten Neutralstellung des Kolbenschiebers 36 am Außenumfang eines Bundes 39 ansteht. Beiderseits der Mitte der Schieberbohrung 34 sind ringförmige Eindrehungen 40A und 40B vorgesehen, von denen Anschlüsse A, B zu Verbrauchern, z. B. zu beiden Seiten eines doppelseitig beaufschlagbaren Hydraulikzylinders, führen. Von den Eindrehungen 40A, 40B zweigen die Lastdrucksteuerkanäle 9 ab, die in die zweite Steuerkammer 22 der Druckwaage DW führen. Seitlich des Mittelbereichs der Schieberbohrung 34 sind Rücklaufanschlüsses 41A, 41B vorgesehen. Der Kolbenschieber 36 läßt sich in Richtung eines Doppelpfeiles 42 durch eine nicht-dargestellte Verstelleinrichtung bewegen, um jeweils einen Verbraucheranschluß A, B über die Verbindung 38 mit Druckmittel zu beaufschlagen, während der andere Verbraucheranschluß B, A gleichzeitig an einen Rücklaufanschluß 41A, 41B angeschlossen ist. Der Kolbenschieber 36 bildet den in Fig. 1 angedeuteten Verbraucher V, mit dem jeweils die Druckdifferenz zwischen der Verbindung 38 und jedem Verbraucheranschluß A, B einstellbar ist, die in der vorerwähnten Weise mittels der Druckwaage DW konstant gehalten wird.

Die Druckwaage DW ist in den Versorgungskanalabschnitt 33 eingesetzt, der zum Aufrechterhalten einer durchsatzabhängigen Nennweite NW um ein Maß W aufgebohrt ist, das der radialen Stärke der Hülse 12 entspricht. Jeweils an einer Gehäuseaußenseite 32 kann außerhalb des Ringkörpers 15 ein Dichtelement D vorgesehen sein, um die Trennebene zwischen den Gehäusen S1, S2 abzudichten. Auf diese Weise werden die Versorgungskanalabschnitte 33 nach außen dort abgedichtet, wo die Stirnenden der Hülsen 12 in gegenseitigem Abstand stehen, den sie für ihr Arbeitsspiel benötigen. Fig. 4 zeigt den durchgehenden Strömungsweg P, 31 für das Druckmittel, und daß zwischen der Schieberbohrung 34 und der Unterseite des Gehäuses kaum mehr Platz zum Unterbringen der Druckwaage DW benötigt wird, als für den Versorgungskanalabschnitt 33 selbst, und daß keine über das Gehäuse nach außen stehenden Komponenten existieren. Wird in einem Wegesteuerventil-Gehäuse S1 oder S2 keine Druckwaage benötigt, so läßt sich diese einfach ausbauen. Umgekehrt läßt sich jedes Wegesteuerventil-Gehäuse auch nachträglich mit einer Druckwaage ausstatten, falls die Bohrung 2 die erforderliche Weite (NW+2×W) hat.

Claims (3)

1. Druckwaage, insbesondere in einem Hochdruck-Hydrauliksystem, mit einer beidendig offenen Hülse als in einer an die Druckversorgung angeschlossenen Gehäusebohrung verstellbar geführter Regelkolben, mit in der Hülse angeordneten Radialdurchgängen, die mit einer bohrungsfesten Gegensteuerkante eine druckabhängig verstellbare Regelblende zwischen der Gehäusebohrung und einer Verbindung zu einer zugeordneten Meßblende bilden, mit ersten und zweiten, gegenüber der Gehäusebohrung abgedichteten, ringförmigen Steuerkammern an der Außenseite der Hülse, die auf außenliegenden Ringflächen in der ersten Steuerkammer in Öffnungsrichtung der Regelblende von einem vom Druck in der Gehäusebohrung über eine Drosselstelle abgeleiteten Steuerdruck und in der zweiten Steuerkammer in Schließrichtung der Regelblende vom Druck stromab der Meßblende beaufschlagt wird, mit einer die Hülse beaufschlagenden Regelfeder, und mit einem einen ersten Endabschnitt der Hülse dichtend führenden, in der Gehäusebohrung angeordneten Ringkörper als Begrenzung der zweiten Steuerkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerkammer (21) auf der der zweiten Steuerkammer (22) gegenüberliegenden Seite der Regelblende (R) angeordnet und von einem zweiten, in die Gehäusebohrung (23) angeordneten Ringkörper (15, 15′) begrenzt wird, der den zweiten Endabschnitt der Hülse (12) abdichtend führt, daß die erste Steuerkammer (21) mit der Abströmseite der Regelblende (R) verbunden ist, und daß die Regelfeder (25) in der zweiten Steuerkammer (22) angeordnet ist.

2. Druckwaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in der Gehäusebohrung angeordneten Ringkörper (15′, 15′′) um die Stirnendflächen (29) der Hülse (12) herum- und mit Dichtzonen (17′) in den Längsdurchgang (30) der Hülse (12) eingreifen, und daß die ersten und zweiten Endabschnitte der Hülse (12) mit innenliegenden Dichtzonen (14) von den Dichtzonen (17′) der Ringkörper (15′, 15′′) geführt sind.

3. Druckwaage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung im Längsdurchgang (30) der Hülse (12) entgegengesetzt zu der Verschieberichtung der Hülse (12) ist, in der die Regelblende (R) geschlossen wird.