DE4413845C2 - Schaltventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Schaltventile sind in weitem Maße als Einrichtung zum Steuern hydrau­ lischer Vorrichtungen an landwirtschaftlichen, Bau- und anderen Maschinen eingesetzt.

Ein gattungsgemäßes Schaltventil ist in der US 5 209 263 beschrieben. Es soll kostengünstig herstellbar und ohne zusätzliche Schalter, Verdrahtungen und Rohrverbindungen zu installieren sein.

Gut bekannte Schaltventile dieser Art umfassen auch ein Schaltventil gemäß dem japanischen Gebrauchsmuster JP 3-17386 U. Dieses Schaltventil hat Kupplungsöffnungen, die in einer Bodenfläche eines Ventilgehäuses zur Verbin­ dung mit Rohren ausgebildet sind, die sich zu Steuerven­ tilen erstrecken. Weiter sind Eingangs- und Ausgangsven­ tilmechanismen vorgesehen, von denen jede eine Kolben­ stange aufweist, die zwischen einer der Kupplungsöffnun­ gen gleiten, und einen Pumpendruckraum und einen Tank­ druckraum, die vertikal in dem Gehäuse angeordnet sind, und einen Stößel, der ein Ende der Kolbenstange aufnimmt und eine Kraft auf die Kolbenstange durch eine Aus­ gleichsfeder zum Einstellen eines Steuerdrucks aufweist.

Bei dieser Konstruktion ist der Stößel in einem Ausmaße bewegbar, der der Betätigungsgröße eines Steuerhebels entspricht. Der Stößel arbeitet mit der Ausgleichsfeder zusammen und bewegt die Kolbenstange, wodurch er einen entsprechenden Steuerdruck erzeugt.

Diese Steuerventile können aufgrund der Stößelstruktur in zwei Typen unterteilt werden:

• 1. Der Typ, in welchem, wie in Fig. 1 der obigen Ver­ öffentlichung dargestellt, der Stößel einen Stangen­ abschnitt (Bezugszahl 8) zur Aufnahme einer Betäti­ gungskraft von dem Steuerhebel auweist, und einen Mantelabschnitt (Bezugszahl 6), der getrennt von dem Stangenabschnitt ausgebildet ist und eine Rückstell­ feder aufnimmt (Bezugszahl 7); und
• 2. Der Typ, in welcher, wie in Fig. 2 der obigen Ver­ öffentlichung dargestellt, der Stangenabschnitt und der Mantelabschnitt integriert miteinander ausgebil­ det sind.

In dem früheren, kombinierten Aufbau können der Stangen­ abschnitt und der Mantelabschnitt leicht als individuel­ le Bauteile hergestellt werden. Jedoch müssen die zwei Abschnitte unabhängig relativ zu dem Ventilgehäuse glei­ ten können, jedoch sind ihre Gleitflächen kurz. Dies führt zu Nachteilen in Bezug auf eine sanfte Gleitbewe­ gung und eine genaue Formgebung. In der letzteren inte­ grierten Konstruktion werden zwar lange Gleitflächen aus­ gebildet, jedoch wird ein Raum zwischen einer oberen Oberfläche des Mantelabschnittes und einem Deckteil ge­ bildet, der einen Teil des Ventilgehäuses bildet, wenn der Stößel niedergedrückt ist, und diesem Raum muß Rech­ nung getragen werden. Das heißt Expansion oder Kompres­ sion dieses Raumes, welche jeweils bei der Bewegung des Stößels auftreten, bilden einen Widerstand und behindern die sanfte Bewegung des Stößels.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein gattungsgemäßes Schaltventil so zu verbessern, daß eine sanfte Bewegung des Stößels und damit eine Verbesserung der Betätigung des Schaltventils möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe durch ein gat­ tungsgemäßes Schaltventil mit den kennzeichnendem Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Öl zirkuliert durch den Verbindungskanal und daher er­ laubt dieser bei der Bewegung des Stößels den Austritt von Öl von dem ersten Raum zu dem zweiten Raum oder von dem zweiten Raum zu dem ersten Raum. In der Abwesenheit eines solchen Verbindungskanals würde ein Negativdruck in dem ersten Raum erzeugt werden, dessen Größe mit dem Niederdrücken des Stößels vergrößert werden würde, und dadurch würde das Niederdrücken schwierig werden. Außer­ dem würde ein außerordentlicher Druck in dem ersten Raum erzeugt werden, dessen Größe bei der Aufwärtsrückbewe­ gung des Stößels unter der Kraft der Rückstellfeder ab­ nehmen würde. Dies würde die Rückbewegung des Stößels behindern. So fördert die Gegenwart des Verbindungska­ nals das Ansprechen des Stößels.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Verbindungskanal die Form von ausgesparten Durchgängen auf den Gleitflächen des Mantelabschnittes des Stößels. Diese ausgesparten Durchgänge wirken wie Ölleitungen, die sich zwischen den Gleitflächen des Mantelabschnittes und des Ventilgehäuses erstrecken und den ersten Raum und den zweiten Raum miteinander verbinden. Wenn Öl durch diese Leitungen fließt, kann man den ersten Raum sanft ausdehnen und zusammendrücken, was eine sanfte Be­ wegung des Stößels bewirkt.

Statt in den Gleitflächen des Mantelabschnittes können die ausgesparten Durchgänge in den Gleitflächen des Ven­ tilgehäuses gegenüber den Gleitflächen des Mantelab­ schnittes ausgebildet sein. Dies bewirkt den gleichen Effekt.

Auch kann der Verbindungskanal eine Perforierung in ei­ nem Übergangsbereich von dem Stößel zu dem Mantelab­ schnitt aufweisen. In diesem Falle kann der Stößel bevor­ zugt einen Rezeß aufweisen, der sich in den zweiten Raum öffnet und sich von dem Mantelabschnitt zu dem Stangenab­ schnitt erstreckt, wobei die Perforierungen den ersten Raum und den Rezeß verbinden. In jedem Fall fließt das Öl leicht durch den Verbindungskanal zwischen dem ersten und zweiten Raum und verringert den Widerstand durch die Ausdehnung oder das Zusammenpressen des ersten Raumes, wodurch die Ansprechbarkeit des Stößels verbessert wird.

Es folgt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 1 ist ein auseinandergezogener Schnitt eines Schaltventils nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Bodenansicht des Schaltventils in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein hydraulisches Fließdiagramm, welches ein Symbol des Schaltventils zeigt.

Fig. 4a ist ein vergrößerter Schnitt einer Struktur na­ he einem unteren Abschnitt einer Kolbenstange in einem Zustand, in dem ein Stößel in einer oberen Position liegt.

Fig. 4b ist ein vergrößerter Schnitt einer Struktur nahe dem unteren Abschnitt der Kolbenstange in einem Zustand, in dem der Stößel in einer unte­ ren Position liegt.

Fig. 5 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Man­ telabschnittes des Stößels mit ausgesparten Durchgängen, die an seinen Gleitflächen ausge­ bildet sind.

Fig. 6 ist eine Seitenansicht, die eine Betriebsweise eines Steuerhebels zeigt.

Fig. 7 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Stößels mit modifizierten ausgesparten Durchgän­ gen, die in Gleitflächen eines Ventilgehäuses ausgebildet sind.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In dieser Ausgestal­ tung ist ein hydraulisches Schaltventil in einem hydrau­ lischen Steuersystem für einen Löffelbagger eingesetzt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Schaltventil 100, welches kreuzweise zum Schalten eines Auslegersteuerventils V1 und eines Kübelsteuerventils V2 einsetzbar ist. Das Schaltventil 100 umfaßt ein Ventilgehäuse 1, einen Steuerhebel 2, erste Eingangs- und Ausgangsventilmecha­ nismen 3, die mit einem Ausleger verbunden sind, zweite Eingangs- und Ausgangsventilmechanismen 4, die mit einem Kübel verbunden sind, eine Pumpendruckkammer 5, eine Tankdruckkammer 6, Eingangs- und Ausgangsöffnungen 7, die mit dem Ausleger verbunden sind, Eingangs- und Aus­ gangsöffnungen 8, die mit dem Kübel verbunden sind, eine Pumpenöffnung 9 und eine Tanköffnung 10.

Die Fig. 3 zeigt als Referenz ein Symbol des Schaltven­ tils 100 in einem Hydraulikkreislauf.

Der Steuerhebel, der als Steuerteil 2 wirkt, umfaßt einen proximalen Abschnitt 2a, der an dem Ventilgehäuse 1 angeschraubt ist, einen operativen Abschnitt 2b, der mit dem proximalen Abschnitt 2a durch ein Universalge­ lenk verbunden ist, einen scheibenförmigen Steuerab­ schnitt 2c, ein Kupplungsrohr 2d und einen Hebelab­ schnitt 2e. Der Operator kann den Hebelabschnitt 2e er­ greifen, um den Steuerhebel 2 kreuzweise zu betätigen. Zum leichteren Verständnis der Darstellung zeigt Fig. 1 einen zweiten Eingangs- und Ausgangsventilmechanismus 4 anstelle von einem der ersten Eingangs- und Ausgangsven­ tilmechanismen 3.

Der erste und zweite Eingangs- und Ausgangsventilmecha­ nismus 3 und 4 hat jeweils eine identische Struktur mit einem Stößel 11, einer Kolbenstange 12, einem ersten obe­ ren Federlager 13, einem zweiten unteren Federlager 14, einer ersten Spiralfeder 15, die als Rückstellfeder zum Zurückstellen des Stößels 11 wirkt, und eine zweite Spi­ ralfeder, die als Ausgleichsfeder 16 zum Einstellen ei­ nes Steuerdruckes wirkt. Jede dieser Ventilmechanismen 3 und 4 ist in dem Ventilgehäuse angeordnet und wird durch einen Stopfen 17 an der Stelle gehalten. Die vier Stop­ fen 17 werden durch eine Deckplatte 18 gehalten, die an einer oberen Fläche des Ventilgehäuses 1 durch den proxi­ malen Abschnitt 2a befestigt ist.

Der Stößel 11 weist einen Stangenabschnitt 11a auf, der durch den Steuerabschnitt 2c niederdrückbar ist, und ei­ nen hohlen zylindrischen Mantelabschnitt 11b, der inte­ griert mit dem Stangenabschnitt 11a ausgebildet und glei­ tend in dem Ventilgehäuse 1 gehalten ist. Der Stößel 11 gleitet sanft auf und nieder mit Hilfe einer oberen Gleitregion, die durch den Stopfen 17 und den Stangenab­ schnitt 11a gebildet ist, und einer unteren Gleitregion, die durch den Mantelabschnitt 12b und eine Mantelgleit­ öffnung 1e in dem Ventilgehäuse 1 gebildet ist.

Wie in den Fig. 4a, 4b und 5 gezeigt, weist der Man­ telabschnitt 11b zwei an seinem Umfang angeschnittene Flächen 11d auf. Diese angeschnittenen Flächen 11d bil­ den ausgesparte Durchgänge 11e zur Verbindung eines er­ sten Raumes S1, der über dem Mantelabschnitt 11b durch eine obere Oberfläche des Mantelabschnittes 11b, den Stangenabschnitt 11a und das Ventilgehäuse 1 gebildet ist, mit einem zweiten Raum S2, der unter dem Mantelab­ schnitt 11b durch eine untere Oberfläche des Mantelab­ schnittes 11b und dem Ventilgehäuse 1 gebildet ist. Außerdem sind zwei Querperforationen 11c in einem Über­ gangsbereich von dem Stangenabschnitt 11a zu dem Mantel­ abschnitt 11b ausgebildet, d. h. an einem unteren Ende des Stangenabschnittes 11a. Diese Perforationen verbin­ den den ersten Raum S1 mit dem zweiten Raum S2, wie es auch die ausgesparten Durchgänge 11e tun. Diese verbin­ denden Öldurchgänge ermöglichen einen Ölfluß in dem und aus dem ersten und zweiten Raum, wenn der Stößel 11 nie­ dergedrückt oder angehoben ist. Dieses Merkmal bewirkt ein leichtes Betätigungsgefühl, wenn der Stößel 11 nie­ dergedrückt ist, und fördert ein sanftes Rückstellen des Stößels 11 durch die Tätigkeit der ersten Spiralfeder 15.

Ein unterer Abschnitt der Kolbenstange 12 bildet eine Verbindungsbohrung 12b zum Verbinden seines unteren En­ des 12a mit einem Grund 12c, der in einer Zwischenstel­ lung ausgebildet ist. Ein oberer Abschnitt der Kolben­ stange 12 bildet einen Gleitabschnitt 12d, der gleitend in den Stößel 11 eingepaßt ist, und einen Schaftab­ schnitt 12e, der in eine Unterlegscheibe paßt, und der einen kleinen Durchmesser zur Befestigung des ersten Fe­ derlagers 13 aufweist. Ein Zwischenabschnitt der Kolben­ stange 12 bildet einen Schaftabschnitt 12f mit mittlerem Durchmesser zum Schaffen einer Schulter zum Stützen des zweiten Federlagers 14. Weiter weist die Kolbenstange 12 einen Führungsschaftabschnitt 12h zum Führen der ersten Spiralfeder 16 auf, und einen restriktiven Schaftab­ schnitt 12e, der an einem unteren Ende des Führungs­ schaftabschnitts 12h ausgebildet ist und einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Führungsschaftab­ schnitt 12h, um wirksam ein Rutschen eines unteren Endes der ersten Spiralfeder 16 zu verhindern.

Wie in Fig. 2 gezeigt sind vier Eingangs- und Ausgangs­ öffnungen, d. h. ein Paar von Eingangs- und Ausgangsöff­ nungen 7, die mit dem Ausleger verbunden sind, und ein Paar von Eingangs- und Ausgangsöffnungen 8, die mit dem Kübel verbunden sind, in Form eines Quadrates auf der un­ teren Oberfläche 1a des Ventilgehäuses 1 angeordnet. Die Pumpenöffnung 9 und die Tanköffnung 10 sind an gegenüber­ liegenden Seiten angeordnet. Jede Öffnung hat eine Lager­ oberfläche 50, die als hydraulische Rohrkupplung ausge­ bildet und zum Kuppeln an die Rohrverbindung geformt ist.

Die Pumpenöffnung 9 steht in Verbindung mit der flachen Pumpendruckkammer 5 durch eine gebogene Eingangsöffnung (nicht gezeigt), die sich in eine seitliche Position der Pumpendruckkammer 5 öffnet. Die Tanköffnung 9 steht in Verbindung mit der Tankdruckkammer 6 durch eine nicht ge­ zeigte gebogene Ausgangsöffnung, die sich in eine Seiten­ position der Tankdruckkammer 6 öffnet. Dieser Ausgangs­ durchgang erstreckt sich um die Pumpendruckkammer 5.

Eine Auslaßbohrung 19 erstreckt sich zwischen der Boden­ oberfläche 1a des Ventilgehäuses 1 und der Pumpendruck­ kammer 5 und öffnet sich zentral zu den vier Eingangs- und Ausgangsöffnungen 7 und 8. Kernsand, der beim Sand­ gießen eingesetzt wird, kann wirksam vom Inneren der Pum­ pendruckkammer 5 durch die Auszugsbohrung 19 entfernt werden. Nachdem der Kernsand entfernt ist, wird die Aus­ zugsbohrung 19 mit einem Stopfen 20 verschlossen.

Die Betätigung des Schaltventils 100 wird mit Bezug auf den ersten Eingangs- und Ausgangsventilmechanismus 3 be­ schrieben. In dem in Fig. 1 gezeigten freien Zustand ist der Grund 12c der Pumpendruckkammer 6 gegenüber expo­ niert, und das Ende der Kolbenstange 12 ist gegenüber der Eingangs- und Ausgangsöffnung 7 exponiert. Somit ste­ hen die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsöffnungen 7 in Verbindung mit der Tanköffnung 10 und stellen das Steuerventil V1 in die Neutralposition.

Wenn der Steuerhebel 2 hinuntergedrückt wird, um den Stößel 11 gegen die erste Spiralfeder 15 zu betätigen, wird die Kolbenstange 12 durch die zweite Feder 16 betä­ tigt und gleitet nach unten. Dadurch wird ein verringer­ ter Abschnitt des Grundes 12c gegenüber der Tankdruckkam­ mer 6 exponiert und verkleinert einen Ölausflußbereich. Nach einem vorbestimmten Hub ist der Grund 12c durch ei­ nen Aufnahmeabschnitt 1d des Ventilgehäuses 1 umgeben und schließt den Öldurchgang.

Bei dem nachfolgenden Umlegen des Steuerhebels 2 gleitet die Kolbenstange 12 durch die zweite Spiralfeder 16 wei­ ter nach unten und exponiert den Grund 12c gegenüber der Pumpendruckkammer 5. Dies bewirkt eine Verbindung zwi­ schen den Eingangs- und Ausgangsöffnungen 7 und der Pum­ penöffnung 9, wodurch der Steuerdruck auf das Ausleger­ steuerventil V1 wirkt.

Jetzt bewirkt ein Unterschied in einem Bereich zwischen einer Schulter 12g des Grundes 12c und dem unteren Ende 12a der Kolbenstange 12 eine Kraft, die die Kolbenstange 12 nach oben drückt. Dann wird die Kolbenstange 12 in einer Position gehalten, wo die nach oben gerichtete Kraft den Widerstand der zusammengedrückten zweiten Spi­ ralfeder 15 ausgleicht. D. h., die zweite Spiralfeder 16 wird soweit zusammengedrückt, wie es der Abwärtsbewegung des Stößels 11 durch den Steuerhebel 2 entspricht, und die Kolbenstange 12 hält in einer Position, in dem die nach unten gerichtete Kraft des Widerstandes der zweiten Spiralfeder 16 die aufwärts gerichtete Kraft durch die oben erwähnte Bereichsdifferenz ausgleicht (siehe Fig. 4b).

Je größer der Schwenkwinkel des Steuerhebels 2 wird, oder je größer die nach unten gerichtete Bewegung des Stößels 11 wird, um so mehr wird die zweite Spiralfeder 16 zusammengedrückt. Das erzeugt einen Steuerdruck, der einer Betätigung des Steuerhebels 2 entspricht.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der erste und der zweite Ventilmechanismus 3 jeweils durch Schwenken des Steuer­ hebels 3 nach vorwärts und rückwärts betätigt, während der zweite Eingangs- und Ausgangsventilmechanismus 4 durch Schwenken des Steuerhebels 2 nach rechts und nach links betätigt wird. Die Kolbenstangen 12 haben unter­ schiedliche maximale Bewegungsgrößen für die ersten Ein­ gangs- und Ausgangsventilmechanismen 3 und für die zwei­ ten Eingangs- und Ausgangsventilmechanismen 4 angesichts der Tatsache, daß das Handgelenk schwieriger zur Seite als nach vorn und hinten zu bewegen ist, und daß das Kü­ belsteuerventil V2 einen kleineren Öffnungsgrad aufweist als das Auslegersteuerventil V1. Die maximale Bewegungs­ größe der Kolbenstange 12 kann wirksam begrenzt werden, um den maximalen Öffnungsgrad des gleichen Steuerventils zu reduzieren.

Das bedeutet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, daß die Stößel 11 verschiedene Niederdrückgrößen aufweisen, die durch den Kontakt zwischen den unteren Enden der Mantel­ abschnitte 11b und den ersten und zweiten Schultern 1b und 1c in dem Ventilgehäuse 1 bestimmt sind. Die zweite Schulter 1c des zweiten Eingangs- und Ausgangsventilme­ chanismus 4 ist höher als die erste Schulter 1b des er­ sten Eingangs- und Ausgangsventilmechanismus 3, und zwar um eine Entfernung "d". Folglich hat der Stößel 11 des ersten Eingangs- und Ausgangsventilmechanismus 3 einen maximalen Bewegungsgrad D1, der auf 9,2 mm eingestellt ist, während der Stößel 11 des zweiten Eingangs- und Aus­ gangsventilmechanismus 4 einen maximalen Bewegungsgrad D2 aufweist, der auf 7 mm eingestellt ist. Dieser Unter­ schied bewirkt, daß der nach vorn und hinten gerichtete Hub des Steuerhebels 2 etwas größer ist als dessen Sei­ tenhub.

Fig. 7 zeigt modifizierte ausgesparte Durchgänge 11e, die in dem Ventilgehäuse 1 ausgebildet sind. In diesem Falle können die ausgesparten Durchgänge 11e einen Aus­ schnittsbereich aufweisen, der relativ frei wählbar ist, ohne daß man auf Stärke oder Raum Rücksicht nehmen muß.

In diesem Falle muß der Stößel 11 keine Perforationen 11c aufweisen.

Claims (4)

1. Schaltventil mit:

• a) einer Kolbenstange (12), die in einem Ventilgehäu­ se (1) zwischen einer Ausgangsstellung und einer Steuerdruck-Förderstellung durch einen Steuerhebel (2) hin- und herbewegbar ist;
• b) einem Stößel (11), der zwischen Steuerhebel (2) und Kolbenstange (12) angeordnet ist und in einem Stößelabschnitt (11a) zur Seite des Steuerhebels (2) hin in einem im Ventilgehäuse (1) angeordneten Stopfen (17) gleitend gelagert ist;
• c) einem oberen Abschnitt (12d) im Inneren des Stößel­ abschnitts (11a) zur Führung der Kolbenstange (12),
• d) einem hohlen zylindrischen Mantelabschnitt (11b) am Stößel (11), mit dem der Stößel (11) zur Seite der Kolbenstange (12) hin gleitend im Ventilgehäu­ se (1) gehalten ist;
• e) einer Rückstellfeder (15) zwischen Mantelabschnitt (11b) und Ventilgehäuse (1) zur Vorspannung des Stößels (11);
• f) einer Ausgleichsfeder (16) zwischen Mantelab­ schnitt (11b) und Kolbenstange (12) zur Einstel­ lung eines Steuerdrucks;
• g) einen ersten Raum (S1), der durch den Stopfen (17), den Stößelabschnitt (11a), das Ventilgehäuse (1) und den Übergangsbereich vom Stößelabschnitt (11a) zum Mantelabschnitt (11b) begrenzt wird;
• h) einen zweiten Raum (S2), der durch das Innere des hohlen Mantenabschnitts (11b) und das Ventilgehäu­ se (1) begrenzt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zur Verbindung des ersten Raumes (S1) mit dem zwei­ ten Raum (S2) ein Verbindungskanal (11e, 1e) zwi­ schen dem gleitend gehaltenen Mantelabschnitt (11b) und dem Ventilgehäuse (1) vorgesehen ist, und
• b) eine Öffnung (11c) den Austausch von Steueröl bei einer Bewegung des oberen Abschnitts (12d) der Kol­ benstange (12) zwischen dem Inneren des Stößelab­ schnitts (11a) und dem ersten Raum (S1) ermög­ licht.

2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (11e, 1e) durch ausgesparte Durchgänge auf den Gleitflächen des Mantelabschnittes (11b) gebildet wird.

3. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (11e, 1e) durch ausgesparte Durchgänge auf den Gleitflächen des Ventilgehäuses (1) gegenüber den Gleitflächen des Mantelabschnitts (11b) gebildet wird.

4. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnung (11c) in einem Übergangsbereich von dem Stößelabschnitt (11a) zu dem Mantelabschnitt (11b) ausgebildet ist.