DE949265C

DE949265C - Verfahren und Steuerschieber zur Steuerung insbesondere eines oelhydraulischen Systems

Info

Publication number: DE949265C
Application number: DEB21076A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joachim Krause
Original assignee: WILH BUSSMANN K G MASCHINENFAB
Current assignee: WILH BUSSMANN K G MASCHINENFAB
Priority date: 1952-07-06
Filing date: 1952-07-06
Publication date: 1956-09-13

Description

Verfahren und Steuerscbi:eber zur Steuerung insbesondere eines ölhydraulischen Systems Die Erfindung :betrifft ein Verfahren und einen Steuerschieber, vorwiegend für die Verwendung in Steuerungen eines ölhydraulischen Systems. Man benutzt Schieber dieser Art im allgemeinen zur direkten Steuerung relativ kleiner Querschnitte, besonders aber als Vorsteuerorgane zur Schaltung der Hauptventile bei großen zu steuernden Querschnitten und hohen Drücken.
Bisher wurden diese Steuerorgane so ausgeführt, daß ein einteiliger, entlasteter Kolbenschieber einerseits der dauernd wirkenden Kraft einer Feder ausgesetzt war, gegen welche die Kraft eines Elektromagneten oder einer anderen, im jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Kraftquelle (Impulsorgan) wirkt. Bei Einschaltung des Impulsorgans wird oder Kolben gegen idie Kraft ider Feder in eine Endlage verschoben. Bei Ausschaltung wird er durch @dje Feder in die andere Endlage gedrückt und dort gehalten. In den jeweiligen Endlagen werden im Gehäuse vorgesehene Kammern, @die durch Leitung mit einer Druckquelle (Pumpe usw.) den zu steuernden Organen und einem Ablauf in Verbindung stehen, durch eine oder mehrere 4m Steuerkolben vorgesehene Ringnuten miteinander verbunden. Aber auch dann, wenn man den Steuerkoliben so ausführt, daß er theoretisch weder vom Betriebs- ,druck herrührenden radialen Restkräften noch Axialkräften ausgesetzt ist, werden bereits .bei relativ kleinen, zu steuernden Querschnitten (und entsprechenden Kolbendurchmessern) erhebliche Kräfte für die Hin- und Herbewegung des Kolbens benötigt, weil sich zwischen Steuerkolben und den Ringstegen, welche die Trennung zwischen unter Druck stehenden und entlasteten Kammern darstellen, Leckverluste nie vermeiden lassen, also im Spalt zwischen Kolben und Steg ein Druckgefälle vorhanden ist, welches, da der Kolben sich nie genau im geometrischen Zentrum befindet, eine einseitig radial wirkende Kraftkomponente ergibt, welche den Kolben an die gegenüberliegende Wand preßt. Die daher rührende Wandreibung stellt .einer axialen BLfvegung des Kolbens erheblichen Widerstand entgegen, und zwar besonders beim Bewegungsbeginn. Je länger die Pausen, zwischen,den einzelnen Steuervorgängen dauern, um so stärker wirkt sich diese Erscheinung aus. Die Feder muß also bereits .bei kleinen Kolbenquerschnitten sehr kräftig sein, das Impulsorgan noch stärker, weil es ja außer der Reibungskraft auch @die Gegenkraft .der Feder überwinden muß. Im Falle des elektromagnetisch betätigten Ventils ergeben sich mit größerem Kolbenquerschnitt sehr bald unerträgliche Abmessungen des betätigenden Magneten.
Die Erfindung macht von der bekannten physikalischen Erscheinung (Grenzreibungsverhältnisse in dünnen Flüssigkeitsschichten) Gebrauch, daß zur Aufhebung der Haftreibung relativ kleine, aber schlagartig wirkende Kräfte ausreichen.
Beider Erfindung ist von einem Schieber zur Steuerung eines ölhydraulischen Systems ausgegangen, der im Ruhezustand allseits entlastet ist und sich einerseits unter aderdauernden Wirkung einer Feder, anderseits unter einer der Feder willkürlichen, entgegenwirkenden Kraft eines Impulsorgans zwischen zwei den blzufluß bzw. die Systementleerung bewirkenden Endstellungen bewegt. Das Neue des vorliegenden Verfahrens besteht nun ,darin, daß die Bewegung des Steuerorgans in der einen Richtung durch Ausnutzung der kinetischen Energiedes Impulsorgans (z. B. .durch Anordnung einer Vorlaufstrecke) erleichtert wird und zur Bewegung in,-der anderen Richtung (Richtung der Federkraft) nach Entlastung des -Impulsorgans der im gesteuerten System herrschende Druck mit herangezogen wird. Das Neue an dem erfinidungs gemäßen Steuerschieber zur Ausführung dieses Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß der als Steuerorgan dienende Kolben .aus zwei Teilen, nämlich einer Steuerhülse und einem Bolzen besteht, wobei die Steuerhülse auf dem Bolzen um einen kleinen Betrag frei längs beweglich ist, so daß die Hülse durch den Bolzen unter Wirkung der auf diesen einwirkenden Kräfte (Feder 5, Magnet to) erst mitgenommen wird, wenn der Bolzen einen Teil seines Gesamthubes zurückgelegt hat. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung ersichtlich. Letztere stellt ein Ausführungsbeispiel eines magnetgesteuerten Ventils imLängsschnittdar. In dem Gehäuse i sind drei Kammern 11, 12, 13 vorgesehen, von denen :die Kammer i i mit dem Druckmittelzuflüß (Leitung A), die Kammer 12 mit dem gesteuerten System (Leitung B) und die Kammer 13 mit dem Ablauf (Leitung C) in Verbindung stehen. Die Steuerhülse 2 verbindet, je nachdem, ob ,der Magnet to angezogen oder stromlos ist, die Kammer ti mit der Kammer 12 (angezogen) oder .die Kammer 12 mit der Kammer 13 (stromlos, gezeichnete Lage). Entweder wird also,das gesteuerte System unter Druck gesetzt oder entlastet. Die Kammer 14 ist durch mehrere zweckmäßig symmetrisch angeordnete Längsnuten immer mit der Ablaufkammer 13 verbunden, damit in ihr keine Stauung- durch Lecköl auftreten kann. Der Magnet to wirkt nicht unmittelbar auf die Schieberhülse 2, sondern auf den in ihr mit einem gewissen Betrag (Vorschaltung u) längs beweglichen Bolzen 3, der sich über Ring 4 auf :die Feder 5 stützt. Im Bolzen 3 ist eine zur Federkammer 15 hin offene Sackbohrung 16 vorgesehen. In diese münden die radialen Bohrungen 2o und 2i, welche die Verbindung mit .den schmalen Ringnuten 17 und i9 herstellen. Je nachdem, ob der Magnet to ein- oder ausgeschaltet ist, überdeckt entweder die Nut 17 die Bohrungen 22 der Hülse oder die Nut i9 die Bohrungen 23. Letztere stellen immer eine Verbindung zum Ablauf C (Kammer 13) her, während die Bohrungen 22 in die große Ringnut 18 und damit in die immer unter Systemdruck stehende Kammer i2 münden.
Wird der Magnet eingeschaltet, so trifft sein Stößel 6 nach Zurücklegung :des Leerweges z, auf den Bolzen 3"cler zunächst allein bewegt wird, weil die Hülse 2 durch die ihrer größeren Mantelfläche. entsprechende Haftreibung, ausgelöst durch den in der Kammer i i herrschenden Druck, festgehalten wird. Dabei kommen zunächst die Bohrungen 20 über die Ringnut 17 mit den Bohrungen 22 außer Deckung und die Bohrungen 2i über die Ringnut i9 mit den Bohrungen 23 in Deckung. Die Federkammer 15 wird auf diese Weise direkt mit der Ablaufkammer 14 verbunden. Sobald. der Bolzen 3 mit seinem Bund8 auf die Steuerhülse2 aufschlägt, wird diese losgerissen und mitgenommen. Durch die große Ringnut 18 der -Hülse 2 wird die gesteuerte Kammer i2 erst von der Ablaufkammer 13 getrennt, dann an die Druckkammer i i angeschlossen. Damit ist der Steuervorgang durchgeführt. Wird der Magnet stromlos, so verschiebt zunächst die Feder 5 den Bolzen 3 allein, bis der Ring 4 an die Unterkante der Hülse 2 anstößt. Bei dieser Bewegung werden erst die Bohrungen 21 von den Bohrungen 23 abgeschaltet, .dann die Bohrungen 20 mit .den Bohrungen 22 in Deckung gebracht. In diesem Augenblick kommt zusätzlich zur Kraft der Fader 5 der im gesteuerten System herrschende Druck auf die gesamte Querschnittsfläche von Bolzen 3 und Hülse 2 zur Wirkung. Bolzen und Hülse werden gemeinsam nach oben bewegt. Sobald die Steuerkante g die Kammer 13 anschneidet, wird das gesteuerte System sowie die Kammer 15 :mit dem Ablauf verbunden, also entlastet. Die weitere Verschiebung erfolgt nun allein durch ,die Kraft der Feder 5, bis der Bundring 8 an den Fangring 7 anschlägt. Damit ist der Ausgangszustand wieder hergestellt.
Während einer Relativbewegung zwischen Hülse 2 und Bolzen 3 ist dieser frei von allen hydraulischen Kräften, da dann alle ihn umgeben-.den Räume mit dem Ablauf in Verbindung stehen. Die Feder 5 hat also neben der geringen Reibung zwischen Bolzen und Hülse nur die Kraft für die Bewegung des Gewichtes von Bolzen und Magnetanker aufzubringen. Wird der Magnet eingeschaltet, so steht zum Losreißen der Hülse 2 die kinetische Energie des Magnetankers und des Bolzens 3 zur Verfügung. Da die Feder 5 sehr schwach gehalten werden kann, ist,die Überschußkraft des Magneten zur Beschleunigung seines Ankers und es Bolzens 3 während der Vorlaufstrecke (u -f- v) beträchtlich. Durch geeignete Abstimmung .der Vorlaufstrecke mit der Charakteristik von Magnet und Feder hat man die Größe der im Augenblick des Aufschlageis ,des Bundes 8 auf .die Hülse 2 zur Verfügung stehenden Bewegungsenergie in der Hand.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Steuerung, insbesondere eines ölhydraulischen Systems durch einen im Ruhezustand allseits entlasteten Steuerschieber, der sich einerseits unter oder dauernden Wirkung einer Feder, anderseits unter einer der Feder willkürlich entgegenwirkenden Kraft eines Impulsorgans zwischen zwei den Olzufluß bzw. die Systementleerung bewirkenden Endstellungen bewegt, dadurch gekennzeichnet, @daß ;die Bewegung des Steuerorgans in der einen Richtung durch Ausnutzung der kinetischen Energie des Impulsorgans (z. B. durch Anordnung einer Vorlaufstrecke) erleichtert wird und zur Bewegung in der anderen Richtung (Richtung der Federkraft) nach Entlastung des Impulsorgans der im gesteuerten System herrschende Druck mit herangezogen wird.
2. Steuerschieber für zwei Steuerstellungen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß oder als Steuerorgan dienende Kolben aus zwei Teilen, nämlich einer Steuerhülse (2) und einem Bolzen (3) besteht, wobei die Steuerhülse auf ,dem Bolzen um .einen kleinen Betrag frei längs beweglich ist, so daß die Hülse durch den Bolzen unter Wirkung der auf diesen einwirkenden Kräfte (Feder 5, Magnet io) erst mitgenommen wird, wenn der Bolzen einen Teil seines Gesamthubes zurückgelegt .hat.
3. Steuerschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, @daß der Bolzen (3) mit einer zur Federseite hin offenen Sackbohrung (16) versehen und auf seinem zylindrischen Mantel mit Ringnuten (17, 19) versehen ist, welche durch radiale Bohrungen (2o, 21) mit oder Sackbohrung (16) in Verbindung stehen, wobei die Ringnuten so angeordnet sind, daß jeweils eine von ihnen in den Endlagen der Hülse (2) sich mit radialen, symmetrischen, in .einer Ebene angeordneten Bohrungen (22, 23) in der Hülse (2) deckt, während die andere verdeckt ist.
4. Steuerschieber nach Ansprüchen 2 und 3, ,dadurch gekennzeichnet, daß@,die eine Reihe der in der Hülse (2) vorgesehenen Bohrungen (22) in eine Kammer (12) mündet, (die dauernd -dem Druck der gesteuerten Flüssigkeit ausgesetzt ist, während die andere Reihe von Bohrungen (23) dauernd mit Odem Ablauf (13) in Verbindung steht.
5. Steuerschieber nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bohrungen und Ringnuten so angeordnet sind, @daß sich bei Entlastung -des Impulsorgans in (der nach außen druckdichten, die Feder (5) enthaltenden- Kammer (15) der im gesteuerten System herrschende Druck verzögerungsfrei ausbilden kann, bei Betätigung des Impulsorgans die Federkammer aber vor Mitnahme der Steuerhülse (2) mit .dem Ablauf (13) verbunden wird.
6. Steuerschieber nach Ansprüchen 2 Abis 5, dadurch gekennzeichnet, daß.,das Impulsorgan ein Elektromagnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 21q.682; französische Patentschriften Nr. 978 073, 748 407, 965 833; USA.-Patentschriften Nr. 2:241 747, 2 528 898, 2 436 992.