DE1650325A1

DE1650325A1 - Hydraulisch stabilisiertes,doppeltwirkendes,gesteuertes Absperrventil

Info

Publication number: DE1650325A1
Application number: DE19671650325
Authority: DE
Inventors: Johnson Howard Leighton
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1966-07-14
Filing date: 1967-07-14
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1150036A; US3411521A

Description

Hydraulisch stabilisiertes, doppeltwirkendes, gesteuertes Absperrventil. ■""

or> o> cn

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf doppeltwirkende, gesteuerte Absperrventilanordnungen und insbesondere auf Mittel in derartigen Anordnungen, durch die die Ventilteile dieser Anordnungen daran gehindert werden, zu oszillieren oder zu flattern.

Der Fachmann auf dem Gebiet der schweren Erdbewegungs— maschinen ist sich im Klaren darüber, daß die Hersteller von Erdbewegungsmaschinen außerordentlich zuverlässig arbeitende hydraulisch betätigte Anlagen herstellen müssen. Oft bildet ein wirkungsvoll arbeitendes Absperrventil einen , unentbehrlichen Bestandteil einer hydraulischen Anlage. Derartige Ventile können erforderlich sein, um eine Anzahl von Aufgaben zu erfüllen, und es ist notwendig, daß diese Ventile im Betrieb stabil sind und daß sie eine offene oder eine geschlossene Stellung einnehmen können, ohne sich dabei

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axef Hänsmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon:292102 · Telearamm-Adreisei Lipatli/München

Bankverbindungen: Deufiche Bank AG, Filiale MOnchen, Dep.-Kaise Viktualienmarkt, Kanto-Nr. 70/30638 Boyer. Vereinibank München, Zweigit. Otkar-von-Miller-Ring, Klo.-Nr. 882495 · Poiticheck-Kontoi München Nr. 163397

OpPeHaUCrBOrO₁PATENTAKWAlTDR-REINHOLDgCHM(DT

unstet zu verhalten.

Die Lehre der vorliegenden Erfindung fällt in das Gebiet einer hydraulisch betätigten Radneigungssteuerung, wie sie in der USA-Patentschrift 3,198,088 der Anmelderin offenbart ist. Bei einer derartigen Steuerung ist es ersichtlich, daß, wenn die Räder des motorgetriebenen Erdhobels in einer der beiden Richtungen geneigt sind, der hydraulische Druck, dem die Absperrventile unterworfen sind, aus dem Pumpendruck und dem durch den Kolben der hydraulischen Winde erzeugten Druck besteht. Der Kolben der hydraulischen Winde wird durch das Gewicht des motorgetriebenen Erdhobels und möglicherweise durch weitere Kräfte von außen, denen die Räder von Zeit zu Zeit unterworfen sein können, veranlaßt, das Druckmittel auf der einen oder der anderen Seite des Zylinders der hydraulischen Winde unter Druck zu setzen.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein doppeltwirkendes Absperrventil zu schaffen, dessen verschiebbares Ventilelement unmittelbar in eine Ruhestellung gelangt, ohne zu flattern oder zu oszillieren.

Ferner wird erfindungsgemäß ein gesteuertes doppeltwirkendes Absperrventil geschaffen, das dadurch hydraulisch stabilisiert wird, daß es auf/den Unterschied zwischen vorderen und hinteren hydraulischen Drücken hin verschiebbar ist.

Ferner wird erfindungsgemäß ein gesteuertes doppeltwirkendes Absperrventil geschaffen, das teilweise durch den hinter dem Ventil entwickelten hydraulischen Druck in seine Schließstellung gedrückt wird.

009835/0624

.- 3 - -.■■-■.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, in der sie verwirklicht wird, gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, in der Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. · In den Zeichnungen sind
Fig. 1 eine teilweise schematische Ansicht, in der

zwei gleiche Ausführungsformen der Absperrventilanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt sind, von denen die eine im Schnitt und die andere in Aufrißansicht in der Umgebung eines Steuerventils zur Verwendung in Verbindung mit dem Hydraulikkreis einer Radneigungssteuerung eines motorgetriebenen Erdhobels gezeigt sind,

Fig. 2 eine teilweise als Schnitt und teilweise als Aufriß gezeigte Teilansicht mit hinweggelassenen Teilen derselben Ausführungsform des Absperrventils gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 3 eine Teilendansicht des in Fig. 2 gezeigten Ventils.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Spindelventil gezeigt, das den Druckmittelstrom von einer Pumpe Ii zu den beiden Enden einer hydraulischen Winde steuert oder lenkt, die dazu verwendet wird, in bekannter Weise den Rädern 13 eines motorgetriebenen Erdhobels oder dgl. über ein allgemein mit 14 bezeichnetes Verblndüngsgestänge eine Neigungsbewegung zu verleihen. Das Ventil IO weist eine

00 9835/0624

verschiebbare Spindel l6 auf, die durch Federn 17 und 18 normalerweise in einer mittleren oder neutralen Stellung gehalten wird. Die Federn 17 und 18 greifen an entgegengesetzten Enden der Spindel über Unterlegscheiben 19 bzw. 20 an und stoßen an den Endwänden in den Federkammern an, um so die Bewegung der Spindel in beiden Richtungen zu begrenzen.

Druck von der Pumpe 11 wird dazu verwendet, die Ventilspindel über ein Kraftsteuerungsventil 22 von bekannter Art in einer der beiden Richtungen zu bewegen. Das Ventil 22 ist durch einen Hebel 23 betätigbar, um über eine Leitung 25 Druck in die Kammer der Feder 17 oder über eine Leitung 27 Druck in die Kammer der Feder 18 zu leiten. Dies dient dazu, durch die veranschaulichte übliche Form der Spindel Druckmittel unter Druck von einer Einlaßleitung 30 wahlweise in Durchgänge 32 und 34 und durch Leitungen 36 und 38, die in Verbindung mit den entgegengesetzten Enden der hydraulischen Winde stehen, den entgegengesetzten Enden der Winde 12 zuzuführen. Während dem einen der beiden Enden der hydraulischen Winde Druck zugeführt wird, wird das entgegengesetzte Ende der hydraulischen Winde durch entsprechende Durchgänge 32 oder 34 und eine Rücklaufleitung 40 in einen Ölsumpf 42 entleert, der derselbe Ölsumpf ist, der auch die Ansaugseite der Pumpe 11 mit Druckmittel speist. Zwischen dem Durchgang 32 und der Leitung 36, die zu dem Kolbenstangenende der Winde führt, und zwischen dem Durchgang 34 und der Leitung 38, die zu dem Kopfende der hydraulischen Winde führt, sind einander gleiche Absperrventilanordnungen vorgesehen, die allgemein mit 44 und 46 bezeichnet sind. Diese Absperrventilanordnungen weisen tellerventilartige VentiIeIeinen—

009835/0624

te auf, die den Rückfluß von hydraulischem Druckmittel von
einem der beiden Enden der Winde als Ergebnis von auf die
Räder 13 wirkenden Kräften sicher verhindern. Der Druckmitteldruck wird den Leitungen 32 oder 34 durch Betätigung des SpIndelventils IO zugeführt. Dadurch wird die entsprechende Ab—
sperrventilanordnung geöffnet, indem der mit zwei Enden ausgebildete Kolben 48 entlang einer Bohrung 50 verschoben wird, die zwischen den beiden einander gleichen Absperrventilanordnungen verläuft, um den Rückfluß von dem entgegengesetzten Ende der
Winde zu gestatten.■

Die beiden einander gleichen Absperrventilanordnungen, von denen nur eine ausführlich beschrieben wird, sind in Bohrungen 55» 56 in dem unteren Teil 15 des Spindelventils angeordnet,
der Seitenwände 57, 58 aufweist. Wie am deutlichsten in Fig. 2 gezeigt, ist ein Ventilelement 60 der Absperrventilanordnung
46 in der Bohrung 56 hin- und herbewegbar angeordnet und wird
durch eine Feder 6i in seine Schließstellung vorgespannt. Ein
kleines Druckunterbrechungsventil 62 steuert eine Öffnung in
der Fläche des Ventilelements 60 und wird durch eine kleinere
Feder 63 in seine geschlossene Stellung vorgespannt. Die Feder 63 wird in einem Käfig 6h innerhalb des Ventilelements gehalten.

Das Ventilelement weist eine einzige radiale Mündungsöffnung 66 und zwei stirngefräste Meßschlitze 6? auf. Um das Ventilelement herum sind vier Öffnungen 68 versetzt angeordnet,
die in eine durch den Käfig 64 gebildete Kammer 69 mit offenen Enden münden. Die Öffnungen 68 werden durch die Wände der Bohrung 56 abgesperrt, wenn das Ventilelement sich in seinem Sitz

009835/0624

SAD ORIGINAL

befindet, und befinden sich in Ausrichtung auf einen ringförmigen Hohlraum 70, wenn das Ventilelement 60 aus seinem Sitz herausbewegt ist.

Wenn man annimmt, daß die Räder des motorgetriebenen Erdhobels eine gegenüber der in Pig. I gezeigten Stellung nach rechts geneigt sind, bleiben die Räder in dieser geneigten Stellung gesperrt, bis der Hebel 23 wiederum betätigt wird. Die Räder werden daran gehindert, eine andere Neigung als die in dem gesperrten Zustand bestehende Neigung einzunehmen, weil der Kolben in dem Zylinder durch hydraulisches Druckmittel gesperrt ist und sich weder in den Zylinder hinein noch aus ihm heraus bewegen kann. Die Absperrventilanordnung 46 verhindert, daß das Druckmittel in dem Kopfende der Winde in die Leitung Jk entweicht, was seinerseits den Eintritt von mehr Druckmittel in das Kolben— stangenende der Winde verhindert. Da, wie- angenommen, die Räder gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach rechts geneigt sind, entwickelt der Kolben in der Leitung 38 infolge des Gewichts des motorgetriebenen Erdhobels und möglicherweise infolge von auf die Räder des Erdhobels ausgeübten äußeren Kräften einen Druck. Dieser entwickelte Druckmitteldruck wird über die einzige Mündungsöffnung 66 auf die Kammer der Feder 6l übertragen. Infolgedessen ist es ersichtlich, daß das Ventilelement nicht nur durch die Kraft der Feder 6l sondern auch durch diesen entwickelten Druckmitteldruck in seine Schließstellung gedrückt wird. Diese entwickelte Druckmitteldruck wirkt auf den hinteren Flüchen des Ventilelements.

0 0 9 8 3 5/0624

Es sei weiterhin angenommen, daß der Hebel 23 betätigt wird, um eine noch stärkere Neigung der Räder nach rechts zu bewirken. Dadurch wird Druckmittel unter Druck durch die Leitung 25 in die Kammer der Feder-17 geschickt. Dadurch wird die Spindel 16 nach rechts bewegt und gestattet dem in der Leitung 30 befindlichen, unter Druck stehendem Druckmittel, in die Leitung 32 zu gelangen und sowohl die Vorderfläche des Absperrventils

auch
44 als/das linke Ende des Kolbens 48 zu beaufschlagen. In dieser ersten Periode des ÜbergangsStadiums bewirkt der Druckmitteldruck in der Leitung 32 eine Verschiebung des Kolbens 48 nach rechts aufgrund der relativen Abmessungen des Ventils und des Kolbens. Somit wird der doppelendige Kolben 48 nach rechts bewegt, wodurch das Druckunterbrechungsventil 62 der Ventilanordnung 46 geöffnet wird. Da die Öffnung 80 in dem Ventilelement

60 größer als die einzige Mündungsöffnung 66 ist, ist der auf das hintere Stide des Ventilelements wirkende Druckmitteldruck. bestrebt, sich zu verringern. Während der zweiten Periode dieses ÜbergangsStadiums erhöht sich der Druck in der Leitung 32 in genügendem Maß, urn das Absperrventil 44 aus seinem Sitz zu bewegen und mehr Druckmittel in die Leitung 36 zu lassen,. Dadurch wird bewirkt, daß der Kolben der hydraulischen Winde 12 bestrebt ist, sich weiter in den Zylinder der Winde hineinzubewegen. Während der nächsten oder dritten Periode steigt der Druck in der Leitung 32 in genügendem Maße an, um den Kolben 48 noch weiter nach rechts zu bewegen und dadurch die Kraft der Feder

61 zu überwinden und das Absperrventil 46 aus seinem Sitz zu bewegen. Dadurch kann das Druckmittel in der Leitung 38 in die Leitung 34 gelangen und das Druckmittel wird durch die Meß—

009835/062A

8AD ORIGINAL

schli/tze 6? moduliert. Die Räder des motorgetriebenen Erdhobels werden dadurch in eine noch stärkere Neigung nach rechts gedruckt.

Während dieser dritten Periode besteht die Möglichkeit, daß dasAbsperrventil 46 wegen des schnellen Druckanstiegs in der Leitung 32 in eine vollgeöffnete Stellung gelangt und daher eine verhältnismäßig uneingeschränkte Verbindung zwischen der Leitung; 38 und der Leitung 34 zu dem Ölsumpf 42 gestattet. Durch das übermäßige Öffnen des Absperrventils 46 besteht die Neigung, daß der Druck in der Leitung 38, der normalerweise der Ausfahrbewegung des Kolbens in der Winde widersteht, zu sehr verringert wird. Daher ist jede von außen auf die Räder wirkende Kraft einschließlich des Gewichts des motorgetriebenen Erdhobels selbst bestrebt, den Kolben zu veranlassen, sich weiter in den Zylinder hineinzubewegen und in dem Zylinder der Winde eine Stellung einzunehmen, die weiter vorgerückt ist, als es durch den Pumpendruck allein bestimmt worden wäre. Wenn diese. Weiterbewegung des Kolbens auftreten würde, würde dadurch der Druck in der Leitung 32 vorübergehend verringert; daher würde das Absperrventil 46 vorübergehend in Richtung auf eine geschlossene Stellung bewegt werden. Dies würde dem Druck in der Leitung 32 die Gelegenheit geben, sich wieder aufzubauen, und der Zyklus würde sich wiederholen. Es ist also ersichtlich, daß während dieser dritten Periode des Übergangsstadiums die Möglichkeit besteht, daß das Absperrventil 46 oszilliert und bis zur Einnahme einer Gleichgewichtsstellung flattert. Ein derartiges Flattern kann sehr unerwünscht sein, da dadurch Druckschwankungen in der gesamten Steuerung und ein allgemein unstetes Verhalten der Steuerung

009835/062A

bewirkt wird. " ■ ■ "

Uni diese Gefahr zu vermeiden, lehrt die vorliegende Erfindung den Gebrauch von versetzt angeordneten Öffnungen 68 in den Ventilelementen. Wenn das Absperrventil 46 während der dritten Periode des Übergangsstadiums durch den Kolben 48 aus seinem Sitz bewegt wird, gelangen die Öffnungen 68 in Ausrichtung auf den ringförmigen Haum 70. Dadurch kann der Druck des Druckmittels in die mit offenen Enden ausgebildete Kammer 69 gelangen, und dieser Druck unterstützt den über die einzige Mündungsöffnung 66 eintretenden hinteren Druck und die Feder 61, um einer weiteren Öffnung des Absperrventils entgegenzuwirken. Demzufolge gelangt das Absperrventil 46 unmittelbar in eine ruhige Öffnungs- oder Betriebsstellung, ohne daß es über seine Gleichgewichtsstellung hinaus bewegt würde ader diese Gleichgewichtsstellung nicht unmittelbar erreichen würde. Somit ist das Absperrventil gemäß der vorliegenden Erfindung hydraulisch stabilisiert, da es sich unmittelbar von seiner geschlossenen oder statischen Stellung in eine ruhige Öffnungsstellung bewegt, ohne um diese Stellung zu flattern.

009835/0624

Claims

Patentanmeldung: "Hydraulisch stabilisiertes, doppeltwirkendes

gesteuertes Absperrventil"

PATENTANS PRÜCHE

i. Doppeltwirkende Absperrventilanordnung zur Steuerung des Druckmittelstroms zwischen einem ersten und einem zweiten Durchgang, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (l5) eine zylindrische Bohrung (56) mit einem offenen Ende ausgebildet ist, das in Verbindung mit der Öffnung des ersten Durchganges (3²O steht, und mit einer ringförmigen Nut (70), die in Verbindung mit dem zweiten Durchgang (38) steht, daß ein hohles Hauptventilelement (6o) mit einem ersten offenen Ende und einem zweiten offenen Ende vorgesehen ist, bei dem das zweite offene Ende eine Mittelöffnung umgrenzt, und das in der Bohrung (56) hin- und herbewegbar angeordnet ist, eine das Hauptventilelement (6θ) vorspannende Einrichtung (6i) die das zweite offene Ende des Hauptventilelements (6o) in Richtung auf die Öffnung des ersten Durchganges (3'O drückt, daß in der Mittelöffnung (80) des Hauptventilelements (6θ) ein Steuerventilelement (62) hin- und herbewegbar angeordnet ist und, wenn es gegen die Mittelöffnung (80) gedrückt wird, dahin-

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmgnn, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon= 292102 · Teleeramm-Adras«! Lipalli/MOnchen

Opp»nautr Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT BADOfIlQtMAL

gehend wirkt, daß es das zweite Ende des Hauptventilelements (6O) schließt, wodurch das Druckmittel daran gehindert wird, zwischen den Durchgängen (3^,38) durch die Mittelöffnung (8O) hindurchzugehen, daß eine das Steuerventilelement (62) vorspannende ,Feder (63) vorgesehen ist, die das Steuerventilelement (62) gegen die Mittelöffnung (80) drückt, daß in einem ersten ¥andteil des Hauptventilelements eine erste radiale Öffnung (66) ausgebildet ist, die sich an einer Stelle an dem Hauptventilelement (60) befindet, an der sich die radiale Öffnung (66) immer in Verbindung mit der ringförmigen Nut (70) der zylindrischen Bohrung (56) befandet, daß mehrere zweite radiale Öffnungen (68) in einem zweiten Wandteil des Hauptven— tilelemen€s (6O) zwischen dem zweiten offenen Enden und der

sind, ersten radialen Öffnung (66) ausgebildet/ und daß diese zweiten radialen Öffnungen (68) nur deinn in Verbindung mit der ringförmigen Nut (70) stehen, wenn das Hauptventilelement (60), um eine bestimmte Strecke von der Öffnung des ersten Durchgangs (3'*) getrennt ist.
2. Doppeltwirkende Absperrventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten radialen Öffnungen

(68) aus mehreren axial gegeneinander versetzten Öffnungen (68) bestehen, wodurch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Hauptventilelement (60) und der Öffnung des ersten Durchganges (34) eine Erhöhung der Anzahl von zweiten radialen Öffnungen (68) bewirkt, die in Verbindung mit der Ringnut (70) stehen.
3. Doppeltwirkende Absperrventilanordnung, die auf eine

erste Kraft anspricht, die entlang eines ersten Durchganges

00983 5/0 6 2 k

BAD ORIGINAL

wirkt und bestrebt ist, das Ventil zu öffnen,und auf eine..zweite aus hydraulischem Druck bestehende Kraft anspricht, die entlang einem zweiten Durchgang wirkt und bestrebt ist, das Ventil zu schließen, und mit einem Hauptventilelement, das hin— und herbewegbar in einer Bohrung in dem Gehäuse der Anordnung angebracht ist und federnd vorgespannt ist, um der ersten Kraft entgegenzuwirken, und außerdem ein Steuerventilelement aufweist, das hin— und herbewegbar innerhalb des Hauptventilelements angeordnet ist und einer Öffnung in der Fläche des Hauptventils zugeordnet ist und ebenfalls federnd vorgespannt ist, um der ersten Kraft entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster zylindrischer Wandteil des Hauptventilelements (60) eine einzige radiale Öffnung (66).aufweist, die-in ständiger Verbindung mit dem zweiten Durchgang (38) steht, durch den eine erste hydraulische Druckkraft, die einen Teil der zweiten Kraft bildet, eingelassen wird, und daß ein zweiter zylindrischer Wand— teil des Hauptventilelements (6o) mehrere Öffnungen (68) enthält, die in Verbindung mit dem zweiten Durchgang (38) gelangen, wenn das Hauptventilelement (6θ) in ausreichendem Maß geöffnet ist, und durch die eine zweite hydraulische Druckkraft, die den anderen Teil der zweiten Kraft bildet, eingelassen wird.

0 0 9 8 3 5 /062 4

Leerseite