DE2151838C2 - Hydraulische Steuerventileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerventileinrichtung von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art. Derartige Steuerventileinrichtungen sind vielfach bekannt.

Bei einer solchen Einrichtung ist es vor allem ein Problem, die von der Pumpe herkommende Druckmittelleitung so mit dem zum Verbraucher führenden Kanal zu verbinden, daß der Verbraucher möglichst ruckfrei anfährt, wenn durch die Bewegung des Steuerschiebers diese Verbindung freigelegt wird. Häufig wird dabei eine progressive Öffnung des Verbindungsquerschnittes bei linearer Verschiebung des Steuerschiebers angestrebt, so daß die durchströmende Flüssigkeitsmenge zuerst langsam und dann immer rascher zunimmt, was eine sehr feinfühlige Steuerung ermöglicht; in einem Diagramm, das die Flüssigkeitsmenge in Funktion des Verschiebungsweges des Steuerschiebers zeigt, ist demnach die Menge durch eine progressiv ansteigende Kurve charakterisiert.

Man hat schon durch verschiedene Maßnahmen versucht, solche progressiv ansteigende Kurven zu erzielen. So sind beispielsweise (CH-PS 4 44 601) Anschrägungen an den Steuerkanten vorgesehen worden, wobei durch spezielle Formgebung der Steuerkanten eine möglichst große Annäherung an die gewünschte Kurve erzielt werden sollte. Dabei ist auch versucht worden, den Winkel der Anschrägung entsprechend zu wählen, so daß also die Anschrägung zuerst flach und dann steiler verläuft; zum Teil ist auch nur eine flache Anschrägung vorgesehen, welche direkt in eine scharfe Steuerkanie übergeht. Nachteilig ist bei diesen Ausführungen der hohe Fertigungsaufwand. Oft ist eine nachträgliche Fertigbearbeitung des gegossenen Gehäuses durch Drehen nicht zu vermeiden, selbst wenn das Gehäuse der Steuerventileinrichtung bereits mit Kanälen and Anschrägungen gegossen worden ist.

Es ist auch schon versucht worden, durch Kerben in der Steuerkante des Steuerschiebers die gewünschte Progressivität herbeizuführen, wobei als weitere Maßnahme die Kerben mit unterschiedlicher Breite ausgeführt wurden. Abgesehen davon, daß die Herstellung solcher Kerben die Fertigung ebenfalls verteuert, führt eine solche Maßnahme dazu, den Steuerschieber verdrehsicher anordnen zu müssen, damit die Kerben ihre Funktion stets erfüllen können. (Dies gilt dann, wenn die Steuerkante längs des Umfanges des Steuerschiebers durch Querbohrungen unterbrochen ist.) Eine solche Verdrehsicherung verteuert aber die Herstellung noch weiter.
Es ist auch schon versucht worden, den Durchmesser jedes Steuerkanals größer als die Breite des Ringkanals zu machen, in den der Steuerkanal einmündet. Es entstehen dadurch an den Übergangsstellen kreisabschnittförmige Durchtrittsquerschnitte und damit eine progressive Änderung allerdings nur solange, bis die Steuerkante den Rlngkanai erreicht. Dann verändert sich der Durchtrittsquerschnitt sehr rasch, so daß auch hier keine progressive Zunahme über den ganzen Verschiebungsweg erfolgt. Zudem 1st man dann nicht mehr frei in der Wahl der günstigsten Durchmesser für den Steuerkanal und die Schieberbohrung.

Hinzu kommt, daß auch die Bearbeitung von Gehäusen für solche Steuerventileinrichtungen vor allem dann erschwert wird, wenn Im Inneren eines Gehäuses Ringkanäle hergestellt werden müssen, wie sie beispielsweise bei Steuervorrichtungen mit mehreren Schiebern (CH-PS 4 44 601) vorgesehen sein müssen, um die Druckflüssigkeit um einen ersten, nicht betätigten Schieber herum zum nächsten zu leiten oder um den Hub des Steuerschieber? zu verkürzen. Auch zwecks gleichmäßiger Druckbelastung des Steuerschiebers längs seines Umfanges werden Ringkanäle Im Gehäuse vorgesehen. Solche Ringkanäle müssen durch Ausdrehen hergestellt werden, indem ein spezielles Drehwerkzeug in den vorgebohrten Kanal eingesetzt wird, worauf an der gewünschten Stelle durch Ausfahren des Drehstahles der Kanal erweitert wird. Nachteilig ist dann welter, daß der Durchmesser der Erweiterung, also des Ringkanals, nicht beliebig über den Durchmesser der Bohrung hinaus erweitert werden kann, da nur ein beschränktes Ausfahren des Drehstahles möglich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachtelle zu vermeiden und eine Steuerventileinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie die Vorteile einer progressiven Steuerung mit denjenigen einer möglichst einfachen Herstellung verbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 1st nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4a der Zeichnung beschrieben,

während die Fig. 4b eine bekannte Ausführung zum besseren Verständnis der Fig. 4a betrifft. Es zeigt:

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Schiebergehäuse einer Steuerventileinrichtung mit zwei Steuereinheiten mit schematisch dargestellten Anschlüssen längs der Linie I, \ in Fig. 3,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III, III in Fig I, Fig. 4a einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 und Fig. 4b einen entsprechenden Ausschnitt bei einer bekannten Steuerventileinrichtung.

Von der SteuerventÜeinrichtung sind lediglich die zum Verständnis wesentlichen Steuereinheiten gezeigt, an denen je ein nicht dargestellter Verbraucher angeschlossen ist und die mit einer gemeinsamen Pumpe 3 sowie einem gemeinsamen Tank 4 verbunden sind. In Fig. 1 sind zwei derartige Einheiten gezeigt, es können aber auch weitere Einheiten in gleicher Weise a_i diese angeschlossen sein (in Fig. ] auf der linken Seite). Die übrigen zur Steuerventileinrichtung gehörenden Teile einschließlich weiterer Kanäle sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.

In jedem Einzelgehäuse 1 einer solchen Steuereinheit ist ein Steuerschieber 2 axial beweglich in einer Steuerbohrung 20 gelagert, der durch bekannte Mittel aus der in Fig. 1 rechts dargestellten Neutrallage heraus verschiebbar Ist (vgl. den Steuerschieber links in Fig. 1). Jeder Steuerschieber 2 weist mehrere Bunde 21 auf, die den Querschnitt der Steuerbohrung 20 vollständig ausfüllen, während dazwischen Einführungen 22 von geringerem Durchmesser angeordnet sind, mittels welchen eine Verbindung zwischen verschiedenen, in die Steuerbohrung 20 einmündenden Steuerkanälen hergestellt werden kann. Die Übergänge zwischen den Bunden 21 und den Einführungen 22 sind als scharfkantige Steuerkanten 23 ausgebildet. In die Steuerbohrung 20 münden verschiedene Steuerkanäle 10, 11 und 12 ein, wobei angenommen sei, daß der mittlere Steuerkanal 10 von der gemeinsamen Pumpe 3 herkommt, während durch die Steuerkanäle 11 und 12 der Rücklauf zum gemeinsamen Tank 4 erfolgt.

Zwischen den Steuerkanälen 10 und 11 einerseits sowie 10 und 12 andererseits sind Verbraucherkanäle 110 und 120 vorgesehen, die sowohl rechtwinklig in die Steuerbohrung 20 einmünden, als auch rechtwinklig zu den Steuerkanälen 10, 11, 12 angeordnet sind. Die Verbraucherkanäle 110 ur;d 120 jedes Einzelgehäuses 1 führen zu einem angeschlossenen Verbraucher.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Steuerkanäle 10, 11 und 12 je aus zwei parallelen Steuerkanälen ΙΟ«, 106; 11a, 116 und 12a, 126, die jwells über Anschluß- bzw. Abschlußplatten mit entsprechenden Öffnungen miteinander an den Enden der Stei'erventileinrichtung verbunden sind.

Der Abstand der Längsachsen 101, 111 und 121 dieser parallelen Steuerkanäle 10a, 106,- 11a, 116; 12a, 126 entspricht dabei im wesentlichen dem Durchmesser der Steuerbohrung 20. Im gezeigten Ausführungsbeispiel 1st er etwas größer. Mit Vorteil ist der Durchmesser dieser Steuerkanäle 10a, 6 bis 12a, 6 etwas kleiner als der Durchmesser der Steuerbohrung 20. Dadurch entsteht, wie aus Flg. 1 und Fig. 4a deutlich ersichtlich, an den Durchdringungsstellen des Einzelkanals mit der Steuerbohrung 20 ein Übergang 5, der in der Projektion auf die Zeichnungsebene als Ellipse erscheint, deren größter Durchmesser etwas kleiner als derjenige der Steuerbohrung 20 ist. Dieser Durchmesser liegt ferner, wie ersichtlich, parallel zur Längsachse des Einzel-Parallel-Kanals, während der kleinere Durchmesser der Ellipse parallel zur Längsachse der Steuerbohrung 20 liegt.

Die Durchmesser der Ellipse können einerseits durch den Abstand der beiden parallelen Kanäle voneinander und andererseits durch die Wahl des Durchmessers dieser parallelen Kanäle sowie desjenigen des Steuerschiebers 2 beliebig verändert werden.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht folgende Vorteile:

1. Die Auflösung jedes Steuerkanals 10, 11, 12 in jeweils zwei parallele Kanäle 10a, 106; 11a, 116; 12a, 126 gestattet es, bei Steuerventileinrichtungen mit mehreren Steuerschiebern auf Ringkanäle zur Umleitung der Druckflüssigkeit um einen nichtbetätigten Steuerschieber herum zum nächsten zu verzichten und das ganze Gehäuse ausschließlich auf Bohrmaschinen zu bearbeiten. Es sind keine Dreharbeiten mehr notwendig, so daß die Gehäuse auch auf automatischen Fertigungsstraßen herstellbar sind.

2. In den beiden parallelen Kanälen, die nur den Rand der Steuerbohrung anschneiden, kann die Druckflüssigkeit ohne weiteres an den in die parallelen Kanäle hineinragenden Bunden 21 des Steuerschiebers 2 vorbeiströmen, wie namentlich aus Fig. 2 ersichtlich Ist, so daß der größte Teil der Flüssigkeit nicht mehr wie in einem Ringkanal umgelenkt wird. Es ergeben sich dadurch auch geringere Druckverluste bis zum letzten der angeschlossenen Schieber.

3. Die Übergänge zwischen den parallelen Kanälen 10a, 106; 11a, 116; 12a, 126 und der Steuerbohrung 20, die eine elliptische Berandung aufweisen, ermöglichen in Verbindung mit der scharfkantigen Steuerkante 23 eine progressive Vergrößerung des gesamten Durchströmquerschnittes bei gleichmäßiger Verschiebung des Steuerschiebers 2, da bei einer solchen Verschiebung dieser Durchströmquerschnitt zuerst langsam und dann immer rascher zunimmt. Es ist dabei zu beachten, daß durch die Verschiebung des Steuerschiebers zwei einander gegenüberliegende Durchströmquerschnitte entstehen. Die progressive Zunahme erfolgt - wie erwähnt - ohne Verwendung von Anschrägungen und Kerben an den Steuerkanten des Steuerschiebers.

4. Bei gleicher Überdeckung (Abstand der Steuerkante des Steuerschiebers vom Steuerkanal) sind die Leckverluste geringer als bei Steuerventileinrichtungen mit herkömmlichen Ringkanälen an den Übergangsstellen. Dies geht aus einem Vergleich der Flg. 4a und 4b hervor. In der letztgenannten Figur ist eine Steuereinheit bekannter Ausführung dargestellt, in welcher Ringkanäle 10/· bzw. 11Or vorgesehen sind (zur besseren Erläuterung ist der Steuerschieber 2 ohne Anschrägungen dargestellt, obwohl dies im Prinzip keinen Einfluß hat). Der Ringkanal 10/· dient dazu, sowohl die von der Pumpe herkommende Flüssigkeit bei Neutralstellung des Steuerschiebers 2 um dessen Bund 21 herum zur nächsten Steuereinheit zu führen, als auch den Steuerschieberhub zwecks Öffnung eines bestimmten Querschnittes möglichst gering zu halten, während der Ringkanal 110/· des Verbraucherkanals 110 zum Druckausgleich, d. h. zur allseitig gleichmäßigen Belastung des Steuerschiebers 2 durch den Druck in diesem Anschluß dient. Der Abstand der Steuerkante 23 vom Ringkanal HOr ist, wie aus Flg. 4b ersichtlich, überall gleich groß, wobei zur Leckverminderung die

Überdeckung α dient, die eine gewisse Größe aufweisen muß.

Bei den elliptischen Übergängen ist, wie aus Fig. 4a ersichtlich, die Überdeckung nur in der Mitte sehr klein, sie nimmt beidseitig rasch zu, wie durch den Abstand b angedeutet wird, wobei dieser Abstand etwa die Größe des Abstandes α in Fig. 4b erreicht. Die Überdeckung a' kann daher bei dieser Ausführungsform wesentlich kleiner gehalten werden, so daß sich auch eine feinere Steuerung ergibt, die aufgrund des kürzeren Leerhubs des Steuerschiebers viel früher anspricht als bei der Ausführung gemäß Fig. 4b. Das Verhältnis des Regelweges zum Leerhub wird dadurch günstiger, d. h. der Anteil des Regelweges am Gesamthub nimmt zu.
Durch die scharfkantige Ausführung der Steuerkante wird die Drosselstrecke (Strecke, aus der die Flüssigkeit beim Vorbeiströmen an der Steuerkante gedrosselt wird) wesentlich kürzer als bei angeschrägten Steuerkanten, so daß sich der Einfluß der Viskosität der Druckflüssigkeit auf die Regelung vermindert.

Aus Fig. 3 ergibt es sich, daß, wenn zahlreiche Steuereinheiten miteinander kombiniert oder in einem einzigen Gehäuse vereinigt werden sollen (Monoblock), die Steuerkanäle eine beträchtliche Länge erreichen können, so daß bei Herstellung die Gefahr besteht, daß sie beim Bohrvorgang „verlaufen", d. h., daß ihre Längsachsen nicht mehr gerade sind. Man kann dies dadurch vermeiden, daß man diese Steuerkanäle um 90° von der in Fig. 3 gezeigten Anordnung verdreht, so daß sie dann z.B. parallel zu den gezeigten Verbraucherkanälen 110 und 120 verlaufen. Dadurch werden zwar die Steuerkanäle kürzer, sie bilden jedoch keine durchgehende Verbindung mehr. Damit sie zwecks Anschluß an die gemeinsame Pumpe und den gemeinsamen Tank dennoch untereinander verbunden werden können, werden die Steuerkanäle auf derselben Ebene durch eine alle Einheiten durchsetzende Längsbohrung verbunden, die in gleicher Richtung wie die Steuerkanäle verläuft. Bei den erforderlichen Verbindungsbohrungen kommt es, da sie direkt keine Steuerfunktion ausführen, nicht mehr auf Genauigkeit an; wenn daher auch ihre Längsachsen infolge der relativ großen Bohrlänge etwas gebogen sind, hat dies keinen Einfluß auf die Steuerung. Allenfalls ist es auch möglich, von beiden Stirnseiten her zu bohren und die beiden Bohrungen in der Mitte zusammenkommen zu lassen, wobei auch hier die Genauigkeit des Zusammentreffens nicht besonders groß zu sein braucht. Die nicht benötigten Enden dieser Längsbohrung werden mit Stopfen verschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuerventileinrichtung mit einem oder mehreren Steuerschiebern zürn wahlweisen Richtungssteuern einer entsprechenden A.nzahl hydraulischer Verbraucher, wobei der Steuerschieber in einer Steuerbohrung axial verschiebbar ist und je nach Richtung seiner Auslenkung über an ihm vorgesehene Bunde eine Pumpenleitung mit einem ersten Verbraucherkanal und eine zum Tank führende Rücklaufieitung mit einem zweiten Verbraucherkanal des dem Steuerschieber zugeordneten Verbrauchers verbindet bzw. den zweiten Verbraucherkanal mit einer Pumpenleitung und den ersten Verbraucherkanal mit der Rücklaufieitung verbindet bzw. die genannten Verbindungen absperrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelweg im Verschiebebereich des die PumpenleiSung mit dem einen oder anderen Yerbrauchcrkanal (110 bzw. 120) in gesteuerter Welse verbindenden Bundes (21) sowie die Druckmittelwege in den Verschiebebereichen der für die gesteuerte Verbindung der Verbraucherkanäle (110, 120) mit der Rücklaufieitung vorgesehenen Bunde jeweils aus zwei parallelen Steuerkanälen (10a, 106,11a, 116, 12a, 126) im Gehäuse der Steuerventileinrichtung gebildet sind, die symmetrisch zur Längsachse des Steuerschiebers (2) den Rand der Steuerbohrung (20) anschneiden.

2. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Längsachsen (101, 111, 112) der beiden jeweils zusammengehörenden parallelen Steuerkanäle (10a, 106, 11a, 116, 12a, 126) im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Steuerbohrung (20) ist.

3. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes Steuerkanals (10a, 106, 11a, 116, 12a, 126) kleiner als der Durchmesser der Steuerbohrung (20) ist.