DE2420242C2 - Hydraulische Steuerschiebervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerschiebervorrichtung zur mengengeregelten Steuerung von Druckmittel zu einem hydraulischen Verbraucher nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Steuerschiebervorrichtung der erwähnten Art (US-PS 36 31 890) ist der Schieber einer Druckwaage von einer Feder beaufschlagt, deren Vorspannung mit einem hydraulisch verstellbaren Kolben veränderbar ist. Dadurch kann ein besonders geringer Neutralumlaufdruck erreicht werden, indem bei fehlendem Lastdruck der Kolben eine Endstellung einnimmt, in der die Vorspannung der Feder ihren niedrigsten Wert erreicht. Umgekehrt kann durch die Zunahme der Vorspannung der Feder bei vorhandenem Lastdruck die Steuerschiebervorrichtung für wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten verwendet werden. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß der Übergang vom niederen zum höheren Druckgefälle nicht stetig, sondern schlagartig erfolgt. Außerdem baut die Vorrichtung relativ aufwendig, da sie zum Spannen der Feder einen zusätzlichen, hydraulisch beaufschiagbaren Kolben benötigt.

"> Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschiebervorrichtung der genannten Art unter Vermeidung der erwähnten Nachteile möglichst einfach so auszubilden, daß deren Steuereigenschaiten verbessert werden.

Dies wird ausgehend von einer gattungsbildenden in Steuerschiebervorrichtung gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Auf diese Weise gestaltet sich der Übergang vom niederen Druckgefälle bei Neutralumlauf zum hohen Γ) Druckgefälle bei voll aufgesteuertem Steuerschieber und maximalen Druckmittelstrom zum Verbraucher in stetiger Weise ohne sprunghafte Änderungen. Der Druckmittelstrom über den Steuerschieber zum Verbraucher ist dabei in nicht linearer Weise vom -¹¹ aufgesteuerten Querschnitt abhängig, so daß eine Charakteristik wie mit Feinsteuerung, erzielt wird. Außerdem baut die Steuerschiebervorrichtung nicht nur einfach, sondern auch kompakt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfin-2ϊ dungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gibt die Zeichnung wieder. Sie zeigt in

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Steuerschieberii> vorrichtung,

Fig. 2 als Kennlinien den Verlauf des Druckes Pan

der Druckwaage abhängig von der Durchflußmenge Q, F i g. 3 als Kennlinie die zum Verbraucher gesteuerte

Druckmittelmenge Q abhängig vom aufgesteuerten

J'' Querschnitt Fdes Steuerschiebers.

Die Fig. 1 zeigt eine Steuerschiebervorrichtung 10, die aus einem Wegeventil 11 und einer Druckwaage 12 besteht. Das Wegeventil 11 hat ein Gehäuse 13 mit einer durchgehenden Längsbohrung 14, in der als ringförmige ■in Erweiterungen eine Zulaufkammer 15, eine erste und zweite Verbraucherkammer 16 bzw. 17, eine erste und zweite Rücklaufkammer 18 bzw. 19 sowie eine erste und zweite Steuerkammer 21 bzw. 22 angeordnet sind. Die Zulaufkammer 15 ist mit einem Zulauf 23 verbunden, der j in einem Gehäuse 24 der Druckwaage 12 angeordnet ist. In entsprechender Weise haben die Rücklaufkammern 18, 19 mit einem Rücklauf 25 Verbindung, während die Verbraucherkammern 16, 17 zu Anschlüssen 26, 27 führen. In der Längsbohrung 14 ist ein hohl ausgebilde-"'» ter Steuerschieber 28 dicht und gleitend geführt, der in üblicher Weise erste und zweite Steueröffnungen 29,31 aufweist sowie in seinem Innern Rückschlagventile 32 hat. Die ersten Steueröffnungen 29 bilden zusammen mit dem Gehäuse 13 verstellbare Drosselstellen, die V) jeweils in die Verbindungen vom Zulauf 23 zu den Anschlüssen 26, 27 geschaltet sind. Die Steuerkammern 21, 22 stehen jeweils über zweite Rückschlagventile 33 mit einem Steuerkanal 34 in Verbindung.

Das Gehäuse 24 der Druckwaage 12 nimmt in einer

w) Sacklochbohrung 35, die den Rücklauf 25 durchdringt, eine Buchse 36, ein Zwischenstück 37 sowie einen Verschlußstopfen 38 auf. Die Buchse 36 umschließt mit dem Zwischenstück 37 einen Raum 39, der über Querbohrungen 41 in der Buchse 36 mit dem Rücklauf

^hi 25 und über eine Axialbohrung 42 mit dem Zulauf 23 Verbindung hat. In diesem Raum 39 ist ein Schieber 43 der Druckwaage 12 angeordnet, in dem er mit seinem einen hohlen Ende 44 in einer Bohrung 45 des

Zwischenstückes 37 dicht und gleitend gefuhrt ist. Eine dabei gebildete Steuerkammer 46 hat mit dem Steuerkanal 34 Verbindung, nimmt eine den Schieber 43 belastende Feder 47 auf und ist an ein Druckbegrenzungsventil 48 angeschlossen. Die vom Druck in der Steuerkammer 46 beaufschlagte, wirksame erste Fläche

49 am Schieber 43 ist genauso groß wie eine vom Zulaufdruck beaufschlagte, erste Fläche 50 am anderen Ende 51 des Schiebers 43, der eine Steuerkante 52 aufweist. Ferner hat der Schieber 43 im Raum 39 einen Kolbenabschnitt 53, an dem ein Bund 54 zusammen mit der Innenwand des Raumes 39 eine zweite Drosselstelle 55 bildet. Letztere ist zwischen Zulauf 23 und Rücklauf 25 und in Strömungsrichtung hinter die Steuerkante 52 geschaltet. Der Kolbenabschnitt 53 weist an seinen Stirnseiten gleich große, zweite Druckflächen 56,57 auf, an denen die von der zweiten Drosselstelle 55 verursachte Druckdifferenz wirksam werden kann. Am Kolbenabschnitt 53 ist ferner im Abstand vom Bund 54 ein Dämpfungsbund 58 angeordnet, der die ^verbindung von einer Dämpfungskammer 59 zum Rücklauf 25 steuert.

An die Anschlüsse 26, 27 ist ein Verbraucher 61 angeschlossen; der Zulauf 23 erhält Druckmittel von einer Pumpe 62, während der Rücklauf 25 mit einem Behälter 63 Verbindung hat.

Die Wirkungsweise der Steuerschiebervorrichtung 10 ist wie folgt:

In der gezeigten Neutralstellung des Steuerschiebers 28 ist der Kolben des Verbrauchers 61 hydraulisch blockiert. Der Steuerkanal 34 und die Steuerkammer 46 sind über das zwischen Schieberende 44 und Bohrung -»5 ausgebildete, geringe Spiel — das in bekannter Weise als Drossel wirkt — zum Rücklauf 25 entlastet. Der von der Pumpe 62 in den Zulauf 23 geförderte Druckmittelstrom fließt über den Schieber 43 der Druckwaage 12 in den Rücklauf 25; der dabei auftretende Neutralumlaufdruck hängt nicht nur von der Größe der ersten Fläche

50 und der Kraft der Feder 47 ab, sondern auch von der über die zweite Drosselstelle 55 entstehenden Druckdifferenz, die an den zweiten Flächen 56, 57 entgegen der Kraft der Feder wirksam wird. Für den Schieber 43 gilt somit folgende Kräftebilanz:

Fp^ F_F+ Fi - F_D

wobei Fp die Kraft infolge Zulaufdruck, Ff die Kraft infolge der Feder 47, Fl die Kraft infolge Lastdruck im Steuerraum 46 und Fo die Kraft infolge der Drosselstelle 55 darstellen. Dabei ergibt sich letztere näherungsweise aus dem Produkt einer Konstanten mal dem quadratischen Wert der durchströmenden Druckmittelmenge. Bei fehlendem Lastdruck wird auf jeden Fall ein Neutralumlaufdruck erreicht, der geringer ist als der allein von der Feder 47 hervorgerufene Druckanteil.

Wird der Steuerschieber 28 nur wenig ausgelftnkt, so strömt der weitaus größte Teil der von der Pumpe 62

geförderten Druckmittelmenge über den Schieber 43 zum Rücklauf 25, während nur ein kleine;- Teil zum Verbraucher 61 strömt. Die dabei über eine der ersten Steueröffnungen 29, die als Drosselstelle wirkt, auftretende Druckdifferenz, wird unabhängig von der jeweiligen Last auf einen konstanten Wert geregelt. Zu diesem Zweck wird der jeweilige Lastdruck über eine der Steuerkammern 21, 22 und den Steuerkanal 34 in den Steuerraum 46 geleitet, wo er auf die erste Fläche 49 dos Schiebers 43 wirkt. Infolge der geringeren, über den Schieber 43 abströmenden Druckmittelmenge wird die Kraft Fo etwas sinken gegenüber den Verhältnissen bei reinem Neutralumlauf. Die über die Steueröffnungen 29 zur Verfügung stehende Druckdifferenz wird dementsprechend steigen, aber noch nicht den maximalen Wert erreichen.

Wird der Steuerschieber 28 voll ausgelenkt, so daß die ersten Steueröffnungen 29 ihren maximalen Querschnitt freigeben, so strömt nahezu die gesamte Druckmittelmenge von der Pumpe 62 über das Wegeventil 11 zum Verbraucher 61. Nur ein ganz kleiner Teilstrom fließt über den Schieber 43 zum Rücklauf 25 ab, so daß die Steuerkante 52 nahezu an der Buchse 36 anliegt. Infolge dieses geringen Teilstroms kommt die zweite Drosselstelle 55 fast nicht mehr zur Wirkung. Das am Steuerschieber 28 nun verfügbare Druckgetälle für den maximalen Strom zum Verbraucher ergibt sich aus der Kraft der Feder 47 und erreicht nun seinen maximalen Wert.

Zwischen den geschilderten Grenzfällen ist ein stetiger Übergang für das jeweils verfügbare Druckgefälle gegeben, wie Fig. 2 näher zeigt. Der Schieber 43 mit seiner Drosselstelle 55 kann so ausgelegt werden, daß eine für die jeweiligen Verhältnisse geeignete, fallende Kennlinie erreicht wird. So zeigt die Kennlinie 6Γ, daß bei maximaler Durchflußmenge Q über den Schieber 43 der Neutralumlaufdruck etwa noch 3 bar beträgt, während bei maximalem Druckmittelstrom zum Verbraucher 61 über den Steuerschieber 28 eine Druckdifferenz von nahezu 9 bar zur Verfugung sieht. Die Kennlinien 62', 63' sind für Drosselstellen mit größerem Querschnitt, während eine Verkleinerung des Querschnittes zur Kennlinie 64' führt. Durch entsprechende Wahl des Drosselquerschnitts kann somit der Verlauf der Kennlinien in gewünschter Weise beeinflußt werden.

Fig. 3 zeigt als Kennlinie 66' die Abhängigkeit der Durchflußmenge Ql in Abhängigkeit von dem vom Steuerschieber 28 aufgesteuerten Querschnitt F. Dabei ist deutlich der nicht lineare Zusammenhang erkennbar, wie er in vergleichbarer Weise bei einer Feinsteuerung erzielt wird. Die Steuereigenschaften der Steuerschiebervorrichtung sind damit im Vergleich zu bekannten Steuerschiebervorrichtungen mit Lastkompensation beträchtlich verbessert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

PatentansDrüche:

1. Hydraulische Steuerschiebervorrichtung zur mengengeregelten Steuerung von Druckmittel zu einem hydraulischen Verbraucher mit einer eine Druckwaage aufweisenden, druckkompensierenden Einrichtung und mit einem Wegeventil, das wahlweise Druckmittel aus einem Zulauf in mindestens einen Verbraucheranschluß oder von letzterem zu einem Rücklauf steuert, wobei ein Steuerschieber des Wegeventils eine veränderliche Drosselstelle zwischen Zulauf und Verbraucheranschlu3 bildet, deren jeweiliger Druckabfall durch Ableiten von Druckmittel aus dem Zulauf über die Druckwaage zum Rücklauf konstant gehalten werden kann, und mit einem in der Druckwaage angeordneten Schieber, der von einer Feder in Schließrichtung Ui:d von dem Druckabfall in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, und der eine die Verbindung vom Zulauf zum Rücklauf steuernde, eine erste Drosselstelle bildende Steuerkante aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Schieber (43) gesteuerte Verbindung vom Zulauf (23) zum Rücklauf (25) eine zweite Drosselstelle (55) geschaltet ist und daß der Schieber (43) Druckflächen (56, 57) aufweist, an denen die an der zweiten Drosselstelle (55) verursachte Druckdifferenz entgegen der Kraft der Feder (47) wirksam wird.

2. Steuerschiebervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drosselstelle (55) zwischen die Steuerkante (52) und den Rücklauf (25) geschaltet ist.

3. Steuerschiebervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (43) einen in einem Raum (39) angeordneten Kolbenabschnitt (53) aufweist, an dem ein Bund (54) zusammen mit der Innenwand des Raumes (39) die zweite Drosselstelle (55) bildet und daß der Kolbenabschnitt (53) an seinen seitlichen Flächen die der zweiten Drosselstelle (55) zugeordneten Druckflächen (56,57) aufweist.

4. Steuerschiebervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenabschnitt (53) ein Dämpfungsbund (58) angeordnet ist, der an eine Dämpfungskammer (59) grenzt.