DE1650361B2 - Durchflußsteuerventil für einen hydraulischen Hubzylinder - Google Patents
Durchflußsteuerventil für einen hydraulischen HubzylinderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Durchflußsteuerventil für so
einen hydraulischen Hubzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb von Hubladern variieren die vom Hubzylinder getragenen Lasten während der Vertikalbewegung
des an der Stirnseite des Fahrzeuges angeordneten Teleskophubmastes in großen Grenzen.
Beim Absenken der Last besteht die Tendenz, daß sich die Absenkgeschwindigkeit erhöht, wenn die von der
Hubvorrichtung getragene Last größer wird. Eine derartige direkte Beziehung zwischen dem Anwachsen mi
der Last und der Absenkgeschwindigkeit ist unerwünscht.
Beim Betrieb von Hubladern ist es üblich, am Einlaßende des Hubzylinders Einrichtungen vorzusehen,
durch die, wenn eine zum Zylinder führende 1 ">
Leitung defekt werden sollte, der Kolben sich zum Absenken der Last nicht schneller als um einen
vorbestimmten Wert bewegt. Mit anderen Worten, eine Durchflußsteuervorrichtung bei einem Hublader ist eine
solche, die an dem Hubzylinder vorgesehen ist, um eine rasche Abwärtsbewegung des Hubkolbens zu verhindern.
Beim Ausfallen oder einet Beschädigung des hydraulischen Kreislaufes, welcher normalerweise die
Abwärtsbewegung des Hubkolbens steuert, wirkt diese gleichzeitig als Sicherheitsvorrichtung.
Durchflußsteuerventile sind bereits sehr alt und eine Vielzahl von Vorschlägen sind für diese bereits gemacht
worden. Bei einem bekannten Durchflußsteuerventil (US-PS 29 88 060) wird der Druckmittelfluß allein durch
den Druck geregelt, der durch die Strömung des Druckmittels durch das Ventil aufgebaut wird. Derartige
Durchflußregler sind nicht vollständig zufriedenstellend, da sie eine Zeitverzögerung vor ihrem effektiven
Funktionieren aufweisen. So verändert sich die Ventilstellung bei dem bekannten Durchflußsteuerventil nicht,
wenn beispielsweise bei angehobenem Hubkolben die Ladeplattform belastet wird, da im System ein relativ
schneller Druckausgleich zwischen der vom Hubkolben ankommenden und zur Hydraulikpumpe abgehenden
Leitung stattfindet. Dies bedeutet, daß beispielsweise, nachdem der Hubkolben angehoben wurde, das Ventil
somit vo!) geöffnet ist, bei Belastung des Hubkolbens das Ventil in der voll geöffneten Stellung verbleibt, so
daß bei Beginn des Absenkvorganges der volle Ventilquerschnitt dem Druckmittel zur Verfugung steht,
so daß zu Beginn des Absenkvorganges dieser ausgesprochen rasch erfolgt, was gefährlich sein kann.
Sodann weisen derartige Durchflußregler einen Widerstand bei der Zufuhr des Druckmittels zum Zylinder
beim Anheben einer Last auf. Zur wirksamen Betätigung des hydraulischen Systems soll ein Durchflußregler
jedoch einen minimalen Widerstand für den Zufluß des Druckmittels in den Zylinder zum Anheben der
Lasten mit sich bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Durchflußsteuerventil zu schaffen, welches völlig
unabhängig vom Druckmittelfluß und einem etwaigen dynamischen Druckaufbau aus jeder Betriebssituation
heraus sofort, d. h. ohne jede Zeitverzögerung, funktioniert, unabhängig davon, ob die Last gehoben, gehalten
oder abgesenkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Aus GB-PS 3 06 689 ist bereits eine Vorrichtung mit einem Durchflußsteuerventil bekanntgeworden, bei
dem das andere Ende des Steuerschiebers einem Behälterdruck ausgesetzt ist, der dem Atmosphärendruck
plus der Flüssigkeitssäule in diesem Behälter über dem Steuerventil entspricht. Die gesamte Anordnung
weicht vom Anmeldungsgegenstand insofern grundlegend ab, als dort die Druckmittelzufuhrleitung zum
Arbeitszylinder nicht in das Steuerventil einbezogen ist, während der Anmeldungsgegenstand sich demgegenüber
auf eine solche Ausbildung richtet, bei der die Druckmittelauslaßleitung gleichzeitig auch Zufuhrleitung
zum Hubzylinder ist und wobei die die Steuerung bewirkenden Einrichtungen zwischen der Arbeitsleitung
des Hubzylinders und der Druckmittelauslaß- und -zuführleitung angeordnet sind.
Durch die Erfindung ist erreicht, daß beispielsweise bei Belastung des Hubzylinders durch den Druckunterschied
auf der einen Seite des Steuerschiebers gegenüber dem Atmosphärendruck das Ventil gleich
eine gewisse Drosselstellung einnimmt, die der aufgegebenen Last entspricht. Zu Beginn des Absenkvorganges
weist das Ventil daher die für die abzusenkende Last
notwendige Stellung auf.
Bei Anheben der Last wird durch die Erfindung sichergestellt, daß der durch die Druckmittelquelle
aufgebrachte Druckunterschied zwischen Ventilkammereintritt und Ventilkammeraiiitritt unmittelbar
auf den Dichtkolben wirkt, der sich gegen die Feder im Ventil bewegt und so die Kolbenstange unmittelbar in
die Vollöffnungsstellung des Ventils bewegt.
Durch die Erfindung wird eine äußerst einfache Bauweise des Ventils mit einer besonders sicheren
Arbeitsweise erreicht.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.
Durch diese Maßnahme lassen sich die Steuerwege des Ventils in einfacher Weise dem jeweiligen
Verwendungszweck anpassen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
F i g. 1 ein schematisch dargestelltes Hydrauliksystem, bei dem Druckmittel einem Hubzylinder durch ein
Durchflußsteuerventil gemäß der Erfindung zugeführt wird, welches im Boden des Zylinders angeordnet ist,
F i g. 2 einen vergrößerten Axialschnitt durch das untere Ende des Hubzylinders mit dem Durchflußsteuerventil
gemäß der Erfindung ohne Druckbeaufschlagung,
Fig.3 eine graphische Darstellung einer typischen
Arbeits- bzw. Leistungskurve des erfindungsgemäßen Durchflußsteuerventils,
F i g. 4 einen Schnitt gemäß F i g. 2 bei Absenkung des
Hubkolbens und in
F i g. 5 einen Schnitt gemäß F i g. 2 bei Anhebung des Hubkolbens kurz vor dem vollen öffnen des Durchflußsteuerventils.
Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Hubzylinder 10, der
beispielsweise zum Heben von Lasten unterschiedlicher Massen mittels des Hubmastes eines Hubladers
verwendbar ist. Der Hubzylinder 10 ist einfach wirkend, wobei das obere Ende mittels einer Leitung 14 in einem
Sumpf 12 entlüftet ist. Der Sumpf 12 ist über eine Leitung 17 mit einer Pumpe 16 verbunden. Die
Bedienungsperson kann mittels eines Wählventils 18 über eine Leitung 20 Druckmittel dem Arbeitsraum des
Hubzylinder 10 zuführen. Der Hubzylinder 10 weist eine ausfahrbare Kolbenstange 21 auf. Dar, Durchflußsteuerventil
22 gemäß der Erfindung ist am Bodenende des Hubzylinders 10 befestigt. Während des Einfahrens
der Kolbenstange 21 strömt hydraulisches Medium zum Sumpf 12 über das Durchflußsteuerventil 22, die Leitung
20, das Wählventil 18 und die Rückflußleitung 24 zurück. Das Durchflußsteuerventil 22 bildet den eigentlichen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird nachfolgend in Verbindung mit den F i g. 2 und 3 näher
beschrieben.
Am Bodenende des Zylinderrohres 28 des Zylinders 10 ist ein Ventilgehäuse 30 mittels einer Schweißnaht 32
befestigt. Das Ventilgehäuse 30 weist eine zentrale Bohrung 34 mit einem offenen und einem geschlossenen
Ende auf, wodurch eine Ventilkammer 36 gebildet wird. Eine Steuerleitung 38 und eine Arbeitsleitung 40 bilden
eine Verbindung zwischen der zentralen Bohrung 34 und dem Arbeitsraum 42 des Zylinderrohres 28. Das
Ventilgehäuse 30 weist eine Gewindebohrung 44 auf, welche eine Einlaß- und Auslaßöffnung für das
Durchflußsteuerventil bildet, zum Anschluß der Leitung 20.
Innerhalb der zentralen Bohrung 34 ist ein Steuerschieber 46 angeordnet, der ein Ende 48 und ein anderes
Ende 50 aufweist. Zwischen den Enden 48 und 50 des Steuerschiebers 46 ist ein vergrößertes Teil ausgebildet,
welches ein kolbenförmiges Ventilglied 52 darstellt. In dem Ventilglied 52 ist ein Kanal 34 ausgebildet, um eine
Verbindung von einem Ende des Ventilgliedes zum anderen Ende zu schaffen.
Am Ende 48 des Steuerschiebers 46 ist eine ringförmige Scheibe angeordnet, in der Durchtritte 58
lu ausgebildet sind, die über das Ende 48 der Kolbenstange
46 geschoben und durch eine Mutter 60 gehalten wird, die auf das Ende 48 der Kolbenstange 46 aufgeschraubt
ist. Der Zweck der ringförmigen Scheibe ist die Bildung einer Schulter 56 für eine Feder 90.
Am offenen Ende des Ventilgehäuses 30 sind Gewindegänge 62 zur Aufnahme eines Ventileinsatzes
64 vorgesehen. Der Ventileinsatz 64 ist ein im wesentlichen zylindrisches Element mit einer Bohrung
66, in welcher das Ventilglied 52 des Steuerschiebers 46 angeordnet ist. In der Außenfläche des Ventileinsatzes
64 sind ringförmige Nuten 68 und 70 ausgebildet. Diese ringförmigen Nuten stehen mit der Bohrung 66 durch
eine Steueröffnung 72 und eine Öffnung 74 entsprechend in Verbindung. Das Ende 50 des Steuerschiebers
46 ist in einer Bohrung 76 des Ventileinsatzes 64 angeordnet. Die Bohrung 76 weist eine ringförmige Nut
zur Aufnahme eines Dicht-O-Ringes 78 auf. Der Zweck des O-Ringes 78 ist die Schaffung einer Dichtung
zwischen einer Kammer 96 und der Atmosphäre oder
jo dem Reservoir bzw. dem Druckmittelsumpf und erlaubt
eine Hin- und Herbewegung des Steuerschiebers 46 relativ zum Ventileinsatz 64. Der Ventileinsatz 64 wird
in das Ventilgehäuse 30 eingeschraubt, bis ein Kopf 80 sich gegen die Außenfläche des Ventilgehäuses anlegt.
Ji Zwischen dem Ventilgehäuse 30 und dem Ventileinsatz
64 ist eine Dichtung 82 in Form eines O-Ringes angeordnet.
Wie Fig. 2 zeigt, bildet das innere Ende des Ventileinsatzes 64 einen Anschlag 84. Dem Anschlag 84
w benachbart ist ein auf dem Steuerschieber 46 frei hin-
und herbeweglicher Dichtkolben 86 angeordnet. Der Dichtkolben 86 weist eine Bohrung auf, durch die sich
der Steuerschieber 46 erstreckt. In der Umfangsfläche des Dichtkulbens 86 ist eine ringförmige Nut zur
ι") Aufnahme eines O-Dichtringes 88 vorgesehen. In
ähnlicher Weise ist in der Bohrung des Dichtkolbens 86 eine Ringnut zur Aufnahme eines O-Ringes 89
ausgebildet. Der Dichtkolben 86 trennt in der Bohrung 34 eine Steuerkammer 94 und eine dagegen abgedichte-
)» te Einlaßkammer % in der großen Ventilkammer 36.
Zwischen dem Dichtkolben 86 und der Schulter 56 ist eine Feder 90 angeordnet. Eine Federführung in Form
eines rohrförmigen Elementes 92 ist gleitend über den Steuerschieber 46 zwischen diesen und die Feder 90
V) geschoben. Der Zweck des Elementes 92 besteht darin,
die Feder 90 abzustützen und ferner als Anschlag zu dienen, wie nachfolgend näher beschrieben wird.
Die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils 22 ist wie folgt: Wenn der Kolben eine Last hält (Fig. 4), ist
i>" der Druck im Arbeitsraum 42 derselbe, wie in den
Kammern 94 und 96 des Ventils. Der Druck in der Steuerkammer 94 wird über die Steuerleitung 38
ausgeübt. Infolge der Durchtritte 58 in der Schulter 56 übt der Druck in der Steuerkammer 94 eine Kraft auf
das Ende 48 des Steuerschiebers 46 aus. Diese Kraft wirkt nach rechts gemäß Fig.4 und hat eine Größe,
welche dem Produkt des Druckes und der Querschnittsfläche des Steuerschiebers 46 entspricht. In der
Einlaßkammer 96 jedoch wirkt der Druck nicht auf den Steuerschieber, da dessen Ende 50 der Atmosphäre
ausgesetzt ist. Es wirken keine Kräfte auf das Ventilglied 52 des Steuerschiebers 416 infolge des Kanals
54, welcher das Ventilglied in ausgeglichenem Zustand hält. Infolgedessen sind die Kräfte, die auf den
Steuerschieber 46 des Ventils während des Haltens einer statischen Last wirken: (a) die auf das Ende 48 des
Steuerschiebers 46 gemäß F i g. 4 nach rechts wirkende Kraft, (b) die Atmosphärenkraft, die auf das Ende 50 des
Steuerschiebers 46 nach links gemäß F i g. 4 wirkt, (c) die Feder 90, welche einer Bewegung des Steuerschiebers
46 nach rechts gemäß F i g. 4 entgegenzuwirken sucht. Durch Auswahl einer geeigneten Federgröße für die
Feder 90 und bei einem Zustand, bei dem der Druck im Zylinderinnern größer ist als der Atmosphärendruck,
versucht infolgedessen die auf den Steuerschieber wirkende Kraft diesen nach rechts gemäß Fig.4 zu
bewegen, wobei das Ventilglied .'52 in eine Stellung kommt, bei der es die Steueröffnung 72 schließt. Das
Gesamtmaß der Bewegung nach rechts gemäß F i g. 4 hängt ab von der wirksamen Kraft, die in Abhängigkeit
von der Federkraft nach rechts wirkt. Das Element 92 wirkt als Anschlag gegen den Dichtkolben 86. So kann
das Ventilglied 52 sich nicht so weit nach rechts bewegen, daß die Steueröffnung 72 vollständig geschlossen
wird, es sei denn, sie sei so entworfen. Wenn das Ventilglied sich nach rechts bewegt, wird der
Druckmittelfluß vom Zylinderinnern 42 über die Arbeitsleitung 40 zum Auslaß 44 bemessen bzw.
beschränkt. Die Bemessung bzw. Beschränkung steigt mit steigender Belastung an, was zu einem umgekehrten
Verhältnis zwischen dem Druckmittelfluß und der Belastung führt. Dieses umgekehrte Verhältnis ist
schematisch in F i g. 3 wiedergegeben.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Verschiebung des Ventilgliedes 52 relativ zur
Steueröffnung 72 nicht vom Druckmittelfluß abhängig ist. Das Ventilglied 52 wird relativ zur Steueröffnung 72
in Stellung gebracht, auch wenn kein Durchfluß stattfindet. Der Steuerschieber 46 stellt den Unterschied
zwischen dem Druck im Zylinderinnern 42 und dem Atmosphärendruck fest. Da der Atmosphärendruck
relativ konstant ist, hat das Durchflußsteuerventil gemäß der Erfindung einen stabilen Bezugspunkt, durch
den die Druckbedingungen im Zylinderinnern bestimmt sind.
Die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils gemäß der Erfindung während eines Hubvorgangs
(Fig. 5) wird nachfolgend beschrieben: Beim Hubvorgang fließt Druckmittel durch die Leitung 20 in die
Bohrung 44, die Ringnut 70, die öffnung 74, die Bohrung 66, die Steueröffnung 72, die Ringnut 68, die
Arbeitsleitung 40 und dann in den Arbeitsraum 42, um den nicht dargestellten Hubkolben anzuheben. Während
dieses Hubvorganges ist es wünschenswert, daß das Ventil einen geringstmöglichen Widerstand für den
Druckmittelfluß in den Arbeitsraum 42 ausübt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt der dynamisehe
Druckmittelfluß durch die Leitung 40 einen Druckunterschied zwischen der Einlaßkammer 96 und
dem Arbeitsraum 42. Der Druck in der Einlaßkammer 96 während dieses Zustands ist höher als der Druck im
Arbeitsraum 42 und infolgedessen in der Steuerkammer
to 94. Daher ist der am Ende 48 des Steuerschiebers 46 verfügbare Druck relativ klein, verglichen mit dem auf
den Dichtkolben 86 mittels des Kanals 54 ausgeübten Druck. Der Effekt ist, daß der Druckunterschied, der
durch die Arbeitsleitung 40 entwickelt wird, den Dichtkolben 86 nach links gemäß Fig.5 unter
Zusammendrücken der Feder 90 bewegt. Ein Zusammendrücken der Feder 90 bewegt den Steuerschieber 46
nach links gemäß F i g. 5 und ebenso das Ventilglied 52 um die Steueröffnung 72 völlig freizugeben, die zum
Arbeitsraum 42 führt. Infolgedessen ist ein Minimum an Widerstand bezüglich des Druckmittelflusses vom
Einlaß 44 zum Arbeitsraum 42 gegeben, da das Ventilglied 52 von der Steueröffnung 72 voll zurückgezogen
wird, wobei in F i g. 5 eine Stellung kurz vor dem Erreichen der Vollöffnung wiedergegeben ist.
Um die Wirkungsweise des Durchflußsteuerventils gemäß der Erfindung kurz zusammenzufassen, müssen
zwei bestimmte Funktionen beachtet werden: Links des Dichtkolbens 86 gemäß F i g. 2 führt der Steuerschieber
so 46 eine Feststell- oder Wiegefunktion aus. Rechts des Dichtkolbens 86 führt der Steuerschieber durch das
Ventilglied 52 eine Bemessung oder eine Durchflußsteuerung des Ventils aus. Der Dichtkolben 86 stellt
sicher, daß die entsprechenden Kammern 94, 96 rechts
si und links desselben unabhängig voneinander bleiben.
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß ein zu schnelles Absenken des Hubschlittens durch fortschreitendes
Schließen der Steueröffnung 72 durch das Ventilglied 52 verhindert wird. Eine derartige Abschließung der
Steueröffnung wird durch Feststellen eines Druckunterschiedes zwischen dem Atmosphärendruck und dem
Druckmitteldruck innerhalb des Zylinderinneren bewirkt. Dieser Druckunterschied bewirkt eine Voreinstellung
des Ventils, wodurch die Zeitverzögerung > eliminiert wird, die üblicherweise bei Ventilen dieser An
bisher auftrat, bei denen ein Druckmittelfluß zur Einstellung der Steuermittel erforderlich ist. Wenn ein
Ausfall des Wählventils 18 stattfinden sollte, welches den Druckmittelfluß von dem Hubzylinder zum Sumpl
"Ii durch die Leitung 20 steuert, oder wenn ein Bruch der
Leitung 20 oder der mit dieser verbundenen Leitungen eintritt, schafft das Durchflußsteuerventil gemäß F i g. 2
eine vernünftige Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung der Absenkgeschwindigkeit eines Hubladerhubschlit-
■>"> tens.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Durchflußsteuerventil für einen hydraulischen Hubzylinder, dessen Kolben zur Bewegung einer
Last dient, mit einem eine zentrale Bohrung aufweisenden Ventilgehäuse, mit einem darin verschiebbar
angeordneten Steuerschieber, mit um den Steuerschieber vorgesehenen Dichtmitteln, die die
zentrale Bohrung in eine Steuerkammer und eine Einlaßkammer unterteilen, wobei die Steuerkammer
über eine Steuerleitung mit dem Arbeitsraum des Hubzylinders, die Einlaßkammer mit einer Leitung
für die Druckmittelzufuhr und Druckmittelabfuhr sowie über eine Steueröffnung, mit der ein
Ventilglied des Steuerschiebers zusammenwirkt, und eine Arbeitsleitung mit dem Arbeitsraum verbunden
sind und wobei der auf das in die Steuerkammer ragende eine Ende des Steuerschiebers einwirkende
Druck das Ventilglied gegen die Kraft einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet,
daß das andere Ende (50) des Steuerschiebers (46) aus der Einlaßkammer (96) abgedichtet (78) herausgeführt und vom Umgebungsdruck
beaufschlagt ist, daß als Dichtmittel ein auf dem Steuerschieber (46) als auch in der zentralen
Bohrung (34) verschiebbarer Dichtkolben (86) vorgesehen ist, wobei die Feder (90) zwischen dem
Dichtkolben (86) und einer am ersten Ende (48) des Steuerschiebers (46) angeordneten Schulter (56)
eingespannt ist und die Verschiebbarkeit des Dichtkolbens in der zentralen Bohrung (34) in
Richtung Einlaßkammer (96) von einem Anschlag (84) begrenzt ist, und daß die der Einlaßkammer (96)
zugekehrte Seite des Dichtkolbens (86) mit dem in der Einlaßkammer (96) herrschenden Druck beaufschlagt
ist.
2. Durchflußsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um den Steuerschieber
(46) zwischen dem Dichtkolben (86) und der Schulter (46) ein rohrförmiges Element (92) angeordnet ist,
dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Feder (90) entspricht und dessen axiale
Länge kleiner ist als der Abstand zwischen Dichtkolben (86) und Schulter (56), wenn das
Ventilglied (52) sich in der Offenstellung befindet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US59037666A | 1966-10-28 | 1966-10-28 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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