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Steuerventil mit Vorsteuergerät Die Erfindung betrifft ein hydraulisch
betätigtes Steuerventil mit einem als Druckregelventil arbeitendes Vorsteuergerät
zur kontrollierten Steuerung-der der Arbeitsflüssigkeit. Der Druck der Steuerflüssigkeit
zur Betätigung des Steuerventils bestimmt hierbei durch entsprechende Verschiebung
des Steuerkolbens gegen die Kraft einer Steuerfeder die Menge der durchströmenden
Arbeitsflüssigkeit. Der Druck der Steuerflüssigkeit wird wiederum vom Vorsteuergerät
festgelegt und zwar in Abhängigkeit der Spannung einer anstellbaren einen Regelkclben
unmittelbar belastenden Regelfeder. Der Ansteliweg der Regelfeder und der Verschiebeweg
des Steuerkolbens stehen somit im unmittelbaren Zusammenhang. In bekannter Weise
entspricht der maximale Anstelle der Regelfeder dem maximalen Verschiebeweg des
Steuerkolbens.
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Die Feinfühligkeit der Steuerung der Arbeitsflüssigkeit entspricht
deshalb dem Verhältnis aus dem maximalen Ansteliweg der Regelfeder zum maximalen
Verschiebeweg des Steuerkolbens. Für viele Ein3atzfälle, insbesondere im Mobilsektor,
ist ein relativ hoher Feinfühligkeitsgrad der Steuerung vor allem im Bereich kleiner
Arbeitsflüssigkeitsmengen erwünscht. Mit den bekannten Steuerventilen der vorliegenden
Art ist nur ein verhältnismäßig niedriger Feinfühligkeitsgrad erzielbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in'der Schaffung eines Steuerventlis
mit Vors teuergerät mit; einem im Anfangsteuerbereich
relativ hohem
Feinfühligkeitsgrad.
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Nach der Erfindung wird dies in einfacher Weise dadurch erreicht,
daß das Vorsteuergerät nur bis zu einem bestimmten Steuerdruck als Druckregelventil
wirksam ist und nach Erreichen dieses Steuerdruckes als mechanisch betätigtes als
Wegeventil wirkendes Steuerventil arbeitet. Der maximale Anstellweg der Regelfeder
des Vorsteuergerätes entspricht somit nur noch einem Teilbereich des Verschiebeweges
des Steuerkolbens, so daß der Feinfühligkeitsgrad der Steuerung in diesem Teilbereich
entsprechend erhöht ist.
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Vorteilhafterweise ist der entsprechende Teilbereich des Steuerkolbens
mit an sich bekannten Feinsteuernuten versehen. Der Restbereich des Verschiebeweges
des Steuerkolbens wird von dem Vorsteuergerät mit der Wirkung als Wege- bzw. Steuerventil
angesteuert. hierzu ist nur ein geringer Verschiebeweg des Regelkolbens des Vorsteuergerätes
erforderlich. Bei Betätigung des Vorsteuergerätes kittel eines handbetätigten Schalthebels
steht durch den erforderlichen geringen Anstellweg des Regelkolbens im Steuerbereich
des Vorsteuergerätes für den Regelbereich des letzteren ein verhältnismäßig großer
Schwenkbereich des Schalthebels zur Verfügung. Dadurch ist es für das Bedienungspersonal
ein leichtes, kleine Arbeitsflüssigkeitsmengen genau zu dosieren.
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Der Übergang vom Regel- in den Steuerbereich des Vorsteuergerätes
erfordert einen erhöhten Kraftbedarf und macht sich deshalb für das Bedienungspersonal
in vorteilhafter Weise al3 eine Art Druckpunkteffekt bemerkbar. Die wirkungmäßige
Zweiteilung des Vorsteuergerätes
ist vorteilhafterweiae dadurch
zu erreichen, daß der Anstellbolzen für die den Regelkolben in die eine Bewegungsrichtung
belastende Regelfeder nach Erreichen des dem maximalen Vorsteuerdruck für den Regelbereich
des Vorsteuhrgerätes entsprechenden Anstellweges mit dem Regelkolben eine starre
Verschiebeeinheit bildet. Zur Erzielung der starren Verschiebeeinheit von Anstellbolzen
und Regelkolben wird zwischen Anstellbolzen und Regelkolben ein die vorgegebeneRegelfederanstellung
begrenzenden Distanzstück angeordnet. Bei Steuerventilen mit Federzentrierung des
Steuerkolbens in dessen Ausgangsstellung und mit Steuerkantenüberdeckung ist die
Steuerfeder auf einer Verlängerung des Steuerkolbens angeordnet, derart, daß die
Federteller mit festen Gehäuseanschlägen zusammenwirken, wobei jeweils zwischen
Federteller und zugeordneten Gehäuseanschlag ein annähernd dem Bereich der Steuerkantenüberdeckung
entsprechender freier Abstand vorgesehen ist. Die Verschiebung des Steuerkolbens
um den Bereich der Steuerkantenüberdeckung erfordert somit nur die Überwindung der
Kraft der Zentrierfleder, wozu nur ein kleiner Steuerflüssigkeitsdruck erforderlich
ist. Der Anstellweg der Re-Regelfeder kann zur Erzielung dieses geringen Steuerdruckes
klein gehalten werden und ist damit für die eigentliche Regelung der Arbeitsflüssigkeit
nur geringfügig eingeengt. Anstelle, die Steuerfeder auf eine Verlängerung des Steuerkolbens
anzuordnen, ist es auch von Vorteil, die Steuerfeder mit ihren Federtellern zwischen
zwei festen Gehäuseanschlagen einzuspannen und an einer Verlangerung des Steuerkolbens
zumindest einen mit einem
der Federteller zusammenwirkendem Anschlag
vorzusehen, wobei in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens zwischen diesem Anschlag
der Verlängerung des Steuerkolbens und dem mit diesem zusammenwirkenden Federteller
ebenfalls ein annähernd dem Bereich der SteueFkantenüberdeckung entsprechender freier
Abstand vorgesehen ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Steuerfeder zwischen
den ihr zugeordneten Tellerfedern vorgespannt. Dadurch ist für das Bedienungspersonalder
Regelbeginn infolge des hierbei erforderlichen höheren Steuerdruckes und der damit
verbundenen Erhöhung der Betätigungskraft zu bemerken.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt des Steuerventils, Fig. 2 einen Teilschnitt
entsprechend F@g. 1 mit einer anderen Anordnung der Steuerfeder.
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In der Figur 1 ist mit 1 das Steuerventil und mit 2 das Vorsteuergerät
bezeichnet. In einer Axialbohrung 5 des Gehäuses 6 des Steuerventils ist der Steuerkolben
7 verschiebbar geführt, Die beiden Stirnseiten 8 und 9 des Gehäuses 6 sind lilt
haubenförmigen Gehäusedeckeln 10 und 11 nach außen abgeschlossen. Am Ende 12 des
Steuerkolbens 7 ist eine Verlängerung 13 Init zwei Anschlagflächen 13 a und 13 b
für die Federteller 14 und 15 der Zentrierfeder 16 vorgesehen. Der Federteller 14
stützt sich Init seiner.) äußeren
Rand 14 a an der Bodenfläche 18
des Gehäusedeckels 10 und der Federteller 15 stützt sich mit seinem äußeren Rand
15 a an der Stirnseite 8 des Gehäuses 1 ab. In der gezeigten Abstützstellung der
Federteller 14, 15 ist der Steuerkolben 7 in seiner Ausgangsstellung zentriert.
Am Ende 22 des Steuerkolbens 7 ist eine Verlängerung 23 zur Aufnahme der Steuerfeder
26 vorgesehen. Die Federteller 24 und 25 der Steuerfeder 26 stützen sich an den
Anschlagflächen 23 a und 23 b der Verlängerung 23 ab.
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Die äußeren Anschlagflächen 24 aund 25 a der Federteller 24 und 25
wirken mit festen Anschlägen zusammen, die von der Stirnseite 9 des Gehäuses 6 und
vom Boden 27 des Gehäusedeckels 11 gebildet sind. In der gezeigten Ausgangsstellung
des Steuerkolbens 7 ist zwischen den Anschlagflächen 24 a, 25 a der Federteller
und den festen Anschlägen 9, 27 ein freier Abstand von Sl der ca 0,5mm kleiner ist
als die Steuerkantenüberdeckung S2 zwischen Steuerkanten 5 a und Feinsteuernuten
7 a bezogen auf die gezeigte Ausgangsstellung des Steuerkolbens 7. Anstelle, die
Steuerfeder auf der Verlängerung 23 des Steuerkolbens 7 anzuordnen, ist nach Fig.
2 die Steuerfeder 26 mi.t ihren Federtellern 24, 25 zwischen der Gehäusestirnseite
9 und dem Boden 27 des Gehäuseaeckelo 11 eingespannt. Die Verlängerung 23 des Steuerkolbens
7 wirkt hierbei mit ihren Anschlagflächen 23 a und 23 b mit den Federtellern 21
und 25 zusammen, wobei in der gezeigten Ausgangsstellung des Steuerkolbens 7 zwischen
drn inneren Anschlagflächen 24 b und 25 b der Federteller 24, 25 und den Anschlagflächen
23 a und 23 b der Verlängerung, 23 des Steuerkolbens 7 ebenfalls ein anntthernd
der
Steuerkantenüberdeckung 2 entsprechender freier Abstand S1 vorgesehen ist. Die Steuerfeder
26 wird somit ebenfalls erst nach Verschieben des Steuerkolbens 7 um den Bereich
S1 wirksam.
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Das Vorsteuergerät 2 weist zwei Führungsbohrungen 30 für jeweils einen
Regelkolben 31 auf. Zwischen dem vorspringenden Bund 36 des Regelkolben3 31 und
dem mit dem Anstellbolzen 39, 40 in Kraftschluß stehenden Federteller 37 ist jeweils
eine Regelfeder 32 angeordnet, die der Ausgangsstellung entsprechend der Stellung
des Anstellbolzens 40 über den Verlängerungsbolzen 36 b und der Schraube 36 c dem
Anfangssteuerdruck entsprechend vor gespannt ist und mit dem Regelkolben 31 eine
Einbaueinheit bildet.
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Die Anstellbolzen 39, 40 die in hülsenförmigen Einschraubkörpern 51
geführt sind, werden ihrerseits mittels eInes Schalthebels 41 mit den Anstellbolzen
in Kraftschluß stehender Schaltplatte 41a betätigt. Die Regelkolben sind mit nutenförmigen
Ausnehmungen 42,43 versehen, die gemeinsam mit den Führungsbohrungen 30 Räume 44,
45 einschließen. Der Raum 44 ist über eine Leitung 46 mit dem Pumpenanschluß P und
der Raum 45 über eine Leitung 47 mit dem Tankanschluß T verbunden. Die die beiden
Räume trennende Scheibe 48 des Regelkolbens weist zwei Steuerkanten 48 a, 48 b auf,
mit die einer Umführungsbohrung 49 in Wirkverbindung stehen, derart, daß je nach
der Stellung des Regelkolbens 31 der unmittelbar mit dem Steuerleitungsanschluß
33, 34 verbundene Federraum 50, 52 entweder mit dem mit der Druckmittelquelle in
Verbindung stehenden Raum 44 oder mit dem mit dem Tank in Verbindung stehenden Raum
45 verbunden oder von beiden Räumen 44, 45 getrennt ist.
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Die in den Federräumen 50, 52 angeordneten Rückstellfedern ',3,
die
sich an den Regelkolben 31 und an den in den Anschlüssen 33, 34 Ringscheiben 54
abstutzen, belasten die Regelkolben 31 in Richtung deren Ausgangsstellung. Vom Anschluß
33 des Vors teuergerät es führt eine Steuerleitung 55 zum Anschluß 56 des Federraumes
57 und vom Anschluß 34 führt eine Steuerleitung 59 zum Anschluß 60 des Federraumes
61 des Steuerventils. Die WirRungsweise des Steuerventils ist folgende: Bei Betätigung
des in der Ausgangsstellung 62 gezeigten Schalthebels in eine Hebelstellung 62 a
wird über die Schaltplatte 41a und den Anstellbolzen 39 sowie der Rege feder 32
der zugeordnete Regelkolben 31 durch Überwindung der geringen Kraft der Rückstellfeder
53 aus seiner Ausgangsstellung entsprechend der Stellung des dem Anstelibolzen 4o
zugeordneten Regelkolbens in Richtung des Anschlusses 33 verschoben. Hierbei gibt
die Steuerkante 48 a des Regelkolbens die Umführungsbohrung 1;9 frei, so daß das
Druckmittel vom mit der Druckmittelquelle verbundenen Regelkolbenraum 44 über die
Umführungsbohrung 49 zum. Federraum 50 und von dort über die Steuerleitung 55 zum
Federraum 57 des Steuerventils strömt. Die damit gleichzeitig verbundene Druckbeaufschlagung
der Stirnfläche 31 a des Regeikolbens 31 bewirkt eine Belastung des letzteren entgegen
der Kraftrichtung der Regelfeder 32. Mit ansteigendem Druck wird deshalb der-Regelkolben
31 wieder entgegen der Kraft der Regelfeder 32 verschoben und zwar bis zur gezeigten
Regelstellung in der die Umführungsbohrung 49 von der Scheibe 48 geschlossen und
damit ein weiterer Druckanstieg unterbunden ist.
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Der im Federraum 50 und im mit diesem über die Steuerleitung 55 verbundenenFederraum
57 herrschende Druck entspricht somit jeweile der durch den Ausschwenkungswinkel
des Schalthebels festgelegten Kraft der Regelfeder 32. Wird die Gleichgewichtslage
des Regelkolbens gestört und der Schalthebel beispielsweise in Richtung der Hebels
teilung 62 verschwenkt, verringert sich die Kraft der Regelfeder 32 auf den Regelkolben
31. Nunr.ehr verschiebt der die Stirnfläche 31 a belastende Druck des Druckmittels
den Regwelkolben 31 in Richtung des Anstellbolzens 39, wobei di.e Steuerkante 48
b die Umführungsbohrung 49 frei gibt und die Verbindung zwischen dem mit dem Tank
verbundenen Raum 45 und dem Federraum 50 herstellt. Damit findet eine Druckentlastung
im Federraum 50 statt und zwar soweit, bis der Druck im. Federraum 50 der Federkraft
entsprechend der Hebelstellung entspricht und der Regelkolben 31 die gezeigte Regelstellung
eingenommen h<'tt. Der von der Stellung des Schalthebels 41 festgelegte und im
Federraum 57 oder 61 wirkende Steuerdruck beaufschlagt den Steuerko:ben 7, wobei
sich dieser um einen dem Steuerdruck entsprechenden Betrag gegen die Kraft der Zentrierfeder
16 und der Steuerfeder 26 in die Kraftrichtung des wirksamen Steuerdruckes verschiebt.
Die Überwindung der Kraft der 'Zentrierfeder 16 zum Verschieben des Steuerkolbens
7 bis zur Anlage einer der Anschlagflächen 24 a oder 25 a der Federteller 24, 25
an einen der festen Anschlagflächen 9 oder 27 oder nach Fig. 2 bis zur Anlage der
Anschlagflächen 23 a, 23 b der Verlängerung 23 an der Anschlagflächen 24 b, 25 b
der Federteller 24, 25 erfordert nun einen geringen Steuerdruck und demgemäß auch
nur einen kleinen Schalthebelausschlag. Nach Anlage einer der Anschlagflächen 24
a,
25 a der sich gemeinsam mit dem Steuerkolben 7 verschiebenden
Federteller 24, 25 bzw. der Anschlagflächen 23 a, 23 b der Verlängerung 23 an den
Federtellern und dem nunmehrigen Wirksamwerden der Steuerfeder 26 beginnt die eigentliche
Steuerbewegung des Steuerkolbens 7. Die Steuerfeder 26 ist soweit vorgeopannt, daß
deren Anfangakraft die Kraft der Zentrierfeder 16 bei Beginn der effektiven Steuerbewegung
um einen bestimmten Wert übersteigt.
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Damit erfordert der Steuerbeginn des Steuerkolbens 12 einen erhöhten
Steuerdruck der sich für das Bedienungs-personal durch eine Erhöhung der Betätigungskraft
für den Schalthebel 41 bemerkbar macht. Nach ca. o,5 mm weiterem Verschiebeweg des
Steuerkolbens 7 gegen die Kraft der Steuerfeder 26 sowie der Zentrierfeder 16 ist
die Steuerkantenüberdeckung endgültig überbrückt und die Feinsteuernuten 7 a geben
durch Überfahren dlr Steuerkanten 5 æ den Weg frei zwischen dem Druckmittelanschlui
und-je nach Verschieberichtung des Steuerkolbens 7- dem Arbeitsleitungsanschlusses
A oder B sowie zwischen Arbeitsleitungsanschluß B oder A und dem Tankanschluß T.
Je höher der Steuerdruck durch entsprechendes Ausschwenken des Schalthebels 41 gewählt
wird, desto weiter verschiebt sich der Steuerkolben 7 entgegen der Kraftrichtung
der Steuerfeder 26 sowie der Zentrierfeder 16. Sobald die Feinsteuernuten 7 a in
ihrer gesamten Lange die ihnen zugeordneten Steuerkanten 5 a überfahren haben, ist
die Regelfeder 32 des Vorsteuergerätes um die Strecke a durch entsprechende Aus
lenkung des Schalthebels 41 und Verschiebung des Anstellbolzens 39 in Richtung der
Regelfeder angestellt. Diese Strecke a entspricht gleichzeitig dem maximalen Regelbereich
des Vorsteuergerätes, da nach
Anstellung der Regelfeder um diese
Strecke der Federteller 37 am mit dem Regelkolben 31 ein Teil bildenden Distanzstück
31 b kraftschlüssig anliegt. Bei einer weiteren Betätigung des Schalthebels 41 in
Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Regelkolben 31 ähnlich dem Steuerkolben
eines mechanisch betätigten Wegeventil von dem, Betätigungsbolzen 39, 40 unmittelbar
-in Richtung des Federraumes 50 bzw. 52 bewegt und damit zur Erhöhung des Steuerdruckes
auf den zum Verstellen des Steuerkolbens i.n die Endstellung erforderlichen Wert
die Verbindung zwischen Druckmittelanschluß P und Federraum 50, 52 des Vorsteuergerätes
hergestellt.
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Da hierbei der Steuerdruck bereits bei kleinen Anstellwegen des Regelkolbens
31 stark ansteigt und andererseits die Stirnseite 31 a von diesem Druck entgegen
der Anstellrichtung beaufschlagt ist, bewirkt der Übergang vom Regel- in den Steuerbereich
des P.egelkolbens 31 einen progressiven Kraftanstieg der für das Bedieungspersonal
als eine Art Druckpunkteffekt zu verspüren ist. Wird der Schalthebel 41 wieder in
die Ausgangsstellung 62 verschwenkt, verschiebt sich der Regelkolben ebenfalls in
die Ausgangsstellung entsprechend der Stellung des dem Anstellkolben 40 zugeordneten
Regelkolbens. In der Ausgangsstellung ist die Steuerkante 48 b des Regelkolben 31
um den Spalt b geöffnet, so daß der Federraum 50, 52 mit dem Tank in Verbindung
steht und damit auch die Federräume 57, 61 des Steuerkolbens 12 druckentlastet sind.