DE2126763A1

DE2126763A1 - Hydraulik-Steuerventil

Info

Publication number: DE2126763A1
Application number: DE19712126763
Authority: DE
Inventors: Donald Cleadon Sunderland Hassall (Großbritannien)
Original assignee: Coles Cranes Ltd
Current assignee: Coles Cranes Ltd
Priority date: 1970-05-28
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1971-12-09
Also published as: US3771554A; GB1352310A; JPS5618818B1

Description

*"^ys, VV. Samliz

^Tel. 5 38G5«

Coles Cranes Limited

Crown Works

Sunderland, County Durham

England 27. Mai 1971

Anwaltsakte M-1634·

Hydraulik-Steuerventil

Die Erfindung betrifft ein Hydraulik-Steuerventil mit einem Gehäuse, das einen ersten Zufuhranschluß zur Verbindung mit einem Stellmotor und einen zweiten Zufuhranschluß zur Verbindung mit einem Hauptsteuerventil aufweist.

Bei der Steuerung von Hydraulik-Stellmotoren mit einer nachgeschalteten Last ist es üblich, ein Bremsventil vorzusehen, um das Durchgehen des Stellmotors unter der Wirkung der Last zu verhindern. Das Bremsventil kann als Rückschlagventil oder Ausgleichsventil in der Rückleitung von dem Stellmotor angeordnet sein und kann entweder direkt betätigt oder von einer entfernten Stelle angesteuert werden.

Die direkt betätigten Rückschlag- oder Ausgleichs-Ventile haben den Nachteil, daß sie auf einen genügend hohen Druck eingestellt .werden müssen, um das Durchgehen des Stellmotors unter maximaler Last zu verhindern, wodurch wiederum hohe Drücke notwendig sind, um den nicht-belasteten Stellmotor anzutreiben.

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Durch Fernsteuerung angesteuerte Ausgleichsventile werden gewöhn--¹ lieh aus Sicherheitsgründen von der Zufuhr leitung für den Stellmotor in der jeweiligen Bewegungsrichtung angesteuert. Dadurch wird sichergestellt, daß immer ein bestimmter Druck notwendig ist, um den Stellmotor in Richtung der Last zu bewegen, und daß ein Abfall dieses Steuerdruckes die Betätigung verhindern würde. Der Steuerdruck kann im Vergleich zu dem von der Last erzeugten Druck klein sein und hängt von der Auslegung des Ventiles ab. Häufig sind auch Einrichtungen vorgesehen, durch die der benötigte Steuerdruck selbsttätig mit der Größe der folgenden Last erhöht oder erniedrigt wird, um eine Abstimmung auf den besonderen Anwendungsfall zu erzielen.

Bei besonderen Anwendungsfällen, beispielsweise bei den Auslegerzylindern eines Auslegerdrehkranes erfordert es die Sicherheit, daß der Steuerdrück für ein in der einen Zufuhrleitung liegendes-Ausgleichsventil von der gegenüberliegenden Zufuhrleitung abgenommen wird, wie oben erwähnt ist» so daß bei Abfall des Druckes ein Durchgehen der Last verhindert wird.

Einer der Nachteile dieser Anordnung besteht darin, daß bei der oben beschriebenen Ansteuerung des Ventiles der Druckanstieg des Steuerdruckes, der zum öffnen des Ventiles notwendig ist, plötzlich abfällt, wenn der Stellmotor sich unter der Wirkung der Last zu bewegen beginnt. Dadurch wird das Ventil geschlossen, bis sich der Druck erneut aufbaut, um es freizugeben. Dieses öffnen ; und Schließen des Ausgleichsventils wird gewöhnlich "Flattern" genannt und in einigen Fällen sind Einrichtungen in dem Ventil vorgesehen, um dieses Flattern auf ein Minimum zu beschränken,

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•beispielsweise dadurch, daß eine.Drosselöffnung zur Dämpfung der» Bewegung des Steuerventilkolbens, vorgesehen wird.

Bei, bestimmten Anwendungsfällen werden Ventile benötigt, die einen erheblichen Durchfluß aufnehmen können und dennoch in .der Lage sind, sehr kleine Flüsse ohne Flattern zu steuern. Dieses Problem ist am größten, wenn kleine, Durchflußmengen gesteuert .werden sollen, da die Bewegung des Syteuerkolbens klein ist und die Strömung zu und von dem Kolben ebenfalls klein ist, so daß eine Dämpfung der Bewegung schwer zu erreichen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hilfsgesteuertes Ventil zum Steuern des Flusses von einem Stellmotor mit nachfolgender Last, beispielsweise zum Bewegen von Kranauslagern, zur Verwendung bei Hebezeugen und zum Durchführen von Teleskopbewegungen, zu schaffen, wobei das Hauptventil offen gesteuert wird*/und so ausgeführt ist, daß das oben erwähnte Problem so klein wie? möglich gehalten wird. ·

Ein Hydraulik-Steuerventil ist daher gemäß der Erfindung dadurch

mit gekennzeichnet, daß der erste Anschluß/dem zweiten Anschluß im Inneren des Gehäuses über wenigstens eine Durchflußöffnung in Verbindung steht, deren Durchflußquer schnitt αμΓσΙι ein dagegen verschiebbares Steuerglied bestimmt ist, das durch eine Änderung eines Steuerdruckes betätigbar und zwischen einer ersten Stellung in der es die Durchflußöffnung vollständig schließt, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in der es die Durchflußöffnung bzw. die Dürchflußöffnungen vollständig offen läßt. ·

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In einer bevorzugten Ausführung s form ist das HydraiLikstellerventil so ausgebildet, daß die· Zunahme des wirksamem Euirehflussquerschnittes mit zunehmendear Sewegung des SteuergÜedes in die zweite Stellung wächst.

Das Steuerventil kann am.s einem in einer¹ Hülse gleitenden Steuerschieber, bestehen« Der Siteuerschieber ist noarmaJLerweise in seine geschlossene. Stellung durch eine Feder vorgespannt, und Steuer· durchflußö'ffnungeni sind in der Hülse angeordnet, die so smsgeiruhrt ist, daß, ein erheblicher Teil des Gesamt-Hubes des Steuerschiebers gegenüber¹ dier. Hülse notwendig ist, um kleine Durchflußmengen durch das Ventil zu· steuern, während dennoch große Durchflußmengen ohne eine übermäßige Bewegung des "Ventilschiebers durchgelassen werden. Das Ventil ist so ausgeführt, daß die Zunahme des Durchflußquerschnittes des Durchflußkanales, der durch die Bewegung des Steuerschiebers entlastet wird, während der anfänglichen Bewegung des Steuerschiebers klein ist und mit zunehmender Bewegung des Steuerschiebers zunimmt. Das Ventil kann so ausgeführt sein, daß sich der Durchflußquerschnitt quadratisch oder mit der dritten Potenz oder nach einer beliebigen Charakteristik mit der Bewegung des Ventilschiebers vergrößert.

Es ist zu beachten, daß der wirksame Querschnitt der Durchflußöffnungen durch die Form von Bohrlöchern und/oder Mündungen mit besonderer Formgebung in der Hülse gesteuert wird, deren "Größe, zunehmend wächst, während sie von dem Ventilschieber freigegeben werden. Die Löcher oder Mündungen können auch gegebenenfalls in dem Steuerschieber angeordnet sein.

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Ein Abschnitt mit größerem Durchmesser kann an einem Ende des Ventilsteuergliedes vorgesehen sein, wobei dieser Abschnitt eine Ringkammer bildet, die sich um das Steuerglied in dem Hauptgehäuse des Ventiles erstreckt und die mit einem Zufuhranschluß für die Fernsteuerung, der.in dem. Hauptkörper vorgesehen ist, in Verbindung steht. ■

Diese große anfängliche Bewegung des Steuerschiebers, die zur Freigabe eines verhältnismäßig kleinen Durchflußquerschnittes notwendig ist, vereinfacht die Dämpfung des Ventilflattern. Die Dämpfungsöffnung kann entweder in der Zufuhrleitung für den Steuerdruck oder so angeordnet sein, daß das Strömungsmittel hinter dem Ventil beim Öffnen durch sie hindurchgedrückt wird.

Der Steuerschieber und die Hülse können von einer ringförmigen Zuflußkammer in den Hauptkörper des Ventiles umgeben sein, wobei der erste Anschluß mit der Zuflußkammer und der zweite Anschluß mit dem Steuerschieber in Verbindung steht.

Häufig wird bei diesem Ventiltyp gefordert, daß ein freier Durchfluß in der entgegengesetzten Richtung erfolgen kann. Dazu wird in einigen Fällen ein getrenntes Nebenflußventil verwendet. Es ist jedoch schwierig, solch ein Ventil in bekannten Ventilkonstruktionen vorzusehen und dennoch den Niederdruckverlust in engen Grenzen zu halten. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist es möglich, das Haupisentil durch ein kleines Einwegventil weit zu ·. öffnen, das sich in Richtung des freien Durchflusses öffnet. Das Innere des Gehäuses und der Ventilschieber können eine Nebenflußkammer bilden, die durch ein Einwegventil mit der Zuflußkammer

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verbunden ist, wobei das Einwegventil die Strömungsmittelkänäleu; von der Zuf lußkanuner zu der Nebenflußkammer schließt. ■""'": v-

Die Drosselmündung kann in der Bohrung des Ventilschiebers vorgesehen sein. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil; Fig. 2 eine teilweise geschnittene Endansicht des Ventils;

Fig. 3 ein Schaltbild, wobei eine mögliche Verwendungsform des erfindungsgemäßen Ventils dargestellt ist; und

Fig. f eine graphische Darstellung einer Ventilcharakteristik, die mit dem erf in dungs gemäßen Ventil erzielt werden kann.:

Das Gehäuse des Ventils weist einen HauptzufuhranSchluß 12 von einem Stellmotor und einen Zufuhranschluß 2 6 zu dem Hauptsteuerr ventil auf. Eine Hülse 2 ist in einem Gehäuse 1 durch eine Endkappe 3 gehalten. Ein Steuerglied in der Form eines Schiebers 4 j ist in der Hülse 2 gleitbar gelagert. Der Schieber wird in·eine

geschlossene Stellung durch eine Feder 5 vorgespannt« Der Schie- ι ber und die Hülse sind von einer ringförmigen, von dem Zufuhr- ; anschluß 12 gespeisten Zuflußkammer umgeben. Die in der Hülse 2 ! enthaltenen öffnungen 6 zur Steuerung des Durchflusses sind so / j

i angeordnet, daß die Zunahme des wirksamen Durchflußquerschnittes, i

der durch den Schieber freigegeben wird, anfänglich klein ist :

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"und- mit"zunehmender Bewegung des Schiebers in seine vollständig geöffnete Stellung . Die Durchmesser des Schiebers- 4 sind so vorgesehen, daß der Durchmesser 13 größer als der Durchmesser 14 ist, so daß eine Ringkammer 8 zur Betätigung durch einen über ehe Mündung 7 zugeführten Steuerdruck gebildet wird.

Ein kleines Einwegventil 11 weist einen Sitz 15 auf_s der normalerweise durch einen Ventilkegel oder eine Kugel 16 und eine Feder verschlossen ist. Diese Einwegventileinrichtung wird in ihrer Lage durch einen Stopfen 18 gehalten. Kanäle 19 gestatten einen Durchfluß des Strömungsmittel, beispielsweise öl, von einer Nebenflußkammer 9 in dem Gehäuse 1 durch das Einwegventil 11 zu dem ZufuhranSchluß 12, während das Einwegventil einen Durchfluß in der umgekehrten Richtung sperrt.

Eine Endkappe 2ο und eine Dichtung 21 verhindern, daß Strömungsmittel in die Atmosphäre austritt. Die Endkappe 2ο dient auch als Sitz für eine Feder 5. Ein Verschlußstück 22 ist vorgesehen, unPderi Kanal zwischen der Kammer 9 und dem Einwegventil H gegen die Atmosphäre abzudichten. Die Kammer 9 ist an einem Ende durch eine Dichtung 2 3 und an dem anderen Ende durch die Dichtung 21 in der Endkappe 2ο abgedichtet.

Die Ringkammer 8 ist an einem Ende durch die Dichtung 2 3 in dem Schieber 4- und dem anderen Ende durch den Paßsitz des Durchmessers 14 in der Hülse 2 abgedichtet. Eine Dichtung 24 verhindert einen ■Leckfluß von der Ringkammer 8 zu dem Anschluß 12, während eine Dichtung 25 einen Leckfluß von den Anschlüssen 12 und 2 6 zur Atmosphäre verhindert. Ein Leckfluß von dem Anschluß 12 zu dem

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Anschluß 2 6 wird durch den Paßsitz des Schiebers 4 in der Hülse 2 bei 2 7 verhindert. - - .

Betriebsweise . "

Das Ventil wird im allgemeinen wie in Fig. 3 dargestellt an einen Stellmotor angeschaltet, der ein hydraulischer Hubzylinder oder eine andere Vorrichtung sein kann, bei der die Steuerung der Geschwindigkeit einer nachfolgenden Last durch Drosselung des aus dem Stellmotor austretenden Strömungsmittels erfolgt. Der durch die Last erzeugte Druck wird von dem Stellmotor auf den Anschluß 12 übertragen und kann nicht entlastet werden, da die Durchfluß-Steueröffnungen 6 durch den Schieber 4 abgedeckt sind. Wenn der Stellmotor in Richtung der von außen auf ihn wirkenden Kraft verschoben werden soll, wird die Oberseite des Stellmotors mit Druck beaufschlagt, der in Richtung der Kraft wirkt, und gleichzeitig wird dem Steueranschluß 7 und daher der Ringkammer 8 ein Steuerdruck zugeführt. Der Druck wirkt auf den Schieber 4 und -bewegt diesen gegen die Wirkung der Feder 5.* · " ^:"

Während sich der Schieber bewegt, gibt er zunehmend Öffnungen 6 in der Hülse 2 frei, so daß ein Strömungsmittelfluß von dem Anschluß 12 zu dem Anschluß 2 6 und von dort zu dem Steuerventil ■■"-erfolgen kann. Die Öffnungen 6 in der Hülse 2 sind so angeordnet", daß bei einer erheblichen anfänglichen Bewegung des Schiebers nur eine geringe Zunahme des Durchflußquer schnittes erfolgt".

Der Bremsdruck, in dem Anschluß-12 wirkt auch auf den Ventilkegel· oder die Kugel 1-6 in dem Einwegventil"-M₃-: um ^;3as Ventil ge-' - ' ■ schlossen zu halten". Wenn sich daher de'-r⁷· Schieber ¥ in-die* ■ ■ -_: ·

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offene Stellung bewegt, muß das hinter dem Schieber in der Kammer 9 eingeschlossene Strömungsmittel durch eine Drosselmündung Io hindurchtreten, die so groß ist> daß sich die gewünschte Ansprechzeit und DämpfungsCharakteristik ergibt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt der Steuerdruck auf die Differentialkolbenfläche zwischen den Durchmessern 13 und des Schiebers 4. Es ist jedoch zu beachten, daß die Fernsteuerung auch über einen getrennten Steuerkolbeh erfolgen kann, der auf den Schieber 4 wirkt.

Der Steuerdruck kann auf einen bestimmten Anwendungsfall dadurch eingestellt werden, daß die Fläche der Steuerkammer 8 und/oder die Stärke der Feder 5 verändert wird.

Wenn ferngesteuerte Sperrventile in dem Hydraulikkreis vorgesehen sind, liegen diese gewöhnlich zwischen dem Stellmotor und ■ dem Bremsventil, wobei die Anordnung normalerweise so getroffen ist, daß das Bremsventil bei einem höheren Druck als dem Steuerdruck für die Sperrventile aufgesteuert wird, so daß die Steuerung der Last nach wie vor durch das Bremsventil erfolgt. Wenn das Ventil in der,, entgegengesetzten Richtung betrieben wird, wobei ein freier Durchfluß gegeben sein soll, setzt sich ein niederer •Druck in dem Zufuhranschluß 2 6 durch die Dämpfungsöffnung Io und durch das Einwegventil 11 fort. In diesem Fall öffnet sich das •Einwegventil, da der Druck in dem Anschluß 2 6 notwendigerweise geringfügig höher ist als der Druck in dem Anschluß 12. Per Fluß durch die Drosselmündung Io führt zu einem Druckabfall an der • . - Io -

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— Io -

Mündung, der auf die volle Fläche des Schiebers 4 wirkt und den Schieber gegen die Wirkung der Feder 5 in die vollständig geöffnete Stellung bewegt. Es ist zu beachten, daß das Flächenver- ■ hältnis des Schiebers 4· zu der Steuerkammer 8 gewöhnlich groß ist, so daß der zur Überwindung der Feder 5 benötigte Druck in der Richtung des freien Durchflusses im Vergleich zu dem Steuerdruck klein ist, der zum öffnen des Ventils in der entgegengesetzten Steuerrichtung notwendig ist.

Wenn der Drück in den Anschlüssen 12 und 2 6 hoch ist, beispielsweise wenn eine schwere Last auf dem Stellmotor liegt, wirkt diese Druckbelastung auf die Kammer in einer Richtung, in der auch der Druck der Feder 5 wirkt, so daß die zwischen den Anschlüssen 26 und 12 zum Öffnen des Ventils in der Richtung des freien Durchflusses notwendige Druckdifferenz erhöht wird. Diese Vergrößerung der Druckdifferenz kann dadurch überwunden werden, daß eine Leitung zwischen dem Steueranschluß 7 und dem Anschluß 26 vorgesehen wird, die ein Einwegventil enthält, das sich in Richtung zu dem Steueranschluß 7 hin öffnet. Eine Drosselstelle ist dann in der Leitung zu dem Steueranschluß 7 auf der Steuerdruckseite des Anschlusses mit dieser Leitung vorgesehen, um einen Druckanstieg von dem Anschluß 26 für die Betriebsweise mit ^: freiem Durchfluß zu erzeugen.

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Claims

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Coles Cranes Limited

Crown Works

SunderTand, County Durham ■-..-■- .

England ■ 27. Mai 1971

Anwaltsakte M-16

Patentansprüche

Hydraulik-Steuerventil mit. einem Gehäuse, das einen ersten Zufuhranschluß zur Verbindung mit einem Stellmotor und einen zweiten Zufuhranschluß zur Verbindung mit einem Hauptsteuerventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der.erste Anschluß (12) mit dem zweiten Anschluß (26) im Inneren des Gehäuses (1) über wenigstens eine Durchflußöffnung (6) in Verbindung steht, deren Durchflußquerschnitt durch ein dagegen verschiebbares Steuerglied (4) bestimmt ist, das durch eine Änderung des Steuerdruckes betätigt und zwischen einer.ersten Stellung, in der es die Durchflußöffnung (6) vollständig.. schließt, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in der es die Durchflußöffnung (6) bzw. die Durchflußöffnungenvollständig offenläßt. ■ '

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des wirksamen Durchflußquerschnittes der Durchflußöffnung (6) mit zunehmender Bewegung des Steuergliedes (4) in die zweite Stellung wächst.

3. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

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(4) ist,: der in einer. Hülse C2-) g hegz, gelagerrfc ;iSiC und dx^ch'/eine Feder: (5> in die geschlossene-Stellung vorgespannt; ist:. _; ■ . V- ·

Steuerventil. nach/Anspruch: 2·,dadurch gekennzeichnet·} daß .-ein. Ab&<3hn;|1;;f.'(l3;,} mit; ^ößerem Direliinesser/ an einem Ende des Sehiebeass Cu^ vorgesehen ist^ und ;daß .d*er^ Abselonitt. eine Ringkanrmer. C0-)■·-■ bildetj- dies um den; Schieber .C*l·) i Sehäuse CD des Ventils verläuft, und daß eine Steuerverbindung in dem Gehäuse (1) mit der Ringkammer (8) in Verbindung steht..

. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch daß der· Schieber iA) und die Hülse (2) von einer ringföranigen r in dem Sehäuse umgehen sind, und daß der er.s^te mit der Zuflufökammer und der zweite Anschluß mi1|_ (%> in Verbindung steht;..

6;, S^&uerveniiil nach Anspruch, M-, dadurch gelcennz,eichnet, daß; die Bohruificg dies Schiebers Cf) eine Brosselsielie

7. ^uepv)ent:il nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet;, daß die Innenseite des Gehäuses und der Schieber (4) eine Nebenflußlcammer bilden, die über ein Einwegventil (15, 160> mit der Zuflußkammer (12); verbunden ist, und daß das. Ein-r wegventil den. Durchfluß von Strömungsmittel von der Zufluß-* kammer zu der Nebenf lußkammei* sperrt·

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8. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuer-Durchflußöffnungen in der Hülse C2) vorgesehen sind.

9. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Steuer-Durchflußöffnungen in der Richtung fortschreitend zunimmt, in der sie von dem Schieber (4) fortschreitend freigegeben werden.

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L.iif.,..