DE2313300A1

DE2313300A1 - Ventilsystem

Info

Publication number: DE2313300A1
Application number: DE2313300A
Authority: DE
Inventors: Donald L Bianchetta; Kenneth R Lohbauer
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-10-04
Also published as: FR2176939A1; JPS5911794B2; US3771564A; BE796701A; GB1422273A; FR2176939B1; IT979935B; BR7302110D0; JPS4913726A; CA987570A; IN138717B

Description

Hamburg, den 7« März 1973 133173 0ΙΟΟ7

Priorität: 23. März 1972, USA. Pat.Anm.Nro 237255

Anmelder:

Caterpillar Tractor Go.

Peoria, 111, U.S.A,

Ventilsystem

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile und betrifft insbesondere ein modulierendes ?orsteuerventil.

Die Verwendung von Pilot- oder Vorsteuerventilen für die Steuerung des Betriebes von-Hauptsteuerventilen ist seit einiger Zeit bekannt· Vorsteuerventile ermöglichen eine !fernbedienung und, eine Verringerung der für die Betätigung von Steuerventilen erforderlichen Betätigungskraft· Eine Fernsteuerung kann durch eine Pilotsteuerung vorteilhaft preisgünstig verwirklicht werden, weil für ein Pilotsystem nur kleine Volumina und Drücke erforderlich sind*

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Aus den gleichen Gründen kann auch die erforderliche Bedienungskraft "beträchtlich herabgesetzt werden₀ Es ist "beispielsweise einleuchtend, daß hydraulisch "betätigte Maschinen, für die große Flüssigkeitsvolumina und Drücke erforderlich sind, auch den Einsatz von sehr großen Steuerventilen erfordern, für deren Betätigung eine beträchtliche Kraft notwendig ist· Gleichzeitig sind "beträchtliche Be-,. wegungen erforderlich, um die Steuerfunktion.derartiger Maschinen durchführen zu können.» Diese Faktoren machen eine Pilotsteuerung insbesondere in Steuersystemen hydraulisch betriebener Maschinen wünschenswerte Dies trifft in besonderem Maße für Maschinen zu, die hohe Drücke und große Yolumina für ihre Betätigung erfordern,, Solche Maschinen sind beispielsweise "Verladeeinrichtungeh; Bagger und hydraulische Kräne·

Bei hydraulischen Baggern besteht ein besonders großes·-■■.-'.. Bedürfnis nach einer wirksamen Pilotsteuerung desuhydraulischen Systems· Dieses Bedürfnis ist vor allem wegen-der äußerst hohen Drücke und "Volumina der normalerweise für den Betrieb dieses Systems verwendeten oder erforderlichen Flüssigkeit besonders dringend· Eine Pilotsteuerung ist bei solchen Werkzeugen vor allem wegen des sehr hohen ,;, Kostenaufwandes erwünscht, der darauf zurückzuführen, ist, daß die Steuerventile sehr nahe bei der Fahrerkabine angeordnet werden, um einen Betrieb"mit. typischen Gelenk-Systemen zu^;ermöglichen· Eine solche Anordnung der Steuerventile wuide-sehr teure Leitungen und anderes Zubehör und

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eine komplexe Anordnung der Leitungssysteme erfordern·

üin Pilotbetrieb ist also in derartigen Maschinen erwünscht wegen der zahlreichen und häufig wiederholten Steuerbewegungen, welche die Bedienungsperson bei normalen Betrieb solcher Maschinen ausführen muß«, Eine Pilotsteuerung kann

die Kräfte, welche die Bedienungsperson selbst ausüben muß, um das System zu betätigen oder zu steuern, beträchtlich verringerno Die Bedienungsperson ermüdet dadurch weniger schnell und bleibt für eine annehmbare Betriebszeit der Maschine frische

Derzeit bekannte PilotSteuersysteme haben jedoch den Nachteil, daß sie für einen Einsatz in hydraulischen Baggern nur bedingt geeignet sind_e Die bekannten Pilotsteuersysteme ermöglichen der Bedienungsperson keine genaue Steuerung und sie geben nicht das für solche Maschinen erforderliche oder zumindest erwünschte Gefühl für die Steuerung· Wegen der Natur der damit durchzuführenden Arbeit muß ein Bagger zur Ausführung von Bewegungen mit stark unterschiedliehen Geschwindigkeiten und in sehr breiten Leistungsbereichen geeignet sein» Tiele Punktionen in diesen breiten Geschwindigkeits- und Leistungsbereichen müssen unter genauer und richtiger Steuerung durch die Bedienungsperson ausgeführt werden, wenn die Maschine sicher und wirkungsvoll arbeiten solle Um die hierzu erforderliche Steuerung zu erreichen, müssen sowohl die Vorsteuerventile als auch die Steuerventile so vorgesehen werden, daß sie eine wirksame und genau steuerbare Modu-

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lation der Druckflüssigkeiten ermöglichen*

Zahlreiche Ventilkonstruktionen für eine Modulation oder Abstimmung der Steuerflüssigkeit sind bekannte Bekannte Ausführungen des Standes der Technik sind beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 2 971 536 vom 14ο Februar 1961, 3 477 225 vom 11» November 1969, 3 486 418 vom 3Oo Dezember 1969 und 3 556 155 vom 19. Januar 1971« Diese Patente veranschaulichen den Weg des Standes der Technik zu einer Modulationssteuerung eines HauptSteuerventils oder eines hydraulischen Motors_β Das Problem unterscheidet sich jedoch in jedem Pailο

Obwohl die Verfahren für eine modulierte Steuerung hydraulischer Motoren oft auf. eine Pilotsteuerung für Steuerventile anwendbar sind und umgekehrt, treten bei der abstimmbaren Pilotsteuerung besondere Probleme auf, die bei Motor-Steuersystemen fehlen« Beispielsweise hängt die für den Antrieb eines Motors erforderliche Kraft von der jeweiligen Belastung ab, während die für die Bewegung des Haupt-Steuerventils erforderliche Kraft normalerweise von dessen Stellung in Bezug auf seine Mittelstellung abhängig istο Das Vorsteuerventil wird also verstellt, um das Hauptsteuerventil einzustellen* während das Steuerventilso funktioniert, daß eine Bewegung und nicht eine Einstellung oder Verstellung des Motors erreicht wird*

Zusätzliche Probleme im Zusammenhang mit Pilotsteuersystemen werden durch die Tatsache verursacht, daß die in-

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direkte Verbindung zwischen dem von einer Bedienungsperson von Hand betätigten Bedienungshebel und dem Haupt-Steuerventil zu einem Verlust des Gefühls für die Steuerung des Werkzeuges führte Das typische Ergebnis dieses fehlenden Gefühls für die Werkzeugsteuerung ist eine sprunghafte und unberechenbare Bewegung des Werkzeugs ο Der Betrieb der Maschine ist daher oft zufallsabhängig,gefährlich und unwirtschaftliche

Die Erfindung bezweckt deshalb hauptsächlich, ein Vor— steuerventil zu schaffen, welches die vorstehenden Nachteile des Standes der Technik vermeidet«, Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Vorsteuerventils, welches so arbeitet, daß eine genaue Steuerung eines Steuerventils erreicht wird«

Nach der Erfindung wird ferner ein Vorsteuerventil geschaffen, welches geeignete Modulations- oder Abstimm— Mittel aufweist, die so wirken, daß eine genaue und richtige Steuerung über ein Haupt-Steuerventil erreicht wird»

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Modulations- oder Abstimmeinrichtung für ein Vorsteuerventil vorzusehen, welche so arbeitet, daß eine genaue Zunahme im Steuerdruck für die Betätigung des Haupt-Steuerventils erreicht wird*

Ein erfindungsgemäßea Vorsteuerventil zur Betätigung eines Haupt-Steuerventils weist eine Drosseleinrichtung zur Modulierung der Steuerflüssigkeit auf, um eine beschleunigte Be-

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tätigung des Haupt-Steuerventils an jedem Ende des Modulations- oder Abstimmbereiches des Hauptventils zu "bewirken und einen erweiterten Abstimm-bereich für eine wirk same und genaue Steuerung des Haupt-Steuerventils durch eine Bedienungsperson zu erreichen< > Die Drosseleinrichtung zur Modulierung der Steuerflüssigkeit führt er— findungsgemäß zu genauen Steigerungsraten des Steuerdruckes, um eine vollständige und genaue Steuerung der Stellung des Haupt-Steuerventils zu erreichen*

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in welchen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und anhand von Funktionsdiagrammen beispielsweise dargestellt ist« Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnitt-Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen VorSteuerventils,

Figβ 2 eine graphische Darstellung der gegen die Steuerbewegung aufgetragenen Werkzeuggeschwindigkeit und

Figo 3 eine graphische Darstellung der Arbeitsbewegung des Ventilschiebers in Abhängigkeit vom Pilot— oder Vorsteuerdruck,

Figo 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung mit einem allgemein mit 10 bezeichneten Pilot- oder Vorsteuerventil. Die dargestellte

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Ausführungsform dieses Ventils besitzt ein Gehäuse 12 mit zwei im wesentlichen parallelen, zylindrischen Bohrungen 14 und 14S i*¹ welchen jeweils gleich aufgebaute Steuerschieber 16 und 16' hin— und herb«wegbar angeordnet sind« Durch einen Einlaßkanal 18, welcher beide Bohrungen kreuzt, wird von einer Pumpe 20 unter Druck gesetzte Flüssigkeit zugeführt, welche durch die Steuerschieber zu verschiedenen Auslässen geleitet wird« Zwei Überstrom- oder Eückströmkanäle 22 und 24, über welche !Flüssigkeit zu einem Sammelbehälter 26 zurückströmen kann₉ kreuzen die beiden Bohrungen 14 und 14' auf gegenüberliegenden Seiten des Einlaßkanalse Pilot- oder Vorsteuerkanäle 28, 30 und 28^f, 30' sind an jeweils eine der Bohrungen 14 bzw« 14' angeschlossen, um für die Pilot-Steuerflüssigkeit eine Verbindung zu einem Haupt-Steuerventil herzustellen. Weil die beiden Steuerschieber gleich ausgebildet sind, wird im folgenden nur einer in seinen Einzelheiten beschrieben· Die entsprechenden Teile des anderen Steuerschiebers tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem zusätzlichen Apostroph»

Jeder der Verteilerschieber 16 besitzt ringförmige Einschnitte 32 und 34» zwischen welchen ein mittlerer Absatz 36 ausgebildet ist» Zwei weitere Einschnitte 38 und 40 sind außerhalb der vorher erwähnten Einschnitte angeordnet, wodurch Absätze 42 und 44 gebildet werden« Diese Abschnitte steuern im Zusammenwirken mit einer Anzahl noch

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zu beschreibender Öffnungen die Flüssigkeitsströmung vom Einlaß zu den Pilotkanälen und den Rückströmkanälen» Abstimm— oder Reguliermittel in Form einer Anzahl von Dosierschlitzen und -Öffnungen sind für eine Regulierung bzw. Modulation der Steuerflüssigkeit vorgesehen, um eine einheitlich abgestufte oder mehrstufige Betätigung des Steuerventils zu erreichen·

Die Dosiermittel bestehen aus einer ersten Öffnung 46» die eine unveränderlicheinicht einstellbare Verbindung zwischen dem ringförmigen Einschnitt 32 und der äußeren Mantelfläche des Absatzes. 36 herstellt, und aus einer zweiten unveränderlichen Dosieröffnung 48, die eine Verbindung zwischen dem Ringeinschnitt 34 und dem Außendurchmesser des Absatzes 36 bildete Ferner sind Querschlitze 50 und vorgesehen, um die Öffnungen 46 und 48 unverzüglich wirksam zu machen, nachdem der Steuerschieber in eine vorbestimmte Stellung bewegt wurde₉ in welcher die Kante des Schlitzes in den Einlaßkanal eintritt» Veränderliche Öffnungen 54 und 56 arbeiten parallel mit den oben beschriebenen unveränderlichen Öffnungen« Die Öffnungen 54 und 56 bestehen aus Schlitzen, die sich von den Einschnitten 32 bzw» 34 bis in den zentralen Absatz 36 erstrecken* Die Nuten oder Schlitze 54 und 56 sind derart ausgebildet, daß unmittelbar nachdem die unverstellbaren Öffnungen 46 und 48 ihre volle Wirksamkeit erreicht haben, eine ZeitabStimmung oder Steuerung derart beginnt, daß Verbindungen zwischen dem Einlaßkanal 18 und den Auslaßkanälen 28 und 30 sofort ein

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bestimmtes Mindestmaß erreichen und von diesem Mindestmaß allmählich bis zur vollen Öffnung des Pilot-Ventils zunehmen»

Zwei weitere Dosieröffnungen oder -Kanäle 58 und 60 sind in Serie mit den vorstehend erwähnten Dosieröffnungen angeordnet und,steilen jeweils eine Verbindung zwischen den innen liegenden Einschnitten 32 und 34 und den außen liegenden Einschnitten 38 und 40 her_o Diese Kanäle sorgen für einen Vorsteuerabfluß für die Steuerleitungen 28 und 30, wenn das Ventil 16 in seiner neutralen Stellung istο Damit tritt .wenigstens während eines Teiles der Zeit, in der über die Einlaßöffnungen eine Verbindung zwisohen dem Einlaß 18 und den Steuerkanälen 28 und 30 besteht» ein Druckabfall aufo Die Kanäle 59 und 60 sind wirksam, wenn die äußeren Einschnitte 38 und 40 mit den Auslaßkanälen 22 und 24 in Verbindung stehen, sie werden jedoch schlagartig unwirksam, sobald durch die Verschiebung oder Bewegung der Einschnitte die Verbindung zwischen ä einem dieser Einschnitte und dem Auslaßkanal abgeschnitten isto

Wegen der für die öffnungen und Kanäle des Verteilerschiebers 16 erforderlichen kritischen Ausrichtung sind geeignete Mittel vorgesehen, um eine Drehung des Schiebers zu verhindern« Diese Mittel zur Drehsicherung des Schiebers bestehen aus einer darin ausgebildeten Anflächung 62, welche mit der Stirnfläche eines Bolzens 64 zusammenwirkt, der in einer Bohrung 66 beispielsweise mittels einer Abschlußschraube 68 gehalten ist_e

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Ferner sind geeignete Mittel für die Zentrierung des Schiebers vorgesehen, welche vorzugsweise wie dargestellt ausgebildet sind, jedoch auch irgendeine andere übliche Form aufweisen können. Die Zentriermittel müssen jedoch in geeigneter Weise derart eingestellt werden, daß sie auf andere Abstimm- oder Einstellfunktionen des Ventils abgestimmt sind und damit zur Erzielung der erfindungsgemäß angestrebten neuen und vorteilhaften Wirkung beitragen· Bei der bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise eine erste Feder für die Zentrierung des Schiebers vorgesehen, und eine zweite Feder kommt dann bei einem bestimmten Punkt zur Wirkung, gerade bevor die Regel- oder Abstimmwirkung einsetzte

Das vorstehend beschriebene Torsteuerventil ist bei der dargestellten Ausführungsform für die Steuerung oder den Betrieb eines angeschlossenen Haupt—Steuerventils 72 vorgesehen. Das Vorsteuerventil ist über Steuerleitungen und 76 an Druckkammern 78 und 80 des Haupt-Steuerventils angeschlossen« Der Druck in den Kammern 78 und 80 wirkt auf die Enden eines Steuarsehiebers 82, um diesen in ausgewählte Steuerstellungen zu bewegen»

Das dargestellte Ventil, anstelle dessen auch irgendein anderes geeignetes Ventil verwendet werden könnte ₉ hat eine neutrale Mittelstellung und liefert, wenn es aus dieser Mittelstellung nach der einen oder anderen Seite

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verstellt wird, Druckflüssigkeit für den Betrieb einer zweiseitig arbeitenden Antriebsmaschine in jeweils einer Richtungβ Dieses typische Hauptsteuerventil besitzt die üblichen Mittel für die Regulierung der Steuerflüssigkeit e Der Ventilschieber besitzt auch den üblichen Unempfindliohkeitsbereioh, um eine geeignete Dichtung der Ventilstange zu erreichen_o Der Unempfindlichkeitsbereich ist eine tote Zone, welche als diejenige Bewegung des Ventils definiert werden kann, die vor dem Eintreten irgendeiner Ventilwirkung auftritt·

Die Wirkungsweise des Pilotventils der vorliegenden Erfindung kann am besten in Verbindung mit den Diagrammen in Mg. 2 und 3 erläutert werden, welche außerdem noch wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigen·

In Mgο 2 ist mit der ausgezogenen Linie der bei üblichen Ventilen im allgemeinen erforderliche Betätigungshub» d.h. die Bewegung des Bedienungshebels, in Prozent dargestellt» Eine Abstimmung oder Modulation der Geschwindigkeit dee gesteuerten Gerätes oder Werkzeuges über den vollen Geschwindigkeitsbereioh von O - 1OO# tritt dabei nur etwa im mittleren Drittel des Verstellbereiches des Bedienungshebels auf. Wie die ausgezogene Linie zeigt, muß das konventionelle Ventil von O bis etwa 33# (Punkt A) seines gesamten Verstellbereichs bewegt werden, bevor irgendeine Bewegung des gesteuerten Gerätes oder Werkzeuges eintritt. Der Regelbereich erstreckt eich dann von 33#? wo die Be-

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wegung des gesteuerten Gerätes beginnt, bis zu etwa 66 $ (Punkt Β) des Betätigungshubes des Bedienungshebels, wo die gesteuerte Gerätegeschwindigkeit den vollen Wert von 100$ erreichte Die Bewegung von diesem Punkt bis 100$ des Betätigungshubes (Punkt C) erfolgt wieder in der toten Zone, die üblicherweise erforderlich ist um den Durchflußweg über den Steuerschieber von Verunreinigungen freizuhalten und damit eine ungestörte Strömung zu gewährleisten«

Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Vorsteuerventils ist durch die gestrichelte Linie dargestellt, welche veransohaulicht, daß sich die tote Zone am Anfang des Betätigungshubes nur bis etwa 15 - 18$ (Punkt D) erstreckt, und daß sich der Regelbereich von diesem Punkt bis zu etwa 80 - 85$ (Punkt E) des gesamten Verstellbereiches des Bedienungshebels erstreckte Die erfindungsgemäße Verwendung eines Vorsteuerventils führt also zu einer vorteilhaften Verkleinerung der toten Zone des Betätigungshubes des Bedienungshebels und gleichzeitig zu einer Erweiterung des Regelbereichs auf etwa 65$ des gesamten Betätigungshubes ο ·

figο 3 dient zu Veranschaulichung der gestriohelt dargestellten Arbeitsbewegung des Steuerschiebers des Vor— steuerventile im Vergleich mit der ausgezogen dargestellten Arbeitsbewegung des Steuerschiebers des Hauptsteuerventils, die jeweils gegen den Pilot-Steuerdruck aufge-

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tragen- sind,» Die Darstellung zeigt anschaulich, die durch den Pilot-Steuerschieber erreichte Übersetzung oder Vervielfachung der Bewegung des Haupt-Steuerschiebers« Ein Vergleich der beiden Diagramme zeigt deutlich die Vorteile eines erfindungsgemäß aufgebauten Pilot-Systemsο Einander entsprechende Punkte sind in beiden Diagrammen mit den gleichen Buchstaben bezeichnet»

Die Querschnitte 50 und 52 im Steuerschieber, siehe i*ig« stehen über die Öffnungen 46 und 48 mit den Einschnitten 32 und 34 in Verbindung, um Pilot-Steuerdruck zu den Kanälen 28 und 30 zu leiten, wenn der Schieber aus seiner neutralen Ruhelage bewegt wird. Die Querschlitze ermöglichen, daß die unveränderlichen Öffnungen 46 und 48 bereits bei einer sehr kleinen Verstellbewegung des Schiebers fast schlagartig wirksam werden* Der hierfür erforderliche Weg beträgt bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise 0_o031^lf, etwa (0,79 mm)_e Die durch die zweite Öffnung 58 oder 60 bewirkte, vom jeweils gerade wirksamen Raum der ersten Öffnung 46 oder 48 abhängige Drosselung führt zur Einstellung des aufgebauten Pilotdruckes· Die beiden jeweils in Serie geschalteten öffnungen ermöglichen eine genaue Steuerung des Pilotdruckes und führen vom Zeitpunkt des Beginns der Öffnung des Querschlitzes 50 oder 52 (Punkt i¹) bis zur vollen Öffnung (Punkt D) zu einer hohen Steigerungsrate des Pilotdruokes· Diese primäre lingangs-Drosseiung steigert den Pilotdruck entlang der gestrichelten Linie in Jig, 3 vom Punkt F

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bis zum Punkt D und führt im Ergebnis zu einem Pilot— druck, der ausreicht, um das Haupt-Steuerventil von 0 bis zum Punkt L zu bewegen, wo die Modulation der Haupt-Steuerströmung beginnt» Der Punkt D in Figo 3 entspricht dem. Beginn des wirksamen Regelbereiches des Bedienungshebels des Vorsteuerventils bei etwa 16$ des gesamten Verstellbereiches, siehe Fig« 2· Die Steigerungsrate des Pilotdruckes zwischen den Punkten D und G- ist niedrig in Bezug auf die Bewegung des Bedienungshebels, um eine allmählich zunehmende Bewegung des Haupt-Steuerschiebersim Hegelbereich zwischen den Punkten L und M zu erreichen. Der Punkt M entspricht dem Ende des Regelbereichs des Bedienungshebels des VorsteuerJientils, siehe Punkt E in Fig. 2_O Vom Punkt Gr zum Punkt H des Hubweges des'Pilotsteuerschiebers, siehe Fig. 3, ist die zweite Öffnung 58 oder 60, siehe Fig. 1, gesperrte Dies führt im Ergebnis zu einem Anwachsen der Steigerungsrate des Druckes vom Punkt G- zum Maximaldruck des Pilotsystems bim Punkt H, durch den der Haupt-Steuerschieber vom Punkt M in seine äußerste Stellung bewegt wird, siehe Punkt N₀ Diese hohe Druck-Steigerungsrate während der beschriebenen Bewegung des Pilot-Steuerschiebers führt zu dem vorteilhaften Ergebnis, daß nur noch etwa 16$ des gesamten Betätigungshubes des Bedienungshebels vom Punkt E zum Punkt 0 in Fig, 2 durchzuführen ist, um die .Bewegung des Haupt-Steuerschiebers in der toten Zone zwischen den Punkten M und Έ auszuführen·

Die physikalischen Besonderheiten des Vorsteuerventils

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werden verdeutlicht durch die nachfolgende Diskussion der beim Verschieben der Ventilstangen und der Ventilsehieber—Bewegung über den gesamten Verstellbereich von etwa 0,312" (7»92 am) nacheinander auftretenden Vorgänge· Der Anfang des Verstellweges des Steuerschiebers in beliebiger Sichtung von O bis etwa 0,031^M (0,79 hüb) ist eine tote Zone» die für die Abdichtung erforderlich ist und die Ströiaungserfordernisse und Toleranzen des Pilotsy·- stems auf ein Mindestmaß herabsetzt« Die Wirkung der unveränderlichen Öffnungen mit den Bohrungen 46 und 48 beginnt beim Punkt P bei etwa 0,031" (0,79) mm· Die volle Wirkung wird etwa bei 0,062^M (1,58 mm) im Punkt D der Arbeitabewegung der Ventils tätige erreicht, wo der Pilotleitungsdruck etwa 40 PSI (2,8 kg/cm²) beträgt. Die weitere Bewegung des Pilotschiebers bis etwa 0,07" (1,78 mm) ergibt einen Pilotdruck von etwa 50 PSI (3»5 kg/cm ), und der Steuerschieber hat sich von 0 im Punkt J bis etwa 0,22 ^M (5,6 mm) im Punkt L bewegt.

Wenn sich der Pilotschieber von etwa 0,07 bis 0,250" (1,78 bis 6,35 mm), das ist bis zum Punkt G-, bewegt, nimmt der wirksame Raum der ersten Öffnung zu, weil die veränderlichen öffnungen in 3?orm des Schlitzraumes 54 oder 56 zum Baum der Bohrung 46 oder 48 hinzukommen, so daß der Pilotdruck proportional zur Schieberbewegung auf einen Maximalwert von etwa 175 PSI (12 kg/cm ) im Punkt G ansteigt« Der Steigerungsrate des Pilotdruckes zwischen den Punkten D und G- ist geringer als der Anstieg zwischen den

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Punkten ϊ¹ und D und führt somit zu einem breiten gesteuerten Abstimm-· oder Regelbereich» Der zweite unveränderliche Kanal 58 wird bei etwa 0,250" (6,35 mm) im Punkt G der Schieberbewegung gesperrt, und der Pilotdruck steigt dann sehr schnell auf den maximalen Systemdruok von etwa 325 PSI (23 kg/cm²) im Punkt H₀ ·

Die ausgezogene Linie in ELgο 3 zeigt die Bewegung des Haupt-Steuerschiebers für die vorstehend beschriebenen Bereiche der Pilotdrücke_o Der Haupt—Steuerschieber, der das Betätigungsglied des hier beschriebenen Steuersystems bildet, besitzt eine Zentrierfeder, die einen Betätigungsdruck von nur etwa 20 PSl (1,4 kg/em ) erfordert, um eine Bewegung des Steuerschiebers vom Punkt J einzuleiten und nur etwa 21 PSI (1,47 kg/cm ), um den Punkt K bei etwa 0,156" (3»96 mm) des Betätigungsweges des Steuerschiebers zu erreichen© Bei diesem Punkt kommt der Haupt-Steuerschieber mit der zweiten, auch als Regelfeder bezeichneten Peder in Berührung_o Ein Pilotdruck von etwa 50 PSI )3»5 kg/cm ) ist' erforderlich, um diese Jeder in Verbindung mit der Zentrierfeder soweit zusammenzudrücken,, bis der Punkt L bei etwa 0,219" (5,55 mm) des Verstellweges des Hauptschiebers erreicht ist, in welchem der Abstimm- oder Modulationsbereich beginnt· Das Pilotventil liefert diesen Druck bei etwa 0,07" (1,78 mm) im Punkt D, also in einer Stellung, die beträchtlich weniger als 1/3 des gesamten Verstellbereiches von 0,312" (7,92 mm) ausmacht« Der Steuerschieber des HauptSteuerventils erfor-

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dert 175 PSI (12 kg/cm ) Betätigüngsdruck, um bei einer Verschiebung um etwa 0,476" (12,6 mm) den Punkt M zu erreichen, der am Ende des Abstimmbereiches liegt» Dieser Druck tritt bei etwa 0,250" (6,35 mm) im Punkt G des Betätigungsweges des Pilotschiebers auf. Die Verschiebung des Haupt—Steuerschiebers über den vollen Verstellbereich bis etwa 0,688" (17,48 mm) im Punkt N erfordert einen Betätigungsdruck von etwa 275 PSI (19 kg/cm ). Der Betätigungsdruck wächst bei etwa 0,250" (6,35 mm) Verstell— weg des Pilotschiebers schnell auf 325 PSI (23 kg/cm²) im Punkt H und bleibt auf diesem Wert bis zum Punkt I bei etwa 0,31" (7,9 mm) so daß die Strecke zwischen den Punkten H und I wiederum beträchtlich weniger als 1/3 des gesamten Verstellweges des Pilotschiebers beträgt*

Die relative Stellung des Pilotschiebers und des Haupt·« Steuerschiebers sowie der Pilotdruck für die Bewegung des Haupt- Steuerschiebers für eine gegebene Stellung kann für jede beliebige Stellung einfach dadurch ermittelt werden, daß vertikale und horizontale Linien zwischen den Kurven und den Koordinaten der Darstellung in ÄLg_e 3 projiziert werden» Um beispielsweise den Verstellweg des Haupt-Steuerschiebers bei einer Verstellung des PilotSchiebers um 0,10" (2,54mm) zu bestimmen, wird von dieser Stelle der horizontalen Achse eine senkrechte Linie bis zur gestrichelte dargestellten Steuerkurve des Pilotsohiebers gezogen· Dann wird eine horizontale Linie nach rechts bis

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zum Schnittpunkt mit der ausgezogen dargestellten Kurve des Haupt-Steuerschiebers projiziert* Die senkrechte Projektion dieses Punktes trifft bei etwa 0,26" (6,6 mm) auf die horizontale Achse« Bei einer Verschiebung des PiIo tschieb er s um 0,10" (2,54 ¹^¹¹¹) wird also der Haupt-Steuerschieber um 0,26" (6,6 mm) verstellt„ Durch Projektion der zwischen den beiden Kurven verlaufenden horizontalen Linie auf die vertikale Achse ergibt sich für die Bewegung des Haupt-Steuerschiebers um 0,26" (6,6 mm) ein Pilotdruok in Höhe von etwa 70 PSI (4-,9 kg/cm ).

Die vorliegende Erfindung zeigt also eine vorteilhafte Vorsteuerventil-Anordnung mit Mitteln für eine abgestufte und modulierte Steuerung, für eine Erweiterung des Abstimm— oder Regelbereiches des Hauptsteuerventils und für eine Verringerung der toten Zone in diesem Bereiche Erfindungsgemäß erfolgt ein schneller Druckanstieg für die Verschiebung des Haupt-Steuerventils durch Stellungen in der unwirksamen oder toten Zone bis zu einem Punkt, inklem die Modulatione oder ^:Regelung einsetzt« Bei diesem Punkt erfolgt der Druckanstieg nur noch allmählich über einen weiten Verstellbereich des Vorsteuerventils, so daß ein erweiterter Regel- oder Steuerbereich für den Hauptvantil-Schieber erzielt wird« Am Ende des Regelbereichs erfolgt wieder ein schneller Druckanstieg, um das Haupt-Steuerventil schnell in seine voll geöffnete Stellung zu verschieben·

- PATENTANSPRÜCHE -

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Claims

PATSNTANSP RüO H E

1·/Ventilsystem mit einem Haupt-Steuerschieber zur Steuerung des Zuflusses von Druckflüssigkeit für den Betrieb eines Hydraulikmotors und mit einem an eine DruckflüssigkeitsQLuelle angeschlossenen Vorsteuerventil, welches die Druckflüssigkeit dem Haupt-Steuerschieber zuleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (10) eine seiner Steuerbewegung zugeordnete Abstimmeinrich— tung aufweist für eine modulierte Steuerung der Druckflüssigkeit, für eine beschleunigte Bewegung durch einen Unenifindliehkeitsbereich des Haupt-Steuerschiebers (82) und für eine im wesentlichen proportionale Bewegung des Haupt—Steuerschiebers durch einen Abstimmbereiche

ο Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung zur Herstellung einer wirksamen ELüssigkeitsverbindung von einem Piloteinlaß (18) zu einem Pilot-Steuerkanal (28,30) einen sich in axialer Richtung von einem ringförmigen Einschnitt (32, 34) in einen Absatz (36) des Pilotsteuerschiebers (16) erstreckenden Schlitz (54, 56) aufweist, und daß von dem Einschnitt ein Durchlaßkanal (46, 48) zu einem Querschlitz (50, 52) des Steuerschiebers führte

3ο Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung eine unveränderliche Öffnung (46, 48) und eine Einrichtung zu einer bei Bewegung des

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Steuerschiebers (16) im wesentlichen unverzüglichen Herstellung einer Verbindung mit dieser Öffnung aufweist O

4ο VentilsystCTi nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung aus einem im Steuerschieber vorgesehenen Querschlitz (50, 52) besteht»

5ο Ventilsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß,ein Schlitz (54, 56) veränderlicher !Tiefe zur Herstellung einer mit der unveränderlichen Öffnung (46, 48) parallel wirkenden Verbindung vorgesehen isto

6ο Ventilsystem nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des Druckes in der zu einem Pilot-Steuerkanal (28, 30) bestehenden Verbindung unter den Druck der Druckflüssigkeitsquelle (20, 26) eine mit der unveränderlichen Öffnung (46, 48) in Serie liegende Öffnung (58, 60) vorgesehen ist_o

7* Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung eine erste bei Beginn der Bewegung des Pilot-Steuerschiebers wirksame unveränderliche JÖffnung (46, 48) zum Anschluß des Druckes an den Pilot-Steuerkanal (28, 30) aufweist, daß eine der ersten Öffnung parallel wirkende veränderliche Öffnung (54» 56) zur Vergrößerung des Verbindungsraumes für die Druckflüssigkeit bei weiterer Bewegung des Steuerschiebers vorgesehen ist, und daß eine weitere mit der ersten

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Öffnung in Serie wirkende Öffnung (58, 60) zur Herabsetzung des Pilot-Steuerdruckes unter den Druck der Druckflüssigkeitsquelle vorgesehen ist_o

8ο Pilotsystem naoh einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (10) eine in einem Gehäuse (12) vorgesehene zylindrische Bohrung (14) aufweist, daß Einlaß- und Rückströmkanäle (18, 22, 24) sowie ein Pilot-Steuerkanal (28, 30) mit dieser Bohrung in Verbindung stehen, daß zur Steuerung der Verbindungen zwischen diesen Kanälen ein Steuerschieber (16) hin- und herbewegbar in der Bohrung angeordnet ist, und daß der Steuerschieber eine Abstimmeinrichtung zur Erzeugung differentieller Druckänderungen im Pilotsteuerkanal trägt«

9· Ventilsystem nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der raum- oder tiefenveränderliche Schlitz (54» 56) zur Herstellung einer zur unveränderlichen Öffnung (46, 48) parallel wirkenden Verbindung im Steuerschieber (16) des Pilot-Steuerventils ausgebildet ist·

10. Ventilsystem nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des Druckes im Pilotsteuerkanal (28p 30) auf einen unter dem Druck im Einlaßkanal (18) liegenden Wert eine mit der unveränderlichen Öffnung (46, 48) in Serie liegende öffnung (58, 60) vorgesehen ist·

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11ο Ventilsystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Parallel-Verbindung zwischen dem Einlaßkanal (18) und dem Pilot-Steuerkanal (28, 30) angeordnet iste

12ο Ventilsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinlaßkanal (18) mittig an die Bohrung (14) angeschlossen ist, daß auf jeder Seite des Einlaßkanals ein Rückströmkanal (22, 24) an die Bohrung angeschlossen ist, daß ein Pilot-Steuerkanal (28, 30) jeweils zwischen dem Einlaßkanal und einem der beiden Rückströmkanäle an die Bohrung angeschlossen ist, und daß der Steuerschieber (16) zur Steuerung der ver bindungen zwischen diesen Kanälen einen mitbig angeordneten Absatz (36) und zwei zu beiden Seiten des Absatzes ausgebildete ringförmige Einschnitte (32, 34) aufweist»

13« Ventilsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung eine erste unveränderliche Öffnung (46, 48) zur Herstellung einer bei Beginn der Bewegung des Steuerschiebers &L6) in jeder Richtung unverzüglich wirksam werdenden Verbindung zwischen dem Einlaß (18) und einem Pilot-Steuerkanal ( 28, 30) aufweist, daß sich von dem Absatz (36) .zu dem ringförmigen Einschnitt (32, 34) ein Schlitz (54, 56) erstreckt, welcher parallel mit der unveränderlichen Öffnung (46., 48) wirkt und einen erweiterten Ver-

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bindungsweg zwischen dem Einlaß (18) und dem Steuer— kanal (28, 30) bei weiterer Bewegung des Schiebers (16) herstellt, und daß eine zweite unveränderliche Öffnung (58, 60) mit der ersten in Serie liegt und eine wirksame Verbindung zwischen dem Steuerkanal (28, 30) und dem Rückströmkanal (22, 24) herstellte

14ο Ventilsystem nach Anspruch 3 und 13, dadurch gekennzeichnet j daß für die Herstellung der schlagartigen Verbindung ein Querschlitz (50, 52) im Absatz (36) ausgebildet ist, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die zweite Öffnung bei Erreichen der vollen Wirksamkeit des ringförmigen Einschnittes (32, 34) sperren«.

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