DE2326635C2 - Steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft em Steuerventil für eine hydraulische Servobetätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2, wobei das Steuerventil Bewegungen, beispielsweise eines Motors, auf die Servobetätigungseinrichtung überträgt.

Ein Steuerventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 ist aus der US-PS 10 284 bekannt Das Gehäuse dieses bekannten Steuerventils weist ein Ventilteil mit einer Druck-Einlaßöffnung und einer Druck-Auslaßöffnung und ein Verteilerteil mit Anschlußöffnungen für die Servobetätigungseinrichtung auf. Der ölstrom wird über eine Spindel gesteuert, die axial verschiebbar und drehbar konzentrisch gelagert ist. Es wird bei diesem Steuerventil der Volumenstrom durch Längsverschieben eines Kolbens gesteuert, wobei über einen Gewindeabschnitt an der Spindel und dem Gehäuse eine Drehung der Spindel in eine Axialbewegung umgesetzt wird. Es können auf diese Weise jedoch nur Drehimpulse auf die Spindel übertragen werden, so daß sich dieses Steuerventil für AnWendungsgebiete, bei denen sowohl Drehimpuls als auch axial wirkende Impulse auf die Spindel übertragen werden müssen, nicht eignet

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerventil nach dem Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1 und des Patentanspruchs 2 anzugeben, bei dem der Volumenstrom sowohl nur durch Längsver-Schiebung als auch nur durch Drehung der Ventilspindel als auch durch Überlagerung beider Bewegungen steuerbarist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst

Danach sind in dem erfindungsgemäßen Steuerventil Axial- und Drehbewegung der Spindel unabhängig voneinander durchführbar. Dabei ist das Ventilteil im Bereich des einen Endes des Gehäuses und das Verteilerteil im Bereich des anderen Endes des Gehäuses vorgesehen, und es erstrecken sich zwei in der Spindel axial ausgebildete olkanäle von dem Ventilteil zu dem VerteilerteiL Damit sowohl Drehbewegungen als auch Iineare Bewegungen und die Kombination dieser Bewegungen, die von einem Impulsmotor und einer axial verschiebbaren Vorrichtung ausgehen, über das Steuerventil auf die Betätigungseinrichtung übertragen werden können, sind nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 die olkanäle jeweils mit länglichen spiralförmigen Nuten am Außenumfang der Spindel verbunden, welche zu dem Ventilteil hin offen sind. Andererseits können derartige Bewegungen auch dadurch übertragen werden, daß, wie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegeben, die olkanäle jeweils mit länglichen spiralförmigen Schlitzen verbunden sind, die eine im Ventilteil eingesetzte Buchse durchsetzen und mit der Drucköl-Auslaßöffnung oder der Drucköl-Einlaßöffnung verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil ist aufgrund der Möglichkeit, sowohl Drehimpulse als auch axial wirkende Impulse auf die Spindel zur Volumen-Stromsteuerung zu übertragen, eine größere Zahl von Anwendungsmöglichkeiten gegeben. Darüber hinaus hat die axiale Verstellbarkeit den Vorteil, daß über die axiale Verstellvorrichtung eine bestimmte Spindelstellung einstellbar ist und damit die Wirkungsweise des Steuerventils den erforderlichen Arbeitsbedingungen bezüglich der Schaltdauer und Schalthäufigkeit in gewissen Grenzen angepaßt werden kann.

Sind z. B. die spiralförmigen Nuten bei einer axialen Verschiebung der Spindel noch nicht in Deckung mit den Drucköl-Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen, so können die Schaltgeschwindigkeit und der Schaltweg bei beiden Bewegungsmöglichkeiten in gewissen Grenzen gehalten werden, wodurch sich eine höhere Arbeitsgenauigkeit und eine angepaßte Arbeitsgeschwindigkeit erreichen lassen.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren ausführlieh beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Figuren hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A eine Seitenansicht der Spindel, die in dem in F i g. 1 gezeigten Steuerventil verwendet wird;

F i g. 2B eine Querschnittsansicht der Spindel entlang der Ebene, die durch die Linie 2B-2B in F i e. 2A anee-

deutet ist;

F i g. 2C eine Querschnittsansicht der Spindel entlang der Ebene, die durch die Linie 2C-2Cin Fig. 2A angedeutet ist;

F i g. 3 eine Querschnittsansicht des Ventilabschnitts s der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung entlang der Ebene, die durch die Linie IH-III angedeutet ist;

F i g. 4 einen Längsschnitt einer Modifikation des in F i g. 1 gezeigten Steuerventils;

F i g. 5 eine Querschnittsansicht der in F i g. 4 gezeigten Steuti einrichtung entlang der Ebene, die durch die Linie V-V angedeutet ist;

F i g. 6 eine Seitenansicht einer Buchse, die in dem in F i g. 1 gezeigten Steuerventil verwendbar ist;

F i g. 7 eine Querschnittsansicht der in F i g. 6 gezeigten Buchse entlang der Ebene, die durch die Linie VII-VII angedeutet ist;

F i g. 8 einen Längsschnitt des Steuerventils mit einer Rückkoppelungseinrichtung;

F i g. 9 eine Querschnittsansicht des Ventilabschnitts der in F i g. 8 gezeigten Einrichtung entlang der Ebene, die durch die Linie IX-IX angedeutet ist;

F i g. 10 eine Querschnittsansicht der Rückkoppelungseinrichtung, die in der in F i g. 8 gezeigten Einrichtung vorgesehen ist, und zwar entlang der Ebene der Linie X-X.

Es wird nun auf F i g. 1 der Zeichnung bezug genommen. Das Servo-Steuerventil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einer Drucköl-Einlaßöffnung 5, einer Drucköl-Auslaßöffnung 6 und einer Spindel 3 versehen ist Die Spindel 3 enthält zwei Ölkanäle 7 und 8, die parallel zueinander in axialer Richtung der Spindel 3 ausgebohrt sind, welche im Gehäuse 1 öldicht gelagert ist.

Das Gehäuse 1 ist in seiner einen Hälfte (z. B. der linken Hälfte) mit einem Abschnitt, der einen Ventilteil 25 darstellt, und in seiner anderen Hälfte (z. B. der rechten Hälfte) mit einem Abschnitt versehen, der einen Verteiler-Teil 4 bildet In der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion setzt sich dieser Verteiler-Teil 4 zusammen aus zwei Kammern 4Λ und 4.8, von denen eine jede über passende Rohrleitungen (nicht gezeigt), die an den entsprechenden Anschlußöffnungen 22 oder 23 angeschlossen werden, mit einer erwünschten hydraulischen Servoeinrichtung verbunden ist, z. B. hydraulischen Betätigungskammern an den beiden Seiten des hydraulischen Betätigungszylinders.

Die Spindel 3 führt nicht nur eine relative Drehbewegung in bezug auf das Gehäuse 1 aus, sondern auch eine geradlinige oder lineare Bewegung in axialer Richtung des Gehäuses, denn sie ist im Gehäuse 1 verschiebbar und öldicht gelagert.

Der eine in der Spindel in ihrer axialen Richtung ausgebohrte ölkanal 7 ist an seinem einen Ende (gemäß der Zeichnung dem linken Ende) gegenüber dem Ventilteil 25 offen, wobei sich dieses eine Ende unterhalb der Drucköl-Einlaßöffnung befindet, und an seinem anderen Ende (gemäß der Zeichnung dem rechten Ende) ist er gegenüber der linken ölkammer 4Λ des Verteiler-Teils 4 offen. Der andere ölkanal 8 mündet an seinem einen Ende (dem linken Ende gemäß der Zeichnung) in den Ventilteil 25 ein und an seinem anderen Ende idem rechten Ende gemäß der Zeichnung) in die rechte Ölkammer 45 des Verteiler-Teils 4. Diese Ölkanäle 7 und 8 sind mit dem Ventilteil 25 mittels radial verlaufender Ölkanäle TA und %A verbunden, die wiederum mit langen Nuten 31 und 32 kommunizieren, welche am Außenumfang der Spindel 3 ausgebildet sind. Die beiden Ölkanäle 7 und 8, die Drucköl-Einlaßöffnung 5 und die Drucköl-Auslaßöffnung 6 sind gegenseitig so angeordnet, daß, wenn der ölkanal 7 über die lange Nut 31 mit der Drucköl-Einlaßöffnung 5 verbunden ist, der ölkanal 8 mit der Drucköl-Auslüüöffnung 6 kommuniziert, und wenn umgekehrt de^r ölkanal 7 mit der Drucköl-Auslaßöffnung 6 verbunden ist, kommuniziert der öikanal 8 mit der Drucköl Einlaßöffnung 5. Die langen Nuten 31, 32 liegen beispielsweise in spiralförmiger Form vor, wie in Fig.2A gezeigt ist

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist die Drucköl-Einlaßöffnung 5 des Gehäuses 1 mit einer Ölöffnung 34 einer Bohrung 33 verbunden, die im Gehäuse 1 ausgebildet ist und zwar über einen radial verlaufenden Kanal 5A. Ferner ist die Drucköl-Auslaßöffnung 6 über einen radial verlaufenden Kanal SC und einem bogenförmigen Kanal 6/1, 6Ä mit den zwei ölöffnungen 35 und 36 der Bohrung 33 verbunden.

Die ölöffnungen 34,35 und 36 des Gehäuses 1 und die langen Nuten 31 und 32, die am Außenumfang der Spindel 3 ausgebildet sind, sind gegenseitig zueinander so angeordnet, daß, wenn die Spindel 3 aus ihrer neutralen in Fig.3 gezeigten Stellung heraus im Uhrzeigersinn gedreht wird, die langen Nuten 31 bzw. 32 auf die ölöffnungen 34 und 36 des Gehäuses 1 treffen, und wenn umgekehrt die Spindel 3 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht w>rd, treffen die langen Nuten auf die ölöffnungen 35 bzw. 34.

Wenn beim Betrieb des Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung die Spindel 3 aus ihrer in F i g. 3 gezeigten Stellung heraus im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann treffen die langen Nuten 31 der Spindel auf eine ölöffnung 34, die mit der Drucköl-Einlaßöffnung 5 kommuniziert und gleichzeitig trifft die lange Nut 32 auf eine Ölöffnung 36, die mit der Drucköl-Auslaßöffnung 6 in Verbindung steht. Die Folge davon ist, daß Drucköl in die linke ölkammer 4Λ des Verteilers 4 eingeführt wird, und zwar über die Öl-Einlaßöffnung 5, den radial verlaufenden Kanal SA, die ölöffnung 34, die lange Nut 31 und die ölkanäle TA und 7. Gleichzeitig wird Drucköl in der rechten ölkammer 4ß des Verteilers 4 über die ÖI-Auslaßöffnung 6, die ölkanäle 8 und 8Λ, die lange Nut 32, ölöffnung 36, den bogenförmigen Kanal %B und den radial verlaufenden Kanal 6Cabgeiassen.

Wenn dagegen die Spindel 3 aus ihrer neutralen Stellung heraus entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, trifft die lange Nut 31 der Spindel auf die Ölöffnung 35, die mit der ÖI-Auslaßöffnung 6 kommuniziert, während die lange Nut 32 auf die Ölöffnung 34 trifft, die mit der Öl-Einlaßöffnung 5 in Verbindung steht. Dadurch wird das Verhältnis der ölzuführung und -abführung zu und von dem Verteiler-Teil 4 gerade umgekehrt zu dem Fall, daß die Spindel 3 im Uhrzeigersinn rotiert. Die Folge davon ist daß öl in die rechte ölkammer 45 des Verteilers 4 eingeführt und aus der linken Ölkammer 4A abgeleitet wird. Aufgrund der Ausführung der spiralförmigen langen Nuten 31 und 32 ist es daher möglich, daß gleiche Arbeitsvorgänge durch eine lineare Bewegung der Spindel 3 in ihrer axialen Richtung (d. h. durch eine Gleitbewegung) ausgeführt werden können.

F i g. 4 zeigt eine Modifikation des in F i g. 1 dargestellten Steuerventils, bei der eine Buchse 2 am linken Ende des Gehäuses 1 befestigt ist. Die Innenseite der Buchse 2 steht in öldichter Berührung mit dem Außenumfang der Spindel 3.

Wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt ist, ist die Buchse 2 an ihrem Außenumfang mit drei spiralförmigen langen Schlitzen 11,12 und 13 versehen. Der mittlere Schlitz 12

steht in Verbindung mit der Drucköl-Einlaßöffnung 5, und die anderen Schlitze 11 und 13 sind über die Ölkanäle 6Λ und 6B mit der Drucköl-Auslaßöffnung 6 verbunden.

Diese drei spiralförmigen Schlitze 11, 12 und 13 der Buchse 2, die in das Gehäuse 1 eingesetzt ist, und die ölkanäle 7 und 8 der Spindel 3 bilden daher den Hauptteil des Steuerventils 10 der modifizierten Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der F i g. 5 ist die Spindel 3 des Steuerventils 10 in einer neutralen Stellung dargestellt. Wenn die Spindel aus ihrer neutralen Stellung heraus im Uhrzeigersinn gedreht wird, trifft der spiralförmige lange Schlitz 12 auf den Ölkanal 8A und die Drucköl-Einlaßöffnung 5 kommt über die Ölkanäle SA und 8 in Verbindung mit der rechten ölkammer 4ß des Verteiler-Teils 4, wodurch Öl in die Ölkammer 4ß strömt. Gleichzeitig trifft der spiralförmige Schlitz 11 auf den ölkanal 7A, und die Drucköl-Auslaßöffnung 6 wird in Kommunikation mit der linken Ölkammer 4/4 des Verteiier-Teils 4 gebracht, und zwar über den ölkanal 6Λ, den Schlitz 11 und die ölkanäle TA und 7, wodurch das öl in der ölkammer \A abgeleitet wird.

Die Zuführung und Ableitung des Drucköls zu und von den beiden Ölkammern 4A und 45 des Verteiler-Teils 4 hat zur Folge, daß öl in eine hydraulische Servo-Betätigungseinrichtung eingeführt und aus dieser herausgeleitet wird, z. B. in die bzw. aus den ölkammern an beiden Seiten eines Kolbens in einem hydraulischen Zylinder.

Wenn andererseits die Spindel aus ihrer neutralen Stellung heraus gemäß F i g. 5 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, trifft der spiralförmige lange Schlitz 12 auf den ölkanal TA, und der spiralförmige lange Schlitz 13 trifft gleichzeitig auf den ölkanal SA, was zur Folge hat, daß das Drucköl in die ölkammer 4Λ des Verteiler-Teils 4 eingeführt und aus dessen ölkammer 4B abgeleitet wird.

Ein ähnliches Ergebnis kann dadurch erreicht werden, daß man die Spindel 3 in ihrer axialen Richtung relativ zum Gehäuse 1 verschiebt Das heißt, daß, wenn man gemäß Fig.6 die Spindel 3 entlang ihrer Achse nach rechts bewegt der Ölkanal TA der Spindel 3 auf den spiralförmigen langen Schlitz 11 trifft, um Öl abzuleiten, und ferner der ölkanal SA auf den spiralförmigen langen Schlitz 12 trifft um öl einzuführen, wodurch das Drucköl aus der ölkammer 4A über den ölkanal 7 abgeleitet und in die ölkammer 4ß über den ölkanal 8 eingeführt wird. Wenn umgekehrt die Spindel 3 entlang ihrer Achse nach links bewegt wird, trifft der ölkanal 7 auf den spiralförmigen langen Schlitz 12, um öl einzuführen, und der Ölkana! SA kommuniziert mit dem spiralförmigen langen Schlitz 13, um Öl abzuleiten, so daß die Ölkammer 4A über den ölkanal 7 mit Öl gefüllt und die ölkammer 4fl über den ölkanal 8 entleert wird.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht ist die Spindel 3 mit einer rotierenden Antriebsquelle 14, z. B. einem Impulsmotor, verbunden, und zwar über eine Keilverzahnung 9, die am äußersten linken Ende der Spindel vorgesehen ist Mit dem Bezugszeichen 14Λ ist eine Buchse mit einer lnnen-Keilverzahnung bezeichnet die am Impulsmotor 14 befestigt ist Die Spindel 3 ist ferner mit einem Verstellhebel 17 verbunden, der die Spindel in ihrer axialen Richtung über einen Ring 15 und eine Verbindungsstange 16 verschiebt Die Verbindungsstange 16 ist mit ihrem einen Ende auf dem Ring 15 frei drehbar gelagert und mit ihrem anderen Ende an dem Verstellhebel 17 befestigt Der Verstellhebel 17 ist durch Abstützteile 18 und 19 frei verschiebbar gehalten, während er durch die Kraft einer Feder 21 stetig nach links gedrückt wird. Der Verstellhebel 17 kann mittels einer Einstellschraube 20 in seiner axialen Richtung eingestellt bzw. positioniert werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 8 ist eine Riemenscheibe 30 am linken Ende des Gehäuses 1 des Steuerventils 10 und gegenüber von dieser Riemenscheibe 30 eine weitere Riemenscheibe 28 angeordnet, die auf einer rotierenden Welle 27 einer hydraulischen rotierenden Betätigungseinrichtung befestigt ist. Beide Riemenscheiben 28 und 30 sind durch einen endlosen Riemen 29 miteinander verbunden, der über die beiden Riemenscheiben gespannt ist. Die Riemenscheibe 30 wird über den Riemen 29 durch die rotierende Riemenscheibe 28 angetrieben.

Diese zusätzliche Einrichtung dient dem Zweck, die Bewegung der rotierenden hydraulischen Betätigungseinrichtung 26, die an sich durch das Steuerventil angetrieben wird, auf das Steuerventil rückzukoppeln. Genauer gesagt, wenn die rotierende hydraulische Betätigungseinrichtung 26 durch das Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung über ein vorbestimmtes erforderliches Ausmaß gedreht wird, führt das Gehäuse 1 eine Folgedrehung oder eine zwangsläufige Drehung aus, und zwar über die Riemenscheibe 28, den Riemen 29 und die Riemenscheibe 30 in Abhängigkeit von dem Drehausmaß, um die ursprüngliche neutrale Lage des Gehäuses 1 und der Spindel 3 gemäß F i g. 9 aus ihrem relativen Einstellverhältnis heraus wieder einzustellen, das durch die Drehung bewirkt wurde, und um ferner den Ausgang des Steuerventils zu verlagern und zu bewirken, daß die rotierende hydraulische Betätigungseinrichtung 26 anhält Im Verhältnis zur Drehung des Impulsmotors 14 kann demzufolge eine Verdrehung oder Verlagerung der hydraulischen Betätigungseinrichtung erreicht werden.

Wie vorstehend erläutert wurde, kann das Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung durch die rotierende Antriebsquelle 14 und auch durch die lineare Antriebsquelle 17 betätigt werden, und darüber hinaus kann es durch eine zusammengesetzte Bewegung aus Drehbewegungen und linearen Bewegungen betätigt werden. Da ferner das Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung so konstruiert ist, daß der Verteiler-Teil 4 mittels geeigneter Rohrleitungen an einer erwünschten hydraulischen Betätigungseinrichtung angeschlossen werden kann, können überhaupt keine Schwierigkeiten auftreten, selbst dann nicht wenn die Steuereinrichtung an einer Stelle installiert werden muß, die von der Betätigungseinrichtung abgelegen ist Durch die Schaffung der Koppelungseinrichtung wird darüber hinaus die hydraulische Betätigungseinrichtung gemäß der ölzuführung- und-ableitung zu und von dem Verteiler-Teil betätigt dessen Bewegung auf das Gehäuse 1 rückgekoppelt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1- Steuerventil für eine hydraulische Servobetätigungseinrichtung, mit einem Gehäuse, das ein Ventilteil mit einer Drucköl-Einlaßöffnung und einer Drucköl-Auslaßöffnung und ein Verteilerteil mit Anschlußöffnungen für die Servobetätigungseinrichtung aufweist, und mit einer den ölstrom steuernden Spindel, die in dem Gehäuse axial verschiebbar und drehbar konzentrisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung und die Drehbewegung der Spindel (3) unabhängig voneinander durchführbar sind, daß das Ventilteil (25) im Bereich des einen Endes des Gehäuses (1) und das Verteileneil (4) im Bereich des anderen Endes des Gehäuses (1) vorgesehen ist und daß zwei sich von dem Venlilteil (25) zu dem Verteilerteil (4) erstrekkende Olkanäle (7,8) in der Spindel (3) axial ausgebildet sind, die jeweils mit länglichen spiralförmigen Nuten (31,32) am Außenumfang der Spindel (3) verbunden sind, wobei die Nuten (31,32) zu dem Ventil^teiI (25)^des Gehäuses (1) hin offen sind.
2. 2. Steuerventil für eine hydraulische Servobetätigungseinrichtung, mit einem Gehäuse, das ein Ventilteil mit einer Drucköl-Einlaßöffnung und einer Drucköl-Auslaßöffnung und ein Verteilerteil mit Anschlußöffnungen für die Servobetätigungseinrichtung aufweist, und mit einer den ölstrom steuernden Spindel, die in dem Gehäuse axial verschiebbar und drehbar konzentrisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung und die Drehbewegung der Spindel (3) unabhängig voneinander durchführbar sind, daß das Ventilteil (25) im Bereich ^{des einen} Endes des Gehäuses (1) und das Verteilerteil (4) im Bereich des anderen Endes des Gehäuses

   (1) vorgesehen ist und daß zwei sich von dem Ventilteil (25) zu dem Verteilerteil (4) erstreckende ölkanäle (7,8) in der Spindel (3) axial ausgebildet sind, die jeweils mit länglichen spiralförmigen Schlitzen (11, 12,13), die eine im Ventilteil (25) eingesetzte Buchse

   (2) durchsetzen, verbunden sind, wobei einer der Schlitze mit der Drucköl-Einlaßöffnung (5) und die übrigen Schlitze mit der Drucköl-Auslaßöffnung (6) über einen Olkanal (6Λ 6ß; verbunden sind.