DE2435685A1

DE2435685A1 - Zylinder-kolben-steuerventil

Info

Publication number: DE2435685A1
Application number: DE2435685A
Authority: DE
Inventors: James Thomas Greene
Original assignee: Sanders Associates Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1973-07-27
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1975-02-06
Also published as: JPS5070787A; US3893484A; JPS5546525B2; CA1018042A; GB1480059A

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE £ A¹ O 0 U ö \3

8 MÜNCHEN 22 Wl D E N M A Y E R STR A S S E β TEL. (0B9) 22 25 30 · 29 51 92

A 16074 Ml/ib 24. Juli 1974

Firma SANDERS ASSOCIATES, INC., Daniel Webster Highway, South, Nashua, New Hampshire Oj5O6O, USA

Zylinder-Koiben-Steuerventil

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf hydraulische Systeme und betrifft ein Zylinder-Kolben-Ventilsystem, das zur Verwendung in der ersten Steuerstufe eines mehrstufigen Ventilsystems verwendbar ist.

Ein typisches mehrstufiges hydraulisches Ventilsystem enthält eine erste Stufe, auch Steuer- oder Pilotstufe genannt, auf die ein Eingangssignal einwirkt zur Erzeugung eines Druckmittelsteuerdruckes oder mehrererDrücke oder einer Druckmittelströmungsmenge bestimmter Größe, die dann dazu benutzt werden, die Stellung eines Ventils der zweiten Stufe oder eines Hauptventils zu steuern, das seinerseits direkt den Druckmittelstrom zu einer Arbeitsvorrichtung wie etwa einem hydraulischen Motor steuert. Die erste Stufe in einem solchen System kann verschiedene Arten von Ventilen aufweisen wie etwa eine Düse und ein Klappenventil, bei welchen die Klappe durch das Eingangssignal so gestellt wird, daß sie die Strömung des Drückmittels durch

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ein Düsenpaar unterschiedlich begrenzt; die erste Stufe kann auch durch ein Zylinder-Kolbenventil gebildet sein, bei dem ein Eingangssignal den Kolben aus einer Bezugssteilung in die eine oder andere Richtung verschiebt, so daß Druckmittel stärker oder weniger stark durch den einen bzw. den anderen Strömungskanal eines Paaies von Strömungskanälen hindurchströmen kann. Die Klappen- und DUsentype des Steuerventils wird häufig deswegen verwendet, weil sie billiger herzustellen und leichter auf einen Nullausgangswert bei Fehlen eines Eingangssignals einzustellen ist. Das Klappen- und Düsenventil hat jedoch einen großen Nachteil deswegen, weil es eine starke Leckströmung erfordert, das heißt eine verhältnismäßig große Menge von Druckmittel wird auch bei Nicht-vorhandensein eines Eingangssignals hindurchgelassen. Auf der anderen Seite sind die Zylinder-Kolbenventile in ihrer Herstellung verhältnismäßig teuer, da strenge Toleranzgrenzen eingehalten werden müssen, um eine neutrale Bezugsstellung herstellen zu können, in der die gesteuerten Kanäle bei NichtVorhandensein eines EingangsSignaIs identische Bedingungen haben. Typisch für solche Ventile ist, daß die Bezugsstellung und die Größe des "Totspiels" bei der Herstellung des Ventils erzeugt und festgelegt werden und danach nicht mehr eingestellt werden können. Weiter wirkb sich verteuernd bei Zylinder-Kolbenventilen aus, daß sie bei ihrer Anwendung als Ventil der ersten Stufe entweder einen Stellmotor benötigen, der eine lineare Ausgangsbewegung hat, oder, wenn ein Drehmoment erzeugender Motor verwendet wird, daß ein Kupplungsmechanismus

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vorgesehen ist, der zwar frei genug sein muß, um ein Blockieren zu verhindern, jedoch streng genug, um kein Spiel aufkommen zu lassen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Zylinder-Kolben-Ventil zu schaffen, das verhältnismäßig billig in seiner Herstellung ist und bei dem die Neutralstellung und die Größe des "Totspiels" leicht eingestellt werden kann.

Kurz zusammengefaßt, enthält ein Ventilsystem nach der Erfindung zwei Kolben, die einander gegenüberstehen und die durch eine Feder derart vorgespannt sind, daß sie mit einem Stellarm eines Drehmomentmotors in Berührung sind, wodurch verhindert wird, daß ein Spiel auftritt, während ein seitliches Gleiten möglich ist, damit kein Blockieren auftreten kann. Nulleinstellung und Totspieleinstellung sind durch erste und zweite Hülsen ermöglicht, die zwischen die Kolben und den Ventükörper eingesetzt sind, wobei diese Hülsen derart in den Ventilkörper eingefügt sind, daß sie axial einstellbar sind. Der Ventilkörper und die Hülsen haben die gewöhnlichen ■Durchlaßkanäle, die zwischen dem Inneren der Hülsen und dem Äußeren des Ventilkörpers .Verbindungen schaffen, und die Kolben haben die üblichen Rippen, die mit den Kanälen so zusammenwirken, daß die gewünschten Strömungsverbindungen entstehen, wenn die Kolben aus der Bezugsstellung verschoben werden. Da jede Hülse axial einstellbar ist, kann sowohl die neutrale Bezugsstellung als auch die Größe des 'totspiels" jeder-zeit eingestellt werden,

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womit man das Ventil unterschiedlichen Arbeitsbedingungen anpassen kann oder seine Abnutzung kompensieren kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend ein in der Zeichnung dargestelltes AusfUhrungsbeispiel beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch das bevorzugte AusfUhrungsbeispiel der Erfindung.

In der Zeichnung ist ein Ventilgehäuse dargestellt, das in seiner Gesamtheit das Bezugszeichen 10 trägt. Der Begriff "Gehäuse" umfaßt sowohl den Ventilkörper, die Verteilerleitungen, die HUlsen, Endkappen usw., die die einzelnen Teile umschließen und halten. Der Ventilkörper 11 selbst weist eine im wesentlichen zylindrische Bohrung 12 auf, die jln vollständig durchsetzt. Hülsen 13 und 14 mit zylindrischer Außenfläche sind in die beiden gegenüberliegenden Enden der Bohrung eingesetzt, wobei ihre Mantelflächen in die Innenflächen der Bohrung einpassen. Die Hülse 13 ist mit dem Ventilkörper 11 durch ein Aussengewinde 15 verbunden, das in ein entsprechendes Gewinde 16 im Ventilkörper 11 einpaßt. In gleicher Weise ist die Hülse 14 In den Ventilkörper 11 durch ein Außengewinde 17 eingesetzt, das mit einem entsprechenden Innengewinde 18 im Ventilkörper in Eingriff 1st. Die Hülse 13 hat einen zylindrischen Innenraum 21, in den ein in seiner Gesamtheit mit 22 bezeichneter Kolben eingesetzt ist. Der Kolben 22 weist eine äußere Ringrippe 23 und eine innere Ringrippe 2k auf, die zylindrische Mantelflächen haben und mit Gleitpassung in die Hülsenbohrung eingesetzt

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sind. Die Rippen 23 und 24 sind miteinander über einen Abschnitt 25 mit verringertem Durchmesser verbunden. Auch die Hülse 14 hat eine zylindrische Innenbohrung 26, in die ein insgesamt mit 27 bezeichneter Kolben eingesetzt ist. Der Kolben 27 weist eine äußere Ringrippe 28 und eine innere Ringrippe 29 auf, die zylindrische Mantelflächen haben und mit Gleitpassung in die Zylinderbohrung 26 der Hülse eingesetzt sind. Die Rippen 28 und 29 sind miteinander über einen Abschnitt 30 verringerten Durchmessers des Kolbens verbunden. Der Kolben 22 besitzt noch einen yorspringenden Teil 32* deB sich in axialer Richtung von der Innenrippe 24 erstreckt und einen ringförmigen Kragen 33 hat. In gleicher Weise hat auch der Kolben 27 diesen Vorsprung 34 in axialer Richtung an seiner Innenrippe 29» und auch dieser Vorsprung trägt angeformt . einen Kragen 35·

Auf den Ventilkörper 11 ist ein Drehmomentmotor 37 aufgesetzt, der einen Stellarm 38 hat, welcher in der Zeichnung in seiner neutralen Stellung dargestellt ist. Dieser Stellarm wird bei Zuführen eines Eingangssignals zum Drehmomentmotor nach links oder rechts bewegt, je nach Richtungssinn und Größe des Eingangssignals. Der Arm 38 ist mit einem U-förmigen Ausschnitt versehen, so daß ein Joch mit zwei Fingern 41 und 42 gebildet wird, die die Kragen 33 und 35 außen übergreifen. Die Vorsprünge 32 und 34 sind in ihren einander gegenüberstehenden Stirnflächen mit Ausnehmungen versehen, die als Aufnahmesitze

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für eine Schraubendruckfeder 43 dienen, welche die Kolben 22 und 27 auseinanderdrückt, wodurch gleichzeitig die Kragen 33 und 35 von innen gegen die Finger 41 und 42 gedrückt werden.

Das Gehäuse 10 ist mit einer Anzahl von Kanälen ausgestattet, die zwischen der Zylinderbohrung 21 der Hülse und der Außenseite des Gehäuses Verbindungen herstellen. In die Hülse 13 sind radial verlaufende Kanäle 45 und 46 eingearbeitet, die eine Verbindung darstellen zwischen dem Innenraum der Bohrung 21 und der Außenseite der Hülse. In der neutralen Bezugsstellung der Teile, wie sie in der Zeichnung wiedergegeben sind, wird der Kanal 45 gerade durch die Rippe 24 verschlossen. Eine leichte Verschiebung des Kolbens 22 nach rechts ergibt jedoch bereits eine geringe öffnung des Kanals. Der Kanal 46 ist zu dem Bereich zwischen den Rippen 23 und 24 hin offen und bleibt auchtei allen möglichen Stellungen des Kolbens 22 offen. Die Hülse 14 ist ebenfalls mit gleichen Kanälen 47 und 48 ausgestattet, wobei Kanal 47 in der Neutralstellung durch die Rippe 29 des Kolbens verdeckt ist jedoch bei geringer Bewegung des Kolbens nach links geöffnet wird. Der Kanal 48 öffnet sich zum Innenraum der Zylinderbohrung 21 an einer Stelle zwischen den Rippen 28 und 29 und bleibt bei allen Kolbenstellungen des Kolbens 27 offen. Der Ventilkörper 11 weist radial verlaufende Kanäle 51,52,53 und 5^ auf, die mit den Kanälen 45 bis 48 fluchten und Verbindungen von diesen Kanälen nach der Außenseite des Ventilkörpers 11 bilden. Diese fluchtenden Kanäle sind die erstgenannten Kanäle des Gehäuses 10, die die Verbin-

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dung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Ventilgehäuses darstellen. Außerdem ist der Ventilkörper 11 so ausgebildet, daß er noch einen in der Mitte angeordneten Kanal 55 besitzt, der eine Verbindung zwischen dem den Ventilkörper 11 umgebenden Außenraum und dem Innern der Bohrung 12 im Bereich zwischen den Hülsen 13 und 14 darstellt-. Das linke Ende des Zylinders ist durch einen Stopfen 57 verschlossen, der in die Hülse IJ eingeschraubt ist, was in gleicher Weise mit einem Stopfen 58 am rechten Ende der Hülse 14 vorgenommen ist. Der Kolben 22 besitzt einen ihn längs durchziehenden Kanal 61, der eine Verbindung zwischen den Abschnitten des Hohlzylinders 21 auf den einander gegenüberliegenden Enden des Kolbens 22 herstellt. In gleicher Weise ist der Kolben 27 von einem Längskanal 62 durchzogen, der ebenfalls die Abschnitte des Hohlzylinders 21 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 27 miteinander verbindet.

Bei der typischen Betriebsweise des Ventils sind die Kanäle 52 und 5h mit einer Druckmittelquelle verbunden, während die Kanäle 51 und 53 an ein zu steuerndes äußeres Gerät angeschlossen sind, was beispielsweise ein Ventil der zweiten Stufe sein kann. Der Kanal 55 ist mit einem Sumpf für das Druckmittel verbunden, und ein Eingangssignal wird den Anschlüssen 63 des Drehmornentmotors zugeführt. Wird kein Eingangssignal zugeleitet, dann steht der Stellarm 38 in der neutralen Bezugsstellung, und die Feder 43 drückt die Kragen 33 und 35 von innen

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gegen die Pinger 41 und 42, wodurch die Kolben 22 und 27 in ihrer Neutralstellung gehalten werden. In dieser Stellung sind die Kanäle 45 und 47 durch die Rippen 24 und 29 verschlossen, so daß in keinen der beiden Kanäle 51 oder 53 das Druckmittel einströmen kann.

Es sei nun angenommen, daß ein Eingangssignal an den Drehmomentmotor 37 über die Klemmen 63 abgegeben wird in einem Richtungssinn, der eine Verschiebung des Stellarms 38 nach links bewirkt. Der Pinger 42, der gegen den Kragen 35 drückt, verschiebt den Kolben 27 dadurch ebenfalls nach links, wodurch eine Verbindung zwischen den miteinander fluchtenden Kanälen 53 und 47 über die Zylinderbohrung 26 zu den Kanälen 48 und 58 hergestellt wird. Es sei noch bemerkt, daß auf den Kolben 22 keine unmittelbare Wirkung ausgeübt wird, da der Finger 41 sich vom Kragen 33 wegbewegt. Die Feder 43 muß lediglich ausreichend stark sein, um die zwei Kragen gegen ihren zugehörigen Finger zu drücken, so daß dadurch der Kolben 22 ebenfalls nach links bewegt wird. Eine derartige Verschiebung des Kolbens 22 hat jedoch keine Verbindung irgendwelcher Kanäle zur Folge. Wird das Eingangssignal dann weggenommen, wirkt der Pinger 41 auf den Kragen 33 und stellt den Kolben 22 wieder in seine neutrale Stellung zurück, wobei die Feder 43 nun den Kolben 27 ebenfalls in seine neutrale Bezugsstellung zurückstellt. Eine vergleichbare Ablauffolge tritt bei einem Eingangssignal in umgekehrter Richtung ein, wodurch der Stell-

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arm 38 nach rechts verschoben wird. Es sei festgehalten, daß, da die beiden Kolben mit den Fingern des Stellarms in Berührung gedrückt werden, ohne die Notwendigkeit enger Toleranzen bei der Herstellung ein Spiel ausgeschaltet ist. Obgleich die Finger 4l und 42 eine bogenförmige und nicht unbedingt eine lineare Bewegung durchführen, können sie doch an den Kragen 33 und 35 entlanggleiten, was ausreicht, um ein Verkanten und damit Blockieren zu vermeiden. In der in der Zeichnung dargestellten Lage der. Einzelteile sind die Kanäle 45 und 47 so dargestellt, daß sie mit den Stirnflächen der Rippen 24 und 29 praktisch eine Linie bilden, so daß nicht das geringste "Totspiel" vorhanden ist. Es ist jedoch besonders einfach, ein mehr oder weniger großes "Totspiel" einzustellen, indem die Hülsen 13 und 14 gedreht werden, wodurch sie axial verschoben werden und dadurch mehr oder weniger über Lappung der Rippen mit den Kanälen hergestellt wird. Die Hülsen werden mit Hilfe von Feststellschrauben 64 und 65 in der eingestellten Lage blockiert. Auch können die Stellungen der Hülsen 13 und 14 von Zeit zu Zeit zur Kompensation der Abnutzung der Kanten der Rippen 24 und 29 neu eingestellt werden. Die Kanäle $6 bis 48 und 51 bis 55 sind groß genug, um für die Einstellung der Hülsen I3 und genügend Spielraum zu bieten, ohne daß die genaue Ausrichtung verloren geht.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht deutlich hervor, daß mit der Erfindung ein Ventil geschaffen ist, das ohne besonders hohe Toleranzanforderungen hergestellt werden kann und

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bei dem die neutrale Bezugsstellung und die Größe eines gewünschten "Totspiels" leicht auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden können, nachdem das Ventil zusammengebaut ist; auch kann zur Kompensation der Abnutzung der Rippen von Zeit zu Zeit eine Nachjustierung vorgenommen werden.

Gewisse Teile des Ventils wie etwa der Drehmomentmotor, die öldichtungen, ölnuten und dergleichen, sind in der Zeichnung nur schematisch dargestellt bzw. ganz weggelassen worden, da sie mit dem Prinzip der Erfindung nichts zu tun. haben. Auch sind Abwandlungen der Einzelteile von der dargestellten Form denkbar. So kann, obgleich ein Dreiwegeventil beschrieben ist, das Erfindungsprinzip ebenfalls auf ein Vierwegeventil angewendet werden. Das erfindungsgemäße Ventil kann auch mit einem Druckrückkopplungssystem verwendet werden, wobei dann die Kanäle 6l und 62 durch Kanäle ersetzt werden, die von den Endräumen zum Innern des Ventilkörpers führen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(\y/ Ventil mit einem Gehäuse, das einen Hohlzylinderraum und mehrere, im wesentlichen radial verlaufende Kanäle bildet, welche zwischen dem Zylinderinnern und der Außenseite des Ge-

' häuses Verbindungen schaffen, mit einer Kolbenanordnung im Hohlzylinderraum und einem Drehmomentmotor, der auf ein Eingangssignal hin die Kolbenanordnung aus einer neutralen Bezugsstellung entweder in eine erste oder eine zweite Richtung verlagert, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung aus einem ersten und einem zweiten kolben (22,27) besteht, die jeweils mehrere Ringrippen (23,24;28,29) tragen, welche so angeordnet sind, daß sie in der neutralen Bezugsstellung die Verbindung zwischen den Kanälen (45,46;47,48) unterbinden, und daß der Drehmomentmotor (37) einen Stellarm (38) hat, der an beiden Kolben (22;27) angreift und den einen oder den anderen Kolben in direkter Einwirkung aus der neutralen Bezugsstellung verlagert, so daß eine Verbindung zwischen den Kanälen (45,46 bzw. 47,48) hergestellt wird.
2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elastisches Glied (43), das in Zusammenwirken mit dem Stellarm (48) die beiden Kolben bei Fehlen eines Eingangssignals in die neutrale Bezugsstellung zurückstellt.

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3· Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Enden der Kolben (22,27) als radial vorspringende Kragen (33,35) ausgebildet sind und der Stellarm (38) als Joch geformt ist, dessen Jochfinger (41,42) die Kragen (33,35) übergreift und zwischen den Kragen ein Abstand bestehen bleibt, und daß der Abstand von einer Feder (43) überbrückt wird, die die Kolben (22,27) auseinander und die Kragen (33,35) gegen die Jochfinger (41,42) drückt.
4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch einen Ventilkörper (11) gebildet ist, der eine im wesentlichen zylindrische Bohrung (12) besitzt, in die zwei Hülsen (13,14) axial ausgerichtet eingesetzt sind, wobei die Kanäle im Gehäuse erste und zweite Kanalabschnitte (45,46;47,48) in den Hülsen (13;14) und damit fluchtende Kanalabschnitte (51,52;53,54) im Ventilkörper sind, und daß Stelleinrichtungen (15,16;17,18) zur Einstellung der axialen Lage der Hülsen (13,14) im Ventilkörper (11) vorgesehen sind.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (22,27) erste und zweite Rippen (23,24;28,29) tragen, die so gelagert sind, daß in der neutralen Bezugsstellung die ersten Rippen (24;29) die ersten Kanäle (45;47) in den zugehörigen Hülsen (13;14) verschließen und daß die zweiten Kanäle (46;48) in den Hülsen (13;14) zwischen den ersten Rippen (24:29) und den zweiten Rippen (23;28) angeordnet sind.

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6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel durch Innengewinde (I6;l8) in der Innenwand der Zylinderbohrung des Gehäuses und passende Außengewinde (15;17) auf der Außenfläche der Hülsen (IJ;14) gebildet sind.

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