DE2554365A1

DE2554365A1 - Richtungssteuerventil fuer hydraulische leistungsuebertragungssysteme

Info

Publication number: DE2554365A1
Application number: DE19752554365
Authority: DE
Inventors: Dennis James Mcavoy
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1976-08-26
Also published as: JPS6234963B2; US3929159A; DE2554365C2; CA1029274A; GB1527255A; JPS51104633A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWiRNER · HIlRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN λ r r / q ο Γ

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckest'aßp 43 Teleton (089) 883603/8S?604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentcorisui; 62 Wiasbaden Sorineiiberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Sperry Rand Corporation
Crooks and M^r)Ie Roads
Troy, Michigan 48084
U.S.A.

Richtungßsteuerventil für hydraulische Leistungsübertragungssysteme

HydrauliscLe Leistungsübertragungssysteme, wie sie weithin bei mobilen Geräten zur Materialf örderung- oder -behandlung verwendet werden, weisen Bänke oder Stapel von Richtungssteuerventilen des Schiebertyps auf, um die Betriebsweise der zahlreichen Hydraulikmotoren von einero gemeinsamen hydraialIschen Druckquelle, beispielsweise einer Hydraulikpurnpe mit feststehender Verdrängung zu steuernc Im Haße_, wie die Leistungsanforderungen für die Maschinen größer werden, gehon die Konstrukteure daxu über, höhere Drücke anzuwenden, was schärfere Anforderungen bezüglich der Ausbildt.i3")£ der Steuerventile stellt. Di?* höheren Drücke erschweißen das Problem in zweierlei Hinsicht: Sie führen zu einem erhöhten Leckstrom in dem Spalt zwischen dem V&ntil» schieber und der Bohrung des Ventilgehäuses, in welchem'der Ventilschieber gleitet, und die Drücke führen zu einer

8Ö9g3S/0H6

erhöhten Biegung oder Verwindung des Ventilgehäuses, was dazxi führt, einzelne Teile der Ventilbohrung außer der genauen axialen Ausrichtung und Konzentrizität zu verschieben. Verringerung des Durchmesserspaltes zwischen dem Ventilschieber und dem Gehäuse ist zur Verringerung der Leckflußmenge notwendig, aber ein vergrößerter Spalt ist andererseits der einzige Weg, urn das Festklemmen des Ventilschiebers infolge Gehäuseverbiegungen zu vermeiden. Die Anwendung von lasthaltenden Rückschlagventilen ist allgemein üblich geworden, um einen allmählichen Lastabfall infolge des Leckstromes an dem Ventilschieber zu vermeiden, aber dies erleichtert nur teilweise das zu lösende Problem und ist für Systeme mit sehr hohem Druck nicht adequat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Richtungssteuerventil zu schaffen, durch welches eine völlige Steuerung der Motorbewegung unter hohen Betriebsdrücken erhalten v/erden kann, ohne daß extrem enge Passungen zwischen dem Ventilschieber und dem Gehäuse, insbesondere an der Bemessungsöffnung zwischen den ZyIInderöffnungen oder Kanälen und dem Rückkehrkanal.notwendig sind.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst und durch die Maßnahmen der Unteransprüche

609Ö3E/0U6

weiter gefördert.

Bei dem neuen Richtungssteuerventil kann es als Vorteil angesehen werden, daß ein pilotbetätigtes Rückschlagventil zur Steuerung des Stromes von jedem zum Motor führenden Auslaß direkt zu einem Rückkehrkanal vorgesehen ist, wobei sowohl das lasthaltende Rückschlagventil als auch das Schieberventil umgangen werden, und das pilotbetätigte Rückschlagventil sowohl als den maximalen Druck begrenzendes Ventil für den zum Motor führenden Auslaß als auch als Gegengewicht-Ventil dient.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß ein Ventil der angegebenen Art mit einer "schwimmenden" Lage geschaffen wird, in welcher beide pilotbetätigten Rückschlagventile gleichzeitig geöffnet werden können, um einen Betriebsmittelfluß von den zum Motor führenden Auslassen direkt zum Tank unter Umgehung der lasthaltenden Rückschlagventile zu ermöglichen.

Der Aufbau des neuen Richtungssteuerventils ist derart, daß im Bereich der kritischen Räume beim Ventilschieber keine hohen Druckschwanlcungen vorkommen, so daß in sofern keine starken Veränderungen der Lage der Gehäusewandungen und des Ventilschiebers selbst zu erwarten sind. Die Passungen

609835/0246

können demnach entsprechend eng gemacht werden, ohne daß die Gefahr des Klemmens- auftritt. Druckschwankungen, wie sie unvermeidlich beim Betrieb der zu versorgenden Geräte auftreten, werden durch die vorgesehenen Pilotventile in entsprechende, für den Ventilschieber ungefährliche Kanäle abgeleitet.

Weitere Einzelheiten"der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Richtungssteuerventils

gemäß Erfindung,
Fig. 2 eine hydraulische Schaltung eines hydraulischen Antriebes unter Verwendung des Ventils nach Fig.

1 und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig.

Das Ventil 10 nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 12 mit einer Hauptbohrung 14 auf, in der ein Ventilschieber 16 geführt und untergebracht ist. Das Gehäuse 12 weist vorzugsweise ebene Seiten auf, die parallel zur Zeichenebene sind, so daß eine Stapelung mit gleichartigen Ventilen möglich ist, die mit Schraubbolzen 18 miteinander verklammert werden können. Das Gehäuse weist eine Einlaßöffnung 20 auf, die über eine Bohrung 22 mit einem Druckeinlaß 24 in Verbindung steht, welche eine Erweiterung der Bohrung 14 in

60983S/0246

etwa deren Mitte darstellt. Bundartige Dichtflächen 26 und 27 des Ventilschiebers 16 verschließen den Druckeinlaß 24 bei rnittiger Lage des Ventilschiebers 16. Wenn der Ventilschieber nach links oder rechts verschoben wird, kommt der Druckeinlaß 24 mit einem Raum 28 oder 30 in Verbindung. Diese Räume führen über Rückschlagventile 32 bzw. 34 zu Motor- oder Arbeitsauslässen 36 und 38. Die Rückschlagventile 32, 34 werden durch jeweilige Federn 40 auf ihre Sitze gepresst und dienen dazu, unerwünsehten Rückfluß durch den Auslaß zum Motor zu verhindern, der durch die Schwerkraft oder andere auf einen Hydromotor einwirkende Kräfte zustande kommen könnte.

Der Ventilschieber 16 v/eist weitere Enddichtflächen 42 und 44 auf, welche in mittiger Lage des Ventilschiebers den Verbindungsweg der Räume 28 bzw. 30 zu Rückkehrdurchlässen 46 bzw. 48 ermöglichen, welche sich durch die Bank der Ventile von einem zum anderen Ende erstrecken und zu dem Tank oder Betriebsmittelvorratsbehälter führen. Diese Verbindung braucht nicht groß zu sein, da sie lediglich die kleine Auslaßmenge gewisser noch zu beschreibender Pilotventile zu bewältigen braucht. Von den Rückkehrdurchlässen 46 und 48 erstrecken sich Kanäle 47 bzw. 49 zu Rückschlagventilen 50 bzw. 52, die von einem Pilotdruck betätigt v/erden und die Verbindung zv/ischen dem Kanal 47 und dem Auslaß 36

609835/0246

sowie zwischen dem Kanal 49 und dem Auslaß 38 steuern. Wenn daher entweder das Ventil 50 oder 52 über eine noch zu beschreibende Einrichtung betätigt wird, gelangt das von dem Motor zurückkehrende Betriebsmittel direkt zu dem Rückkehrdurchlaß 46 oder 48, selbst wenn der Ventilschieber 16 in eine Lage verschoben ist, bei der die Verbindung zwischen dem Raum 28 und dem Rückkehrdurchlaß 46 oder zwischen dem Raum 30 und dem Rückkehrdurchlaß 48 verschlossen sind. Zu diesem Zweck ist es nicht erforderlich, daß die Passung zwischen den Dichtflächen 42 oder 44 und der Bohrung 14 extrem eng ist, da sie nichts mit dem Absperren des Rückkehrflusses von den zum Motor führenden Auslässen 36 und 38 zu tun haben.

Die Ausbildung des Rückschlagventils 52 ist ähnlich der des Rückschlagventils 50, welches eine gerätefeste Hülse 58 mit Sitz 60 aufweist, auf welchem der Ventilkörper¹ des Rückschlagventils 50 normalerweise aufruht, und zwar infolge der Vorspannung einer Feder 62 und des Betriebsmitteldruckes in einer Kammer 64. Ein gerätefester Kolben 66, auf welchem der Ventilkörper 50 geführt ist, begrenzt die Querschnittsfläche, auf welcher der Betriebsmitteldruck in der Kammer 64 wirksam wird. Die Bohrung 64 der Hülse 58 ist etwas größer als der Durchmesser des Sitzes 60, was zu einer ringförmigen Fläche führt, gemäß welcher der Druck in dem Durchgang.47 wirken kanu, um das Rückschlagventil 50 von dem Sitz 60 abzuheben.

609835/0246

Die Kammer 64 steht über eine Drosselöffnung 70 mit der Motor-AuslaßÖffnung 36 in Verbindung, und ein Kanal 76 stellt die Verbindung der Kammer 64 mit der Einlaßöffnung eines Pilot-Auslaßventils 80 her. Das Auslaßventil 80 besitzt eine Auslaßöffnung 82, die über eine zentrale Bohrung 88 und seitliche Aussparungen 90 zum Rückkehrdurchlaß 46 führen. Auf diese Weise kann das Rückschlagventil 50 als Begrenzungsventil des maximalen Druckes für den Motor-Auslaß 36 dienen. Wenn dieser Druck einen zur Öffnung des Pilotventils 80 ausreichenden Wert erreicht, wie dieser durch Einstellung einer Einstellschraube 92 bestimmt wird, und wenn der durch das Ventil 80 hindurchgehende Strom des Betriebsmittels genügend groß ist, einen beträchtlichen Druckabfall durch die Öffnung 70 zu bilden, fällt der Druck in der Kammer 64 genügend ab und ermöglicht, daß der volle Motordruck auf die ringförmige Fläche des Rückschlagventils 50 einwirkt und dieses öffnet, so daß der Überdruck der zum Motor führenden Auslaßleitung 36 abgelassen wird.

Das Rückschlagventil 50 dient auch als Gegengewicht-Ventil, und zwar vermittels eines kleinen Pilotkolbens 94 (Fig. 3), der einen Stempel 96 besitzt, welcher ein Pilotventil 97 öffnen kann, wenn der Kolben 94 der Zeichnung nach unten bewegt wird. Zu diesem Zweck verbindet ein Kanal 98 die Oberseite des Kolbens 94 über einen Kanal 99 mit dem Raum

609835/02-46

28, so daß ein gewisser kleiner Betrag an Betriebsdruck in Vorwärtsrichtung im Raum 28 entwickelt werden muß, bevor das Rückschlagventil 50 öffnet, um Rückfluß vom zum Motor führenden Auslaß 36 zu ermöglichen. Die untere Seite des Kolbens 94 steht über einen Kanal 95 in direkter Verbindung mit dem Raum 28. Es wird darauf hingewiesen, daß doppelte Pilotventile 97 und Kanäle 95, 98 und 99 zur Steuerung der Rückschlagventile 50'und 52 vorgesehen sind, so daß unabhängig davon, ob der Ventilschieber 16 nach links oder rechts verschoben ist, der Druck entweder im Raum 28 oder 30 direkt auf beide kleine Kolben 94 gerichtet wird. Aber weil der gleiche Druck auf die Unterseite des einen Kolbens 94 über den Kanal 95 gerichtet ist, kann er nur das eine Pilotventil 97 öffnen.

Zur Steuerung des eintretenden Druckmittels in den Druckeinlaß 24 ist ein Kompensationsventil 100 vorgesehen, welches in der Bohrung 22 untergebracht und geführt ist und durch eine Feder 102 in der Zeichnung nach links vorgespannt wird. Am einen Bund des Ventilkörpers 100 ist eine Dichtfläche 104 vorgesehen, welche die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 20 und dem Druckeinlaß 24 in der dargestellten Lage freigibt^ Das Kompensationsventil 100 weist noch eine Dichtfläche 103 auf, die in der dargestellten Lage die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 20 und einem Übertragkanal 106 sperrt, der zu der Einlaßöffnung des im nächsten Abschnitt untergebrachten

609835/0246

Ventils in Stromabwärtsrichtung führt; dies kann auch der Tank sein, wenn es sich um den letzten Abschnitt der Bank bzw. des Stapels von Ventilen handelt. Wenn der Ventilkörper 100 nach rechts verschoben ist, ist die Einlaßöffnimg 20 mit dem Übertragkanal 106 verbunden. Die Einlaßöffnung 20 kann Druckflüssigkeit von dem Übertragkanal 106 einer, stromauf liegenden Ventils erhalten, oder wenn es sich urn das erste Ventil in der Bank handelt, direkt von der Forderpumpenleitung.

Das Ventil 100 unterliegt dem Druck in dem Druckeinlaß 24, und zwar über eine Bohrung 108 und 110 am linken Ende des Ventilkörpers, so daß die Tendenz der Druckbeschränkung im Druckeinlaß 24 besteht. Eine Kammer 112 am rechten Ende der Bohrung 22 ist jeweils mit demjenigen Raum 28 oder 30 verbunden, v/elcher gerade unter dem höheren Druck steht. Dies ermöglicht dem Kompensationsventil 100, die Motorlast abzutasten, die von dem Ventil gesteuert wird, und einen konstanten Druckabfall zwischen dem Druckeinlaß 24 und dem jeweils aktiven Raum 28 oder 30 aufrechtzuerhalten, der wie beschrieben, zu dem Motor führt. Diese Verbindung wird über Kanäle 99 bewerkstelligt, die jeweils von den Räumen 28 und 30 zu einem Wechselventil 118 führen, dessen Ausgang zu der Kammer 112 führt. Die Bohrung 114, in v/elcher das

60983B/0246

1554365

Wechselventil 118 frei verschiebbar untergebracht ist, steht über Kanäle 115 sowie 116 mit dem linken Ende der Bohrung 22 in Verbindung.

Außerhalb des Ventilgehäuses 12 ist vorzugsweise ein Systemkompensationsventil vorgesehen, welches auf die Belastung anspricht und skizzenmäßig bei 136 in Fig. 2 angedeutet ist. Dieses Ventil steht unter Motorbetriebsdruck von dem Ventil aus der Ventilbank,welches den höheren Motorbetriebsdruck führt und dient dazu, die nicht benötigte Druckflüssigkeit zum Betrieb des oder der Motoren wieder an den Tank über eine Leitung 122 zurückzuführen. Zu diesem Zweck sind ein Rückschlagventil 126 (Fig. 3) und eine kreuzende Leitung 128 in jedem Ventilabschnitt vorgesehen. Diese stehen mit der Betriebskammer des Ventils 136 über eine Leitung 130 (Fig. 2) und eine Drossel 132 in Verbindung. Eine kleine Abzapföffnung 134 dient zum langsamen Ablassen der Betriebskammer, was es dem Ventil ermöglicht, dann zu öffnen, wenn alle Ventilschieber in ihrer mittleren Lage sind. Mit anderen Worten, dadurch wird das Einschließen von Betriebsflüssigkeit in der Arbeitskammer des Ventils 136 vermieden, wenn beide Rückschlagventile 126 geschlossen sind. Ein Pilotauslaßventil 120 kann ebenfalls vorgesehen sein, welches dazu führt, daß das Ventil I36 den maximalen Druck in der Pumpenlieferleitimg 20 bzw. der Einlaßöffnung der Ventile beschränkt.

■609835/0-246

- 11 - 2554385

Um eine "schwimmende" Betriebslage zu erhalten, bei welcher beide Auslässe zum Motor mit Tankkanälen für freie Zwischenzirkulation verbunden sind, kann der Ventilschieber 16 nach rechts jenseits der normalen Betriebslage verschoben werden, so daß der Bund bzw. die Dichtfläche 27 rechts von einer öffnung 138 in der Seitenwand der Bohrung 14 liegt. In dieser Lage dichtet der linke Rand der Dichtfläche 27 noch immer den Druckeinlaß 24 gegenüber dem zum Motor führenden Raum 28 ab. Außerdem dichtet ein Bund oder eine Dichtfläche 140 den Druckeinlaß 24 vom zum Motor führenden Raum 30 ab und ein Bund bzw. eine Dichtfläche 142 gibt eine schmale öffnung zwischen dem Raum 30 und dem Tankkanal 28 frei. Die Öffnung des kleinen Kanals 138 zum Druckeinlaß 24 leitet dessen Druck über die Kanäle 116, 115 und die Bohrung 114 sowie Leitungen 98 zur Oberseite des kleinen Kolbens 94 in Fig. 3, und zwar für beide Pilotventile 97. Auf diese Weise werden beide Rückschlagventile 50 und 52 geöffnet, ohne daß jedoch Druckflüssigkeit in eine der Räume 28 oder 30 gelangt, so daß der Motor auf diese Weise frei schwimmen kann.

Die dem Ventil 12 zugeordnete hydraulische Schaltung ist auf der rechten Seite der Fig. 2 dargestellt. In der linken Hälfte ist die hydraulische Schaltung eines ähnlichen Ventils dargestellt, wobei jedoch die Schwimmlage fehlt. Gegebenenfalls kann ein äußeres Auslaßventil 144 vorgesehen

609835/0246

sein, unreinen niedrigen Rückflußdruck zwischen den Tankkanälen des Ventils 10 und dem Behälter aufrechtzuerhalten.

609835/0246

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 5 5 A 3 6

Postadresse Mündion: Patentconsul! 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/833604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patenlconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Patentansprüche

Richtungssteuerventil für hydraulische Leistungssysteme, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

ein Gehäuse (12) weist einen Ventilschieber (16) für mittige geschlossene Lage auf, der zur wahlweisen Leitung von Druckflüssigkeit in einen von zwei zum Motor führenden Auslässen (36, 38) dient; zwischen dem Ventilschieber (16) und jedem zum Motor führenden Auslaß (36, 38) sind lasthaltend^ Rückschlagventile (32, 34) angeordnet;

kombinierte Gegengewicht- und Auslaß-Rückschlagventile (50, 52) sind jeweils zwischen Ausl- i3 (36, 38) und einem Rückflußkanal (47, 49) angeordnet und weisen jeweils einen Steuerkolben auf, der über eine Drosselbohrung (70) unter dem im Auslaß zum Motor führenden Druck steht, ferner sind Pilotventile (80) zur Druckverminderung auf die jeweiligen Steuerkolben (50) bei vorbestimmten"! Druckpegel vorgesehen:

60983S/0246

zweite Pilotventile (95) sprechen jeweils auf Betriebsdruck stromauf vor den lasthaltenden Rückschlagventilen (32, 34) an, und zwar für den gegenüberliegenden, zum Motor führenden Weg (28, 36 bzw. 30, 38), wobei jedes Pilotventil (80, 97) ein Rückschlagventil (50, 52) im Sinne der Öffnung steuert, entweder zur Begrenzung des maximalen Druckes bei dem eigenen, zum Motor führenden Auslaß (z.B. 36) oder in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck beim gegenüberliegenden, zum Motor führenden Auslaß (z.B. 38);

eine von dem Ventilschieber (16) gesteuerte Einrichtung (27, 138) dient zur Zuführung (über 116, 115, 114, 98) von Einlaßdruck zu beiden zweiten Pilotventilen (97) zur gleichen Zeit, um beide Gegengewicht- und Auslaß-Rückschlagventile (50, 52) zu öffnen und beide zum Motor führenden Auslässe (36, 38) mit dem Tank um die lasthaltenden Rückschlagventile (32, 34) herum zu verbinden.
2. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Ventilschiebers (16) und der vier Rückschlagventile (32, 34, 50, 52) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei die Achsen der Rückschlagventile parallel zu der Achse des Ventilschiebers (16) verlaufen»

609835/0246

Leerseite