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Steuereinrichtung für einen hydraulischen
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Arbeitszylinder Zusammenfassung Es wird eine Steuereinrichtung für
einen hydraulischen Arbeitszylinder mit einem Steuerschieber und einem Sperrblock
vorgeschlagen, mit dem abhängig von der Stellung des Steuerschiebers der Arbeitszylinder
auch bei ziehender Last feinsteuerbar ist. Der Sperrblock umfaßt in einem äußeren
Schließglied außer einem inneren Schließglied einen Drosselkörper, der von einem
Schaltkolben betätigbar ist.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung
für einen hydraulischen Arbeitszylinder nach der Gattung des Hauptanspruches. Es
ist schon eine Steuereinrichtung bekann, bei der im Sperrblock das innere, kugelige
Schließglied Teil eines Vorsteuerventils für das äußere Schließglied bildet. Dabei
wird das innere Schließglied von einer Feder auf einen Ventilsitz im äußeren Schließglied
gedrückt, das mit einem Fortsatz in eine Bohrung taucht, um bei Offenlage des äußeren
Schließgliedes den Durchflußquerschnitt zu bestimmen. Mit dieser Bauweise ist zwar
in begrenztem Umfang eine Durchflußsteuerung erreichbar, doch ist es nicht möglich,
abhängig von der Stellung des Steuerschiebers auch bei negativer oder ziehender
Last eine Feinsteuerung zu ermöglichen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
mit ihr auch bei ziehender Last abhängig von der Stellung des Steuerschiebers eine
Feinsteuerung möglich wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß diese Steuerung
bei allen Verhältnissen stabil, also schwingungsfrei, arbeitet. Zudem baut der Sperrblock
einfach und damit billig und kann weitgehend unter Verwendung bisher vorhandener
Teile hergestellt werden, so daß er sich gut zum Nachrüsten vorhandener Geräte eignet.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung
möglich, die insbesondere seine stabile Arbeitsweise und seine einfache Bauweise
begünstigen.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
wiedergegeben und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige
Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Steuereinrichtung.
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Beschreibung der Erfindung Die Figur zeigt eine Steuereinrichtung
10, die in einem Gehäuse 11 einen handbetätigten Steuerschieber 12 und einen doppeltwirkenden
Sperrblock 13 aufweist. Dem Steuerschieber 12 sind in üblicher Weise eine Zulaufkammer
14, zwei Verbraucherkammern 15, 16, zwei Rücklaufkammern 17, 18 sowie zwei Umlaufkammern
19, 21 zugeordnet. Die Zulaufkammer 14 sowie eine erste Umlaufkammer 19 stehen über
Leitungen 22, 23 mit einer Pumpe 24 in Verbindung. Die RücklauSkammern 17, 18 und
die zweite Umlaufkammer 21 sind über Rücklaufleitungen 25 mit einem Behälter 26
verbunden. Von den Verbraucherkammern 15, 16 führen Anschlußkanäle 27, 28 in eine
mehrfach abgesetzte, parallel zum Steuerschieber 12 verlaufende Längsbohrung 29,
in deren zwischen den Anschlußkanälen 27, 28 verlaufenden, mittleren Abschnitt 31
ein Schaltkolben 32 geführt ist, der einen Teil des Sperrblocks 13 bildet. Die Längsbohrung
29 weist jeweils in den Bereichen zwischen den Anschlußkanälen 27, 28 und einem
ersten (33) bzw. einem zweiten Anschluß 34 Ventilsitze 35 bzw. 36 auf, denen jeweils
ein erstes (37) bzw. ein zweites, äußeres Schließglied 38 zugeordnet ist. Die äußeren
Schließglieder 37, 38 werden von Federn 39, 41 auf ihre Ventilsitze 35, 36 im Gehäuse
11 gedrückt. Jede Feder 39, 41 ist in einem Druckraum 42, 43 angeordnet, die jeweils
über eine Schrägbohrung 44, 45 im äußeren Schließglied 37, 38 mit den Anschlüssen
33 bzw. 34 Verbindung haben. Jedes äußere Schließglied 37, 38 ist hohl
ausgebildet
und weist in seinem Innern einen zweiten Sitz 46, 47 auf, denen jeweils ein kugeliges,
inneres Schließglied 48, 49 zugeordnet ist. Von jedem Sitz 46, 47 führt zu einem
Absatz 50, 50' am Druckraum 42, 43 hin ein Bohrungsabschnitt 51, 52, in dem jeweils
ein Drosselkörper 53, 54 gleitend geführt ist. Jeder Drosselkörper 53, 54 ist im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet und hat außen am Umfang zwei Drosselkerben
53?> 54 ', die hier als ebene, angeschliffene, schräg zu deren Längsachse verlaufende
Flächen ausgebildet sind und damit jeweils vom Druckraum 53, 54 zum inneren Schließglied
48, 49 hin sich gleichmäßig erweiternde Drosselquerschnitte bilden. Die Bohrungsabschnitte
51, 52 sind so lang ausgebildet, daß trotz kompakter Bauweise des Sperrblocks 13
eine gute Führung der Drosselkörper 53, 54 sowie ein ausreichend verstellbarer Drosselquerschnitt
erreicht wird. Weiterhin hat jeder Drosselkörper 53, 54 einen eine innenliegende
Feder 55, 56 führenden Ansatz 57, 58 sowie auf seiner gegenüberliegenden Stirnfläche
eine die kugeligen Schließglieder 48, 49 zentrierende Ausnehmung 59, 61. Die inneren
Federn 55, 56 drücken somit über die Drosselkörper 53, 54, die inneren Schließglieder
48, 49 auf ihre Sitze 46, 47. Die äußeren Schließglieder 37> 38 weisen an ihren
dem Schaltkolben 32 zugewandten Stirnflächen jeweils eine Quernut 62, 63 auf. Der
Schaltkolben 32 hat zwei den inneren Schließgliedern 48, 49 zugeordnete Steuerstifte
64, 65, die jeweils über Schultern 66, 67 in Abschnitte mit größerem Durchmesser
übergehen. Die Schultern 66, 67 können an den äußeren Schließgliedern 37, 38 zur
Anlage kommen und dabei zusammen mit der jeweiligen Quernut 62, 63 den maximalen
Durchflußquerschnitt begrenzen.
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Am Steuerschieber 12 sind Feinsteuerfasen 68 angebracht, welche die
Ströme zum Verbraucher und im Neutralumlauf beeinflussen können. Von den Anschlüssen
33> 34 führen Leitungen
69, 71 zu einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder
72 mit Kolben 73 und Kolbenstange 74.
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Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung ist wie folgt: Befindet sich
der Steuerschieber 12 in der gezeichneten Neutralstellung, so sind die Verbraucherkammern
15, 16 hydraulisch blockiert, der Schaltkolben 32 ist druckausgeglichen und nimmt
seine Mittelstellung ein. Damit ist auch der Kolben 73 des Verbrauchers 72, durch
die äußeren (37, 38) und inneren Schließglieder 48, 49 des Sperrblocks 13 hydraulisch
blockiert.
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Wird nun der Steuerschieber 12 aus seiner Mittelstellung nach rechts
(bezogen auf Zeichnung) ausgelenkt und dabei der Neutralumlauf über die Umlaufkammern
19> 21 mit Hilfe einer Feinsteuerfase 68 angedrosselt und zugleich die Verbindung
von der Zulaufkammer 14 zur Verbraucherkammer 15 aufgesteuert, so baut sich ein
Druck im Anschlußkanal 27 auf. Dieser Druck hebt den äußeren Ventilkörper 37 gegen
die Kraft der Federn 39, 55 von seinem Ventilsitz 35 und Druckmittel strömt über
die Leitung 69 zum Zylinder 72. Gleichzeitig wirkt der Druck im Anschlußkanal 27
auf den Schaltkolben 32 und drückt ihn nach rechts, wobei sein Steuerstift 65 das
kugelige Schließglied 49 gegen die Kraft der Feder 56 von seinem Sitz 47 hebt. Dadurch
kann Druckmittel vom Zylinder 72 über die Leitung 71, Anschluß 34, Schrägbohrung
45, Druckraum 43, Drosselkerben 54', Sitz 47, Anschlußkanal 28, Verbraucherkammern
16 zur Rücklaufkammer 18 abströmen.
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Solange bei diesem Vorgang die auf den Kolben 73 wirkende Last positiv
ist, d.h. die zugehörige Kolbenstange 74 entgegen der ausfahrenden Richtung belastet
ist, kann eine Feinsteuerung ohne weiteres mit der gerade wirksamen Feinsteuerfase
68 am Steuerschieber 12 vorgenommen werden, die den zum Arbeitszylinder 72 fließenden
Druckmittelstrom in seiner Größe bestimmt. Wird der Bereich der Feinsteuerung
dabei
vom Steuerschieber 12 durchfahren, so daß eine größere Druckmittelmenge zum Arbeitszylinder
72 strömt, so kann der Schaltkolben 32 mit seiner Schulter 67 am zweiten, äußeren
Schließglied 38 anschlagen und dieses von seinem Ventilsitz 36 abheben.
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Wird nun bei dem beschriebenen Vorgang die auf die Kolbenstange 74
wirkende Last negativ, d.h. die Last zieht an der ausfahrenden Kolbenstange 74,
so bleibt das zweite, äußere Schließglied 38 in jedem Fall durch den auf es wirkenden
Lastdruck geschlossen. Nur das innere Schließglied 49 wird gegen die Kraft der inneren
Feder 56 und den Lastdruck so weit geöffnet, bis sich ein Gleichgewichtszustand
einstellt.
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Dabei wird durch starke Drosselung am Drosselkörper 54 erreicht, daß
die Kolbenstange 74 im Zylinder 72 trotz ziehender Last nach außen gedrückt werden
muß. Die Feinsteuerung erfolgt nun mit den Drosselkerben 54' am Drosselkörper 54,
der abhängig von seiner Lage im Bohrungsabschnitt 52 einen mehr oder weniger großen
Durchflußquerschnitt aufsteuert.
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Der unterschiedliche Hub des Drosselkörpers 54 läßt sich durch Anderen
des Drucks im Anschlußkanal 27 erreichen, indem der ölstrom über die Umlaufkammern
19, 21 mit Hilfe des Steuerschiebers 12 mehr oder weniger stark angedrossel wird.
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Durch entsprechende Auslegung der Steifigkeit der inneren Feder 56
kann die Feinsteuerbarkeit in ihrer Abstufung beeinflußt werden. Der maximale Hub
des Drosselkörpers 54 wird durch die Länge des Steuerstifts 65 bestimmt, da der
Schaltkolben 32 mit seiner Schulter 67 bei maximalem Hub am äußere ren Schließglied
38 anliegt. In der letztgenannten Stellung bestimmt die fertigungstechnisch leicht
herstellbare Quernut 63 den wirksamen Durchflußquerschnitt und begrenzt den maximalen
Rückstrom vom Arbeitszylinder 72.
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Da der Sperrblock 13 symmetrisch ausgebildet ist, kann die Kolbenstange
74 auch beim Einfahren in entsprechender Weise feingesteuert werden, wobei eine
negative oder positive Last
wirken kann, da bei negativer Last
der abflußseitige blstrom immer vorgespannt ist.
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Selbstverständlich sind Anderungen am gezeigten Sperrblock 13 möglich,
ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann der doppeltwirkende Sperrblock
ohne weiteres für einen einfachwirkenden Verbraucher abgeändert werden. Auch die
Drosselkörper 53, 54 können konstruktiv anders ausgebildet werden. Auch die Anordnung
der Federn 55, 56 und 39, 41 ist variierbar. Ferner ist es auch möglich, beim Steuern
eines Arbeitszylinders mit Differentialkolben im Schaltkolben eine Drossel vorzusehen.
Damit soll erreicht werden, daß die Druckübersetzung im Zylinder möglichst gering
gehalten wird, weil ein Teil des zum Zylinder fließenden blstroms über die Drossel
im Schaltkolben in den Rücklauf fließen kann. Für diesen Zweck können auch Drossel-Rückschlagventile
verwendet werden. Wj v