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Steuerventilanordnung
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Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung der im Oberbegriff
des Hauptanspruchs angegebenen Art.
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Es ist eine Steuerventilanordnung dieser Gattung bekannt (DE-PS 21
52 830, Fig. 6), bei der zum drucklosen Umlauf der eine der beiden Teilkanäle des
Strömungsweges aus einer das Gehäuse im wesentlichen geradlinig durchsetzenden Gehäusebohrung
und einer in der Neutralstellung jedes Kolbenschiebers damit fluchtenden außermittigen
Querbohrung
durch die Kolbenschieber besteht. Der zweite Teilkanal hingegen stellt eine Verlängerung
des zur Zulauföffnung führenden Pumpenkanals dar, der zu einer im gleichen axialen
Bereich oberhalb der ersten Querbohrung ausermittig jeden Schieber durchso @@den
zweiten Querbohrung führt und über einen mehr-@@@@@@gele@@ten Gehäusekanal bis zum
Rücklaufkanal @ertgesetzt ist. Abgesehen davon, daß es herstellungstechnisch sehr
schwierig ist, insbesondere den mehrfach umgelenkten zweiten Teilkanal in der gleichen
Ebene im Gehäusekanal vorzusehen, wie den gerade durchgehenden @@@ Teilkanal, treten
bei dieser bekannten Lösung ge@isse weitere Nachteile auf. Bei einer Verschiebung
nur @ines Melbenschiebers in eine Steuerstellung steht an diesen der Pumpendruck
an zwei außermittigen Druckzonen an, wodurch insbesondere bei einem Hochdruckhydroauliksystem
ein erhebliches moment auf den Eolbenschieber ausgeübt wird, das dessen feinfühlige
Verstellung beeinträchtigt. Ein Druckausgleich ist bei beiden Kolbenschiebern nicht
gegeben, wenn sie beide in eine Steuerstellung bewegt werden. Dann steht nämlich
der Pumpendruch an jedem Kolbenschierber nur an einer Seite an und verhlemmt ihn
in seiner Schieberbohrung. Dazu kommt, daß infolgs der insgesamt achtmaligen Umlenkung
des Fruchmittelstroms in zweiten Teilkanal hohe Druckverluste auftreten. Da der
Durchmesser der Kolbenschieber durch die Querbohrungen nicht in unbeschränktem Maß
geschwächt werden dafr, ist der Durchsetz durch jeden Teilkanal begrenzt und insbesondere
der Durchsatz durch den mehrfach umgelenketen Teilkanal wesentlich geringer. Außerdem
gestattet die Gehäusekonstruktion kein Aneinandersetzen mehrerer Steuerventile,
wie es in der Praxis aus PlaZzgründen häufig erforderlich ist, da dann bei Absperrung
des drucklosen Durchlaufs in einem in Strömungsrichtung vorderen Steuerventil die
dahinterliegenden keinen Pumpendruck mehr erhalten.
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Der Erfindung lieg-s die Åufgabe zagrende, eine Steuerventilanordnung
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie kompakt 9 herstellungstechnisch
einfach und preiswert ausgebildet ist sowie einen drucklosen Umlauf aufweist9 mit
dem nicht nur in allen Stellungen der Kolbenschieber, sondern auch in Zwischensteliungen,
ein einwandfreier Druckausgleich an jedem Kolbenschieber erzielbar ist Erfindungsgemäß
wird die gestellte Aufgabe bei einer Steuerventilanordnung der eingangs genannten
Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei diesem Aufbau der Steuerventilanordnung, die mindestens Gehäuse
mit jeweils einem Kolbenschieber aufweist, wobei diese Gehäuse druckmittelübertragend
aneinandergesetzt sind, erfolgt keine direkte Durchströmung der Eolbenschieber in
der Stellung des drucklosen Umlaufs. Deshalb können die für den drucklosen Umlauf
verantwortlichen Teilkanäle in ihrem Querschnitt im wesentlichen unbeschränkt so
dimensioniert werden, daß sich ein wünschenswert großes Durchsatzvolumen ergibt.
Die einen Teil jedes Teilkanals bildenden Umlenktaschen in den Kolbenschiebern lassen
sich herstellungstechnisch einfach anbringen, genau wie auch die Teilkanäle selbst.
Unabhängig davon, wie viele Steuerventilgehäuse in der Steuerventilanordnung in
Reihe geschaltet sind, ergibt sich fürjsden Kolbenschieber ein Kraftausgleich, und
zwar auch dann, wenn mehrere Eolbenschieber in Steuerstellungen stehen. An jedem
Kolbenschieber steht an diametral exakt gegenüberliegenden Bereichen der gleiche
Druck an. Der Steuerschieberbewegung wird sowohl von der Neutralstellung in die
Steuerstellungen als auch umgekehrt nahezu kein Widerstand entgegengesetzt. In allen
Zwischenstellungen, in denen ggf. ein gedrosselter Umlauf
stattfindet,
ist ebenfalls -n Kraftausgleich für die Kolbenschieber gegeben.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes gibt ferner
Anspruch 2 an. Hiermit wird bei einem Gehause, das zwei oder mehrere Kolbenschieber
enthält, die in Reihe hintereinander vom Druckmittel angeströmt werden, ebenfalls
ein idealer Druckausgleich für jeden Kolbenschieber erreicht, unabhängig davon,
welcher Kolbenschieber gerade in eine Steuerstellung verschoben wurde oder in einer
Zwischenstellung steht. Die Ausbildung des drucklosen Umlaufes vermeidet hier den
Nachteil, der bekannten Steuerventilanordnungen anhaftete, bei denen dann kein Druckausgleich
mehr erzielt werden konnte, wenn in einem Steuerventilgehäuse beide Kolbenschieber
in ihre Steuerstellungen gebracht wurden und dazwischen ein vom Druckmittelkreislauf
vollkommen abgesperrter Umlaufbereich vorlag, während an den beiden Kolbenschiebern
der volle Arbeitsdruck an stand.
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Die Herstellung des Gehäuses ist dann besonders einfach, wenn gemäß
Anspruch 3 vorgegangen wird. Die Teilkanäle sind im wesentlichen spiegelbildlich
und zueinander symmetrisch, so daß beide Teilkanäle mit der gleichen Werkzeugmaschineneinstellung
herstellbar sind.
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Da stets angestrebt wird, das Gehäuse eines Steuerventils in Schieberlängsrichtung
möglichst kurz zu bauen, um zu einem kompakten Gehäuse zu kommen, ist es zweckmäßig,
gemäß Anspruch 4 vorzugehen. Die beiden Teilkanäle können auf diese Weise - quer
zur Schieberlängsrichtung gesehen -sehr nahe aneinandergerückt werden.
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Zu einer weiteren Verkürzung des Gehäuses führt die von Anspruch 5
hervorgehobene Maßnahme. Trotz der - quer zur Schieberlängsrichtung gesehenen -
Sberlappung von Abschnitten der Teilkanäle ist die Herstellung einfach.
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Optimal kurze Strömungswege sowie ein Druckausgleich im Mittelbereich
des Kolbenschiebers ergibt sich, wenn eine zweckmäßige Ausführungsform gemäß Anspruch
6 geählt wird, während gemäß Anspruch 7 Druck- und Durchsatzdifferenzen zwischen
den Teilkanälen vermieden sind.
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Ausführungsformen des Anmeldungsgegenstandes werden nachstehend anhand
der Zeichnung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines hochkant stehenden Steuerventilgehäuses
nach einer ersten Ausführungsform, das über ein Zwischenblech mit einem zweiten,
gleichartigen, nur angedeuteten Steuerventilgehäuse verbunden ist, Fig. 2 einen
Mittelschnitt in der Ebene A-B des Steuerventilgehäuses von Fig. 1, Fig. 3 einen
um 90° gedrehten Mittelschnitt in der Ebene E-F in Fig. 2, Fig. 4 eine weitere Schnittdarstellung
in der Ebene O-D in den Fig. 1 und 3, Fig. 5 einen nach unten geklappten Horizontalschnitt
in der Ebene G-H in Fig. 2, Fig. 6 das Zwischenblech zwischen den Steuerventilgehäusen
gemäß den vorigen Figuren,
Fig. 7 einen nach unten geklappten Horizontalschnitt
in der Ebene I-E in Fig. 3, F 8 einen Horizontalschnitt in der Ebene L-M in Fig.
3, Fig. 9 ein Schema einer weiteren Ausführungsform,bei der zwei Kolbenschieber
in einem gemeinsamen Steuerventilgehäuse vorgesehen sind, Fig. 10 ein Schema der
Strömungskanäle in drei nebeneinandergesetzten Steuerventilen gemäß den Fig. 1 bis
8, Fig. 11 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Steuerventilgehäuses
mit einem Kolbenschieber, Fig. 12 einen Vertikalschnitt in der Schnittebene D-D
in Fig. 11, Fig. 13 einen um 900 gedrehten Vertikalschnitt in der Ebene E-E in Fig.
12, Fig. 14 einen nach unten geklappten Horizontalschnitt in der Ebene B-B in Fig.
11, Fig. 15 einen Vertikalschnitt in der Schnittebene B-F in Fig. 14, und Fig. 16
einen Vertikalschnitt in der Ebene G-G in Fig. 15.
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Eine Steuerventilanordnung 1 gemäß den einander zugeordneten Schnitten
der Fig. 1 bis 5, unl 7 und 8, besteht aus im wesentlichen quaderförmigen Gehäusen
2 mit einer vorderen und hinteren Gehäuseaußenseite 2A und 2B (Fig. 5). In Fig.
1 sind neben Verbraucheranschlüssen VI
und VII zwei Hilfsbohrungen
3 und 4 erkennbar, Jedes Gehäuse 2 wird von einer zylindrischen Schieberbohrung
5 durchsetzt, in welcher ein Kolbenschieber 6 mittels einer Schieberstange 7 aus
einer Neutralstellung (Fig. 2) N in eine erste und eine zweite Steuerstellung I
und II verschiebbar ist. Eine mit einem Pumpenzulauf P über ein Sicherheitsventil
S verbundene Zulauföffnung 8 mündet in die Schieberbohrung 3. Zur Zulauföffnung
8 in Bohrungslängsrichtung versetzt und gegenüberliegend sind die zu den Verbraucheranschlüssen
V1 und VII führenden Anschlußöffnungen 11 und 12 vorgesehen.
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Durch den Kolbenschieber 6 führen inder Höhe der Anschlußöffnungen
11 und 12 Bohrungen 13 zu gegenüberliegenden und zur Schieberbohrung 5 hin offenen
Ausnehmungen 11a und 12a. An beiden Enden des Kolbenschiebers 6 befinden sich Kammern
14, die an Verbraucherrücklaufkanäle RV angeschlossen sind. Am Kolbenschieber 6
sind in Längsrichtung verlaufende, taschenförmige Ausnehmungen 9 angeordnet, die
über radiale Durchbohrungen 10 in Strömungsverbindung stehen. Mit B sind Befestigungsöffnungen
angedeutet, die das Gehäuse 2 zur Gänze durchsetzen und zum Aneinandersetzen mehrerer
gleichartiger Steuerventilgehäuse dienen. In dem Schnitt gemäß Fig. 3 ist an der
Gehäuseaußenseite 2A eine kreisförmige Ansenkung 15 erkennbar, sowie der Verlauf
der durchgehenden Verbraucherrücklaufkanäle Rv.
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Jedes beschriebene Steuerventilgehäuse 1 der Anordnung besitzt einen
drucklosen Umlauf in der Neutralstellung N seines Eolbensokiebers 6. Dazu sind in
einer senkrechten Ebene - bezogen auf die von der Zulauföffnung 8 und den Verbraucheranschlußöffnungen
11 und 12 definierte Ebene - im Kolbenschieber zwei diametral gegenüberliegende
Umlenktaschen
17 und 18 ausgebildet, die Teil zweier voneinander unabhängiger Teilkanäle 16 und
19 sind. Von der Ansenkung 15 erstreckt sich ein gerader Stichkanal 16a bis zur
Schieberbohrung 5 und mündet in die Umlenktasche 17. Parallel dazu ist ein kurzer
Stichkanal 16b worgesehen, von dem sich ein um 90° dazu abknickender Kanalabschnitt
16c von der Zeichenebene zum Betrachter hin erstreckt (Fig. 7). An diesen schließt
sich ein weiterer ganalabschnitt 16d an, der zur gegenüberliegenden Gehäuseaußenseite
2B führt und dort ausmündet. In der Schnittebene von Fig. 3 beginnt an der Gehäuseaußenseite
2B der zweite Teilkanal 19 mit einem Stichkanal 19a, der unmittelbar bis zur Umlenktasche
18 geführt ist.
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Parallel dazu führt von der Umlenktasche 18 ein kurzer Kanalabschnitt
19b zu einem von der Zeichenebene zum Betrachter strebenden Kanalabschnitt 19c (Fig.
8) und von diesem unter Umgehung der Schieberbohrung 5 ein Kanalabschnitt 19d zur
Ansenkung 15 an der vorderen Gehäuseaußenseite 2A. Die Teilkanäle 16 und 19 verlaufen
demzufolge in zwei in einem der Taschenlänge entsprechenden Abstand nebeneinander
liegenden Ebenen - bezogen auf die Bohrungslängerichtung -, wobei jeder Teilkanal
mit Hilfe der Umlenktasche 17 bzw. 18 von der einen Ebene in die andere überwechselt.
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Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß der Kanalabschnitt 19c als Sackbohrung
ausgeführt und mit Hilfe der Hilfsbohrung 3 und einem dort eingesetzten Stopfen
20 derart verschlossen ist, daß er nur die Kanalabschnittel9b und 19d miteinander
verbindet. Entsprechend wurde der Kanalabschnitt 16c in einer anderen Gehäuseebene
mit der Hilfsbohrung 4 angefertigt. Die zueinander parallelen, anderen Kanalabschnitte
können isonders einfach durch Sackbohrungen hergestellt werden, die dann durch den
eingeführten Kolbenschieber in die entsprechenden Abschnitte unterteilt werden.
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Da üblicherweise in einer Steuerventilanordnung mehr als zwei Steuerventilgehäuse
batterieartig zu mehreren nebeneinandergesetzt und an eine gemeinsame Druckmittelversorgung
bzw. Abführung angeschlossen sind, ist es zweckmäßig, daß die einzelnen in das Gehäuse
ein- und aus diesem ausmündenden Bohrungen, die in jedem Steuerventil für denselben
Arbeitszweck verwendet werden, miteinander fluchten. ueblich ist dabei, daß zwischen
jeweils zwei benachbarten Steuerventilgehäusen eine Zwischenplatte 21 (Fig. 1, 3,
5 und insbesondere Fig. 6) eingesetzt wird, die entsprechende Durchlauföffnungen
mit eingelegten Dichtringen (z.B. O-Ringen) besitzt. Die Zwischenplatte gemäß Fig.
6 zeigt die einzelnen ur Strömungsführung vorgesehenen Öffnungen, B, Rv, P, sowie
eine größere Durchbrechung 22. Die Durchbrechung 22 kommt in diesen Bereich, wo
an den Gehäuseaußenseiten 2A oder 2B die Teilkanäle 16 oder 19 ein- bzw. ausmünden.
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Die Strömungsführung durch mehrere, in Reihe nebeneinandergesetzte
und miteinander verschraubte Steuerventilgehäuse erfolgt in der Regel derart, daß
der Pumpenzulauf mit dem Anfang des drucklosen Umlauf es, z.3.
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der Ansenkung 15, verbunden ist, (s. Fig. 5, durch Pfeile angedeutet),
und daß an der freien Gehäuseaußenseite des letzten Steuerventils der Reihe Sammelleitungen
für die Verbraucherrücklaufkanäle und für den drucklosen Umlauf angeschlossen sind.
Die ebenfalls alle Gehäuse durchsetzende Pumpenleitung P wird üblicherweise im letzten
Steuerventilgehäuse einer Reihe verschlossen.
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Fig.10 zeigt in schematischer Darstellung den vorbeschriebenen Strömungsverlauf
bei drei nebeneinandergesetzten und durch Zwischenplatten 21 getrennten Steuerventilgehäusen
2. Der Kolbenschieber 6 ist jeweils als Zylinder angedeutet. Darüber wird das Gehäuse
von dem Pumpenkanal P
durchsetzt. Nahe den beiden Enden des Kolbenschiebers
6 wird das Gehäuse unterseitig von den Verbraucherrücklaufkanälen durchsetzt, die
am Ende der Reihe in den Sumpf geführt werden. Wie bei 23 angedeutet, ist der Pumpenzulauf
im letzten Steuerventilgehäuse verschlossen.
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Mit 8 sind die von den Pumpenzulaufleitungen abzweigenden Zulauföffnungen
zu den Schieberbohrungen angedeutet.
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Gleichzeitig ist erkennbar, daß an der freien Gehäuseaußenseite 2A
des in der Reihe ersten Steuerventils eine Abzweigung vom Pumpenzulauf zu den beiliegenden
Mündungen der Teilkanäle 16 und 19 führt. Der Verlauf der Teilkanäle 16 und 19 in
jedem der Steuerventile ist schematisch und in perspektivischer Darstellung gezeigt,
wobei deutlich erkennbar ist, daß jeder Teilkanal 16 und 19 den gleichen Strömungsweg
und die gleiche Anzahl von Umlenkungen aufweist.
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In Fig. 10 stehen alle drei Steuerventile in der Neutralstellung,
so daß der drucklose Umlauf durch alle drei Steuerventile erfolgt. Der Steuerschieber
ist dadurch in jedem Steuerventil druckausgeglichen, da der durch die Strömung erzeugte
dynamische Druck in den Umlenktaschen 17 und 18 dadurch aufgehoben wird, daß er
an sich diametral gegenüberliegenden Bereichen des Steuerschiebers angreift.
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Wenn nun einem der Verbraucheranschlüsse Druckmittel zugeführt werden
soll, wird ein Kolbenschieber 6 aus seiner Neutralstellung in seine Steuerstellung
verschoben. Dadurch wird automatisch der Durchgang durch beide Teilkanäle 16 bzw.
19 unterbrochen. Der drucklose Umlauf ist unterbrochen, und das Druckmittel steht
mit dem gewünschten Arbeitsdruck bei diesem Kolbenschieber an sich diametral gegenüberliegenden
Umfangsbereichen, d.h. benachbart zu den Taschen 17, 18 am Kolbenschieberumfang,
an. Damit ist ein Kraftausgleich für diesen Kolbenschieber gegeben. Er bleibt
leicht
beweglich. Der Arbeitsdruck steht in jedem Steuerventil zur Beaufschlagung der Verbraucher
dann zur Verfügung, wenn bei einem der drei Steuerventilgehäuse der Kolbenschieber
in eine Steuerstellung verschoben wird, die den drucklosen Umlauf unterbricht. Unabhängig
davon, bei welchen der Steuerventile dies erfolgt, bleibt derjenige Steuerschieber
und auch die Steuerschieber des in Strömungsrichtung davor- ader danachliegenden
Steuerventils kraftausgeglichen.
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In Fig. 9 in eine weitere Ausführungsform einer Steuerventilanordnung
angedeutet. In einem Steuerventilgehäuse 2' sind zueinander parallel zwei Kolbenschieber
6A, B gelagert. Der Druckmittelweg für das Arbeiten dieses Zwei-Schieber-Steuerventils
ist aus Gründen der besseren Verständlichkeit weggelassen; er ist gleich wie bei
zwei gemäß der vorhergehenden Figuren aneinandergesetzten Steuerventilgehäusen mit
jeweils einem Kolbenschieber.
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Für den drucklosen Umlauf sind zwei Teilkanäle 16' und 19' vorgesehen,
die von jeweils einer Gehäuseaußenseite zur anderen führen. In Strömungsrichtung
im Pumpenkanal P führt der Teilkanal 16' zunächst mit einem Kanal 16'a unmittelbar
zur Tasche 17 des Kolbenschiebers 6A, nach Umlenkung in dieser dann mit einem Verbindungskanal
16'b unter Umgehung beider Kolbenschieber 6A,B zur Tasche 18 des Eolbenschiebers
6B und nach dieser mit einem Kanal 16'c zur anderen Gehäuseaußenseite. Der Teilkanal
19' führt hingegen mit einem ersten, den Kolbenschieber 6A ungehenden Kanal 19'c
zur zweiten Tasche 18 des Eolbenschiebers 6A, nach dieser dann über einen geraden
Verbindungskanal 19'b zur gegenüberliegenden Tasche 17 des Kolbenschiebers 6B, und
nach dieser unter Umgehung dieses Kolbenschiebers mit einem Kanal 19'a zur Gehäuseaußenseite.
Beide Teilkanäle 19' und 16' verlaufen in zwei Gehäuseebenen im Abstand der Taschenlänge,
so daß
sie einfach mittels durchgehender Stichbohrungen in diesen
zwei Ebenen hergestellt werden können. Unabhängig davon, welcher der beiden Kolbenschieber
in eine Steuerstellung verschoben wird, ergibt sich durch diese Art des drucklosen
Umlaufs ein Kraftausgleich an beiden Kolbenschiebern.
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In den Fig. 11 bis 16 ist eine weitere Ausführungsform eines Steuerventilgehäuses
mit einem Kolbenschieber 106 in einander zugeordneten Schnittdarstellungen erkennbar.
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Da dieses Steuerventil im wesentlichen aus gleichen Einzelteilen besteht,
wie das eingangs beschriebene, wurde zur Bezeichnung der einzelnen Elemente und
Konstruktionsdetails dieser Ausführungsform den zuvor verwendeten Bezugszeichen
100 dazuaddiert.
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Eine ausführliche Erläuterung dieser Ausführungsform scheint nicht
erforderlich, da sie sich von der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 bis 10 nur durch
die Anordnung der Teilkanäle 116 und 119 unterscheidet.
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Wie insbesondere aus Fig. 15 hervorgeht, sind bei dieser Ausführungsform
der Stichkanal 116a und der von der Umlenktasche 117 wegführende Eanalabsehnitt
116b (und selbstverständlich entsprechend auch beim Teilkanal 119) schräg zueinander
versetzt angeordnet, so daß sie sich - quer zur Schieberbohrungslängsrichtung gesehen
- überlappen. Auf diese Weise kann das Gehäuse in Bohrungslängsrichtung optimal
kurz gebaut werden, da für die Anordnung der Teilkanäle 116 und 119 kein größerer
axialer Bereich der Schieberbohrung notwendig ist, als für die Zulauföffnung 108.
Allerdings können infolge der Überlappung der zu den Umlenktaschen 117 und 118 führenden
Abschnitte der Teilkanäle 116 und 119 die weiteren Kanalabschnitte nicht in der
gleichen Ebene liegen, sondern
müssen geringfügig nach außen versetzt
werden. Wie die einzelnen Kanalabschnitte gebohrt wurden, damit sich keine Überschneidungen
im Gehäuseinneren ergeben, lassen die Fig. 11, 12 und 15 erkennen. Durch diese seitliche
Versetzung der Kanalabschnitte 116c, 119c, sowie der StiSkanäle 116d und 119d ergibt
sich an der einen Gehäuseaußenseite ein anderes Mündungsmuster für die Teilkanäle,
wie an der anderen Gehäuseaußenseite. Durch eine trapezförmige Gestalt der Durchbrechung
122 der Zwischenplatte 121 kann diese jedoch an beiden Gehäuseaußenseiten angebracht
werden.
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L e e r s e i t e