DE3124062A1

DE3124062A1 - Handsteuerventil fuer ein hydraulikaggregat

Info

Publication number: DE3124062A1
Application number: DE19813124062
Authority: DE
Inventors: Dieter 5810 Witten Peters; Werner 4630 Bochum Reiffert; Joachim 4600 Dortmund Wiendahl
Original assignee: NEUHAUS J D FA
Current assignee: NEUHAUS J D FA
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1983-01-05
Also published as: FR2507705A1; GB2102156A

Description

Die Erfindung betrifft ein Handsteuerventil für ein Hydraulikaggregat, das mit einer unter Druck stehenden Versorgungsleitung sowie mit einer Steuerleitung versehen ist, deren Druck bzw. deren Durchlaufmenge von der Stellung eines Steuerkolbens abhängig ist.

Derartige Handsteuerventile sind seit langem bekannt. In der Regel weisen sie mindestens zwei Anschlüsse auf, nämlich jeweils den Anschluß für die Versorgungsleitung und die St ouerlo i t;ung; darüberhinaus ist oftmals eine eil ung vorgesehen, aus der Hydraulikflüssigkeit ab-

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geleitet wird, die an den Steuerorganen vorbei in einer. Bereich des Ventils gelangt ist, der an der eigentlichen Steuerung nicht beteiligt ist. Die manuelle Verstellung und damit die Regelung der Durchflußmenge von der Versorgungsleitung zu der Steuerleitung geschieht durch Drehen oder axiales Verstellen eines Steuerkolbens, im Verlauf dessen mit Steuerkanten versehene Öffnungen mehr oder weniger stark zur Deckung gebracht werden.

Derartige Handsteuerventile können für eine direkte oder auch für eine indirekte Beeinflussung des nachgeschalteten Hydraulikaggregates eingesetzt werden. Bei der direkten Steuerung fließt durch das Handsteuerventil die volle Leistung, die in Form des Druckes und der Strömungsgeschwindigkeit im Anschluß daran auch das nachgeschalteto Hydraulikaggregat passiert. Aufgrund der bei einigen Hydraulikaggregaten .erheblichen Leistung kann es bei direkten Steuerungen zu sehr unhandlichen Handsteuerventilen kommen, deren Bedienung insbesondere bezüglich einer Feindosierung Schwierigkeiten bereitet. Diesbezüglich sind indirekte Steuerungen günstiger, sie bedingen jedoch· ein Servoaggregat, in dem die Steuerimpulse des durch das. Handsteuerventil hindurchströmenden hydraulischen Hilfskreises in Stellbewegungen für den eigentlichen Leistungskreis umgesetzt werden. Dadurch verteuert sich die Schaltung erheblich, auch ist wegen der nicht mehr vorhandenen unmittelbaren Einflußnahme die Feindosierung in vielem Fällen nicht mehr qewährl oi .st pt .

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein HandsLeuorvonl il für ein Hydraulikaggregat zu schaffen, bei dessen Anwendung auch bei sehr hohen Leistungen stets eine feine Dosierung des Leistungskreises möglich ist.

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O IZ.4UOZ

Die Erfindung wird darin gesehen, daß dei Steuerkoioen als von beiden Seiten mit Druck beaufschlagter Schwimmkolben ausgebildet ist, und daß die Stellung des Steuerkolbens von einem Ventil zur Entlastung des Druckes auf der einen Kolbenseite abhängig ist, dessen eine Dichtfläche an dem Steuerkolben und dessen andere Dichtfläche an einem manuell bewegten Stellglied angeordnet ist.

Bei der Erfindung wird also die direkte Verstellung des Steuorkol.bons vermieden, dennoch bleibt aber quasi ein unmittelbare) Kontakt zwischen dem Steuerkolben einerseits und >l(>m manuell bewegten Stellglied erhalten. Aufgrund ■liM cinsi'il i t ji mi L'nLlasLuny des Steuerkolbens mit Hilfe eines Ventils stellt sich zwischen den beiden Dichtflächen des Ventils nach einem Verstellvorgang stets ein Gleichgewichtszustand ein, der ohne weitere Verstellbewegung dls stationär bezeichnet werden kann. Das bedeutet, daß die Dichtflächen des Ventils, also der Steuorkolben auf der einen Seite und das manuelle Stellglied auf der anderen Seite, in diesem stationären Zustand unabhängig von der jeweiligen Stellung denselben Abstand aufweisen. Unmittelbar nach einem Stellvorgang tritt demnach selbsttätig eine Situation ein, die der eines mit vorgegebenem Abstand zu dem Steuerkolben verbundenen Stellgliedes entspricht.

Es kann somit festgestellt werden, daß bezüglich des Verstollweges der Steuerkolben und das Stellglied quasi unverrückbar aneinandergekoppelt sind, während die Verstellkraft hauptsächlich hydraulisch aufgebracht wird und nur während dieses kurzen Augenblickes die quasi fixierte

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ist. Auf diese Weise sind selbst bei sehr großen Leistungen feinfühlige und genaue Steuerungen möglich, wobei die Feinfühligkeit von den geringen aufzubringenden Kräften und die Genauigkeit von der Koppelung des Steuerkolbens an das Stellglied herrühren.

Es ist besonders zweckmäßig, den Kolbon nls Siufcnkolheu auszubilden, wobei der durch das Vent il entlastete Druelauf die Lm Durchmesser größere■Kolbonflache wirkt. Dadurch stellt sich ein besonders spontanes Ansprechverhalten ein, das für eine leichte und spontane Bedienung sehr vorteilhaft ist. Beide Kolbenseiten können dabei an denselben Druck.angeschlossen sein, vorausgesetzt, daß die durch das Ventil entlastete Seite mengenmäßig geringer beliefert wird, was durch die Anordnung einer gegebenenfalls variablen Drossel in der entsprechenden Zuleitung sehr leicht bewirkt werden kann.

Für eine besonders feine Dosierung empfiehlt es sich, das zur Entlastung dienende Ventil als Kegelventil auszubilden, wobei dann das Stellglied annähernd die Form einet Nadel aufweist. Steuerkolben und Nadel sind koaxial zueinander angeordnet, so daß sich das Gleichgewicht an dem Steuerkolben durch unterschiedlich starkes Abrücken der kegeligen Dichtfläche an dem Kolben von der zu einem Kegel geschliffenen Nadel einstellen kann. Über den Öffnungswinkel des Kegels läßt sich die Feinfühligkeit weiter -steigern. Je flacher der Öffnungswinkel ist, je näher er als.o der Form eines Zylinders angenähert ist, desto feinfühliger ist die Bewegung, desto größer sind allerdings auch die erforderlichen Verstellwege zur Initiierung eines Stellvorgangs.

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Zur Weiterleitung der durch das Ventil strömenden Entlastungsmenge kann in dem Kolben ein zentraler Kanal angeordnet sein, an dessen freiem Ende eine Verbindung zu einer Rücklaufleitung angeordnet ist. Dabei ist es zweckmäßig, die Steuerleitung in der Nullage des Steuerkolbens mit dieser Verbindung in Austausch treten zu lassen, damit: die Steuerleitung stets gefüllt ist und so cvontuelle Schläge beim plötzlichen Ansteuern vermieden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Handsteuerventil ist es ohne weiteres-möglich, die direkte bzw. die über die Drossel geführte Beaufschlagung des Steuerkolbens durch eine jeweilige Verbindung mit der Versorgungsleitung erfolgen /u Lassen, es bedarf also keines gesonderten Kreises zur i-h-y ι c· 1 uiHj ; dor Schwimmlage des Steuerkolbens. Insbesondere für die sichere Rückstellung bei starken Verstellwegen kann es zweckmäßig sein, die direkt beaufschlagte Seite des Kolbens zusätzlich mit Hilfe einer Feder abzustützen. Die Feder kann ^n ihrer Länge so gewählt -sein, daß sie. nur bei qroßen Verstellwegen aktiviert wird. Zur weiteren Steigerung der Feinfühligkeit kann an das manuell bewegte Stellglied beispielsweise in Form der Stellnadel eine Hebelübersetzung angeschlossen sein, die gegenüber dem eigentlichen Stellweg eine geringere Stellbewegung des Stellgliedes bewirkt.

Nachfcj Iqond wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; die einzige Figur zeigt:

pinen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Handsteuerventils.

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In der einzigen- Figur der Zeichnung ist zum Teil schematisch ein erfindungsgemäßes Handsteuerventil· ohne jegliches Zubehör dargestellt. Es besteht aus einem Gehäuse 1, das der Länge nach von einer Bohrung konstanten Durchmessers durchzogen wird. Die Bohrung 2 ist auf der einen Seite durch einen Blindstopfen 5 und auf der anderen Seite durch einen Durchgangsstopfen 4 verschlossen. Das Innere der Bohrung 2 wird im wesentlichen durch zwei Buchsen 10 und 11 unterschiedlichen Durchmessers sowie durch eine Führungshülse 14 ausgefüllt. Die beiden Buchsen 10 und 11 stoßen an der mit Hilfe von zwei sich gegenüberliegenden Pfeilen gekennzeichneten Stelle stirnseitig aneinander. Zwischen der rechten Buchse 11 und der benachbarten Führungshülse 14 befindet sich noch eine Platte 12, die den einen Druckraum für einen in den beiden Buchsen 10 und 11 verschieblich gelagerten Steuerkolben 18 begrenzt; die entsprechende Begrenzung auf der anderen Seite des Steuerkolbens 18 wird durch den Blindstopfen 3 gebildet.

Im unteren Teil des Gehäuses 1 befindet sich eine Versorgungsleitung, die von-der linken Seite her gespeist wird und von der drei Versorgungsanschlüsse V 1, V 2 und

V 3 abgehen; zwischen den Versorgungsanschi üs.sen V· 2 und

V i ist eine variable Drossel eingefügt, mit deren Hilfe die zu dem Versorgungsanschluß V 3 gelangende Menge der Hydraulikflüssigkeit begrenzt werden kann. Von dem Versorgungsanschluß V 3 gelangt Hydraulikflüssigkeit in einen Ringraum außerhalb der Buchse 11, von wo aus die Hydraulikflüssigkeit über Querbohrungen 20 auf die eine Seite des Steuerkolbens 18 gelangt. In der dargestellten Ausgangslage strömt die mit Hilfe der Drossel reduzier ic

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einen Kanal 24, über eine Querbohrung 25 am Ende dieses Kanals in einen Rezess 26 hinein, von dem aus die Flüssigkeitsmenge in eine Rückleitung R 1 gelangt. Bei dem übertritt in den zentralen Kanal 24 passiert die Flüssigkeit ein Kegelventil 32, dessen Einzelheiten später noch erläutert werden.

über den .Versorgungsanschluß 1 gelangt Hydraulikflüssigkeit unter dem Druck der Versorgungsleitung auf die linke Seite des Steuerkolbens 18, die außerdem noch über eine Feder 21 beaufschlagt ist. Die Feder 21 ist aus Gründen der übersichtlichen Darstellung nur als strichpunktierte f.inie gezeichnet, und zwar anstelle einer Schraubenfeder. Ihre Länge ist so gewählt, daß sie in der dargestellten Nullage so gut wie keine oder nur eine sehr geringe Kraft auf den Steuerkolben 18 ausübt. Erst bei einer starken Verstellung des Steuerkolbens nach links kommt die Feder zunehmend zur Wirkung.

Etwa in der Mitte des Gehäuses 1 befindet sich' der Versorgungsanschluß V 2, durch den die gesteuerte Flüssigkeitsmenge im Falle einer Ansteuerung hindurchtritt und das erfindungsgemäße Handsteuerventil über eine Steuerleitung S verläßt. Sie nimmt dabei den Weg über einen Ringraum außerhalb der Buchse 11 und strömt in einen weiteren Rinqraum, der mit Hilfe einer Einschnürung 34 innerhalb des Steuerkolbens 18 gebildet ist. In der dargestellten Nulllage ist kein Ausgang für diesen durch die Einschnürung gebildeten Ringraum vorhanden, was gleichbedeutend damit ist, daß keine Flüssigkeitsmenge die Steuerleitung S unter Druck erreicht. Lediglich fließt zu der Steuerleitung S eine geringe Flüssigkeitsmenge sehr geringen Druckes, die über die Querbohrung 25 in dem Steuerkolben 28 und einen

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entsprechenden Kanal in der Buchse 10 dorthin gelangt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Steuerleitung stets gefüllt ist, mit der Folge, daß beim Ansteuern eine unmittelbare Reaktion wegen der schon gefüllten Steuerleitung erfolgt und außerdem keine Schläge auftreten können.

Das Kegelventil 32 besteht einmal aus dem kegelförmigen Sitz innerhalb des Steuerkolbens 18 und zum anderen aus einem kegeligen Anschliff am vorderen Ende einer Steuernadel 31. Sie ist das manuelle Stellglied, dessen .axiale Verschiebung um einen mehr oder weniger großen Betrag die Verschiebung des Steuerkolbens 18 zur Folge hat. Nach Überwindung des freien Spaltes innerhalb de« Kegol.ventil.es 12 erfolgt hier eine Abdichtung, so <laß die über den Versorguncjsanschluß V 3 nachströmende Flüssigkeitsmenge zu einem Druckanstieg auf der rechten Seite des Steuerkolbens 18 führt. Der als Stufenkolben ausgebildete Steuerkolben 18 weist an dieser Stelle eine größere Fläche auf, als an der dem Blindstopfen 3 zugewandten Stelle, so daß sich der Steuerkolben 18 so lange nach links bewegt, bis der sich wieder öffnende Spalt in dem Kegelventil 32 wieder zu einem Druckabfall auf dieser Seite führt, der zu einer Gleichgewichtslage des Steuerkolbens 18 und damit zu dessen Stillstand führt Dieser Zustand tritt allerdings nur ein, wenn die Steuernadel 31 stillgehalten und nicht dem sich nach links bewegenden St euerko] ben 18 nachgef."ührl wird. Im Falle der Nachführung bewegt sich der Steuerkolben so lange nach links, bis er .beispielsweise mit seiner linken Seite an dem Blindstopfen 3 anstößt.

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Die Bewegung des Steuerkolbens 18 nach links bewirkt, daß die Einschnürung 34 mit ihrer vorderen Kante die Ebene der aneinanderstoßenden Buchsen 10 und 11 verläßt und in den Raum unterhalb der Steuerleitung gelangt. In diesem Augenblick ist die Verbindung zwischen dem Versorgüngsanschluß V 2 und der Steuerleitung S vorhanden, wobei die Lage der vorderen Kante der Einschnürung gegenüber der Steuerleitung S ein Maß für die Durchtrittsmenge ist. Soll z.B. ein besonders großer Förderstrom die Steuerleitung S verlassen, wird die Steuernadel 31 zunächst bis zur Abdichtung des Kegelventils 32 niederge-Irürkl und dann dem sich bewegenden Steuerkolben 18 nachyeführt. Je nach Einstellung der Drossel vor dem Versorgungsanschluß 3 erfolgt diese Bewegung und damit das Nachführen der Steuernadel 31 langsam oder schnell, wobei für eine weiche Steuereinleitung eher- eine langsame Bewegung bevorzugt werden sollte. Sobald die Steuernadel ihre gewünschte Stellung erreicht hat, wird die Nachführbewegung abgestoppt mit der Folge, daß sich der Steuerkolben dann nur noch um einen sehr geringen Betrag weiterbewegt, bis nämlich innerhalb des Kegelventiles 32 wieder ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist, der den Steuerkolben 18 in dieser Lage verharren läßt, wenn nicht weitere Steuerbewegungen an der Steuernadel 31 ausgeführt wc nli·η .

Das Zurückziehen der Steuernadel 31 aus der jeweiligen Steuerstollung bewirkt eine vollständige Öffnung des Kegelventilus 32. Dadurch bricht auf dieser Seite des Stourrknlbcriii 18 der Druck zusammen, so daß der. auf · der andcj-iin Seite des Steuerkolbens 18 wirkende Druck die Oberhand gewinnt und den Steuerkolben wieder nach rechts verschiebt. Bei vollständig zurückgezogener Steuernadel

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kehrt der Steuerkolben 18 in seine Nullstellung zurück; ist die Steuernadel 31 jedoch nur zum Teil zurückgezogen, sinkt der Steuerkolben 18 so weit auf die Steuernadel 3¹ herab, bis die fortlaufende Abdichtung des Kegelventiles Jl-: wieder zu einem Druckanstieg auf dieser Seite des Steuerkolbens 18 geführt hat, der ihn in einer gleichgewicht igen-Schwimmlage hält.

Irgendwelche Leckmengen, die sich an der Steuernadel 31 vorbei in das.Innere der Führungshülle 14 orgo.ssen haben, können von hier au:; durch den Rück I auf aiisch I iiß R .' abfließen. Innerhalb der Führungshülse 14 ist genügend Raum, um hier eine Rückholfeder für die Steuernadel 31 unterzubringen. Dies ist nur dann erforderlich, wenn der an dem freien Ende der Steuernadel 31 angreifende Mechanismus keine Rückstelleinrichtung enthält bzw. die SteuernadeJ i' direkt manuell beaufschlagt wird.

Das erfindungsgemäße Handsteuerventil ist sowohl für eine Direktsteuerung als auch für eine Indirektsteuerung verwendbar. Obwohl angesichts der feinfühligen und genauen Dosierbarkeit im Grunde keine indirekte Steuerung erforderlich ist, kann im Ausnahmefall dennoch die Aufwendung i-inoj indirekten Steuerung geboten :;ein, wenn nämlich z.B. die Zuleitungen für die geforderte Leistung so groß und unförmig sein müssen, daß die allgemeine Handhabbarkeit des Handsteuerventils darunter leidet.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte iun KA/Ja

Wenzel & Kalkoff
Ruhrstr. 26
Postfach 2448
Witten/Ruhr

Patentansprüche

Handsteuerventil für ein Hydraulikaggregat mit einer unter Druck stehenden Versorgungsleitung und einer Steuerleitung, deren Druck bzw. deren Durchlaufmenge von der Stellung eines Steuerkolbens abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (18) als von beiden Seiten mit Druck beaufschlagter Schwimmkolben ausgebildet ist, daß die Stellung des Steuerkolbens (18) von einem Ventil (32) zur Entlastung des Druckes auf der einen Kolbenseite abhängig ist, dessen eine Dichtfläche an dem Steuerkolben (18) und dessen andere Dichtfläche an einem manuell bewegten Stellglied (31) angeordnet ist-

2. Handsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Steuerkolben (18) als Stufenkolben ausgebildet ist, und daß der durch das Ventil (32) entlastete Druck auf die im Durchmesser größere Kolbenfläche wirkt.

3. Handsteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß beide Seiten des Steuerkolbens (18) von demselben Druck

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und daß in der Zuleitung zu der durch das Ventil (32) entlasteten Seite eine Drossel vorgesehen ist.

4. Handsteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Kegelventil (32) ausgebildet ist, dessen eine Dichtfläche in dem Steuerkolben und dessen andere Dichtfläche an dem Ende einer Stellnadel (31) angeordnet sind.

5. Handsteuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (18) mit einem zentralen Kanal (24) versehen ist, an dessen einem Ende die eine Dichtfläche des Ventils (32) und an dessen anderem Ende eine Verbindung (25, 26) zu einer Rücklaufleitung (R 1) angeordnet ist.

6. Handsteuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (S) in der Nullstellung des Steuerkolbens (18) mit der Verbindung (25, 26) des Kanals (24) zu der Rücklaufleitung (R 1) im Austausch steht.

7. Handsteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte bzw. über die Drossel geführte Beaufschlagung des Steuerkolbens (18) durch eine jeweilige Verbindung mit der Versorgungsleitung (V 2) erfolgt.

8. Handsteuervent.il nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η /. (j i c h η ο t, daß die direkt beaufschlagte Seite des Steuerkolbens (18) zusätzlich von einer .Feder (21) belastet ist.

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Handsteuerventil nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Kanals (24) mit der Rücklaufleitr.ng (R 1) aus einer Querbohrung (25) und aus einem Rezess (26) in dem Steuerkolben (18) gebildet ist.

10. Handsteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß an das manuell bewegte Stellglied (31) eine Hebe]-übersetzung angeschlossen ist, die gegenüber dem eigentlichen Stellweg eine geringere Stellbewegung des*Stellgliedes (31) bewirkt.

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