DE3511252A1

DE3511252A1 - Reversier- oder umschaltventil

Info

Publication number: DE3511252A1
Application number: DE19853511252
Authority: DE
Inventors: Jakob Bryne Herabakka
Original assignee: BRYNE MEK VERKSTED AS
Current assignee: BRYNE MEK VERKSTED AS
Priority date: 1984-04-12
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DK149085A; DK157096B; GB8507780D0; FI851256A0; NO154239C; GB2157400A; SE462176B; FI851256L; FR2562965B1; FR2562965A1; NO841452L; FI72785B; DE3511252C2; SE8501719L; DK157096C; DK149085D0; FI72785C; SE8501719D0; GB2157400B; NL8500933A

Description

VON KREISLER SCHONWAtD tlSHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE
Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Anmelder in: Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981

Bryne Mek. Verksted A/S Dr.-Ing. K. Schönwald

Dr. J. F. rues
Ame Garborgsvei 15 DipL-Chem. Alek von Kreisler

Dipl.-Chem. Carola Keller
N-4340 BRYNE, Norwegen Dipl.-Ing. G. Selling

Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KOLN 1

27. März 1985
Sg-DB/my

Reversier- oder Umschaltventil

Die Erfindung betrifft ein Reversier- oder Umschaltventil der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Art zur Steuerung eines Hydraulikzylinders, rotierenden Betätigers oder anderen Hydraulikmotors zur Umkehr seines Arbeitshubes, z.B. zur Drehung eines an den Zylinder angeschlossenen Drehpfluges.

Als Primärfunktion bewirken Ventile dieser Art, daß ein Zylinder einen vollständigen Arbeitshub von einer Extremposition in die entgegengesetzte Position und wieder zurück durchführt, z.B. um ein angeschlossenes Arbeitswerkzeug, wie einen Drehpflug, umzulegen. Wenn der Zylinderkolben sich zu Beginn in seiner inneren Endposition befindet, wird er von dem Ventil veranlaßt, seine äußere Endposition einzunehmen und dann in seine ursprüngliche Ausgangsposition zurückzukehren. Unabhängig von der jeweiligen Endposition des Zylinderkolbens bei Einleitung des Arbeitshubes soll das den Kolben

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompotent Köln

steuernde Ventil die Durchführung eines vollständigen hin- und hergehenden Arbeitshubes des Kolbens bewirken und ihn dann in seiner ursprünglichen Ausgangsposition anhalten. Das Ventil wird dabei durch ein und denselben Durchlaß kontinuierlich mit öl versorgt.

Die üblichsten Umschaltventile dieser Art sind druckgesteuert, d.h. sie veranlassen den Kolben zur Umkehr, wenn der Öldruck einen vorgegebenen Wert erreicht. Deshalb muß ein Teil des verfügbaren Arbeitsdruckes zur Steuerung des Ventils reserviert werden und dieser Reservedruck verursacht einen direkten Arbeitsdruckverlust. Wenn z.B. ein Öldruck von 150 bar zur Verfügung steht, ist es nicht unüblich, etwa 30 bar zur Steuerung des Ventils zu reservieren und Strömungsverluste durch das Ventil in Betracht zu ziehen; dies bedeutet, daß vielleicht nicht mehr als 100 bis 110 bar zur Durchführung des Arbeitshubes zur Verfügung stehen. Wenn das Umschaltventil zur Umkehrung des Kolbenhubes in einem Zylinder benutzt wird, der zur Drehung eines Drehpfluges dient, kann es schwierig sein, den Pflug über den Scheitelpunkt des Drehbogens hinwegzubewegen, insbesondere, wenn die Zugmaschine etwas schräg steht. Wenn in solchen Fällen ein druckgesteuertes Ventil benutzt wird, kehrt es die Kolbenrichtung erst dann um, wenn der Öldruck auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist und dies bedeutet, daß die Drehbewegung zwangsläufig zeitweise unterbrochen wird, bis der Druck zur Auslösung der Umkehr genügend gestiegen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten druckgesteuerten Umschaltventile zu überwinden und ein Ventil zu schaffen, das nicht nur einfacher aufgebaut ist als bekannte druckgesteuerte Umschaltventile, sondern das auch gleichmäßiger und schneller reagiert

als diese. Das erfindungsgemäße Umschaltventil ist im Gegensatz zu bekannten Ventilen für gleiche Zwecke von dem Aufbau eines hohen Öldruckes zur Veranlassung einer Positionsänderung des Längsschiebers unabhängig.

Diese und andere Aufgaben werden bei einem Umschaltventil durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Anders als bekannte druckgesteuerte Umschaltventile, deren Punktion von einem hohen Öldruck abhängig ist, ist das erfindungsgemäße Ventil strömungsgesteuert und verlangt nur einen geringen Druckabfall (2 bis 3 bar) über dem Ventilsitz in der Durchgangsbohrung des Längsschiebers, um diesen in einer Endposition zu halten. Deshalb kann der verfügbare Arbeitsdruck optimal ausgenutzt werden. Das erfindungsgemäße Ventil muß nicht auf einen vorgegebenen Arbeitsdruck eingestellt werden, da es unabhängig von dem Druck bis zu dem Maximaldruck, für den es ausgelegt ist, gleichermaßen gut funktioniert.

Die Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die weitere Vervollkommnungen der Erfindung nach Anspruch 1 betreffen.

Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezug auf ein in den Zeichnungen veranschaulichtes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Umschaltventils in Verbindung mit einem Hydraulikzylinder,

Fig. 2 einen Teil der Figur 1 in vergrößertem
Maßstab und

Fig. 3 und 4 einen Figur 1 ähnlichen Axialschnitt

des Ventils, wobei jedoch der Zylinder weggelassen ist und der Längsschieber/Kolben andere Positionen als in

Figur 1 einnimmt.

Das in den Zeichnungen dargestellte Reversier- oder Umschaltventil, das einen Hydraulikzylinder 26 zur Umkehr des Arbeitshubes des Zylinders, z.B. zur Drehung eines zugeordneten Drehpfluges (nicht gezeigt), beeinflußt, weist ein Schieberventilgehäuse 1 mit einem System von inneren Strömungswegen einschließlich separater Kanäle 18 bis 20, 2,17, 21 zur Verbindung des Druckfluidtanks T und der Pumpe P sowie der Zuführ-/ Rückführleitungen A, B mit dem Zylinder auf. In dem Längsschieber 3 ist eine Durchgangsbohrung 4, 4' ausgebildet, in der sich ein Ventilkörper, z.B. in Form einer von einer Feder 10 belasteten Kugel 6 befindet, der mit einem Ventilsitz 7 in der Bohrung 4,4' zusammenwirkt. Der Längsschieber 3 enthält außerdem Kanäle 5, 9 und Umfangsnuten 22, 23, die abwechselnd mit den Kanälen in dem Ventilgehäuse 1 in den beiden Endstellungen des LängsSchiebers 3 zusammenwirken.

Der Zylinder 26 ist mit einem Kolben 27, einer Kolbenstange 28 mit einem Ende 30 und einer Gelenkstelle 29 versehen. Der Zylinder 26 besitzt drei Längsachsen, und zwar a.,, in der der Kolben 27 seine voll eingefahrene innerste Position eingenommen hat (die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsposition); a„, in der der Kolben sich in seiner voll zurückgezogenen äußeren Position befindet und a₃, in der der Kolben in seine ursprüngliche Innenposition zurückgekehrt ist (Umschaltposition). Die Längsachsen des Zylinders in jeder der drei Positionen sind in Fig. 1 jeweils durch gestrichelte Linien angedeutet. Das Ende 30 der Kolbenstange ist an eine Führungsstange 31 mit einem festen Drehpunkt 32 angelenkt und die Führungsstange 31 kann gegen eine von zwei Anschlagflächen 33, 34 in den beiden Endpositionen des

Zylinders 26 anliegen (in denen der Kolben 27 seine voll eingefahrene äußerste Innenposition eingenommen hat). Das Ende 30 der Kolbenstange 28 ist in nicht gezeigter Weise, z.B. mit einem Drehpflug verbunden und dient zur Drehung des Pfluges.

Die Ränder des Ventilgehäuses 1 sind gestrichelt gezeichnet. Ein Druckstromweg 2 steht mit dem Längsschieber 3 über einen Durchlaßabschnitt 25 in Verbindung, dessen Querschnittsbereich größer als der Druckkanal 2, jedoch kleiner als der Kanal 25' ist, in dem der Längsschieber 3 sich bewegt. Die innere Durchgangsbohrung des LängsSchiebers 3 besteht bei der gezeichneten Ausführungsform aus zwei Abschnitten 4, 4' etwas unterschiedlicher Durchmesser, wodurch an der Grenzfläche der beiden Abschnitte ein Ventilsitz 7 für einen Ventilkörper in Form einer Kugel 6 entsteht, die von der Feder 10 belastet wird. Der Sitz 7 ist gemäß Fig. 2 mit zwei symmetrischen Nuten 8 versehen, die verhindern, daß die Kugel 6 gegen den Sitz 7 vollständig abdichtend zur Anlage kommt. Von der Bohrung 4, 4' in dem Längsschieber 3 erstrecken sich die Kanäle 5,9 radial nach außen und münden offen an dem Außenumfang des Längsschiebers 3. Das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 10 für die Kugel 6 stützt sich gegen einen Klemmring 11 ab, der in eine Umfangsquernut in dem Längs schieber 3 eingesetzt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Klemmringes 11 befindet sich eine zweite Feder 12, deren entgegengesetztes Ende gegen einen Kolben 13 drückt, der eine enge Durchgangsbohrung 14 aufweist, die in einem ringförmigen, scharfrandigen Endabschnitt 15 endet. Eine Feder 16, die stärker ist als die Feder 12, drückt den Kolben 13 berührungsschlüssig gegen den Längsschieber 3.

Wie vorher erwähnt, besitzt das Ventilgehäuse 1 ein System von Strömungswegen, die von dem Schieberkanal 25' ausgehen. Ein derartiger Kanal 21 in Fig. 1 steht mit der A-Strömungsleitung des Ventils in Verbindung, während ein entsprechender Kanal 17 an die B-Strömungsleitung angeschlossen ist. Andere Radialkanäle 18 bis 20 in dem Ventilgehäuse 1 sind mit der Tankströmungsleitung T verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die A- und B-Durchlässe mit der Fluidzuführ- und/Rückführleitung für den Hydraulikzylinder 26 verbunden, jedoch kann letzterer durch einen rotierenden Betätiger oder einen anderen Hydraulikmotor ersetzt werden. Nachfolgend wird die Funktion des Umschaltventils in Verbindung mit einem Hydraulikzylinder erläutert, wie in den Zeichnungen dargestellt ist.

In der Ausgangsposition gemäß Fig. 1 befinden sich der Zylinder und der Längsschieber in einer der beiden Hauptpositionen, nämlich der "rechten" Endposition. Durch den Strömungsweg 2 wird unter Druck stehendes öl zugeführt. Das öl strömt über den Durchlaßabschnitt 25 durch die Bohrung 4 in dem Längsschieber 3 hindurch. Das öl will dem Weg geringsten Widerstandes folgen, d.h. durch die Bohrung 4 über den Ventilsitz 7 hinter die Kugel 6 und weiter durch die Bohrung 14 in dem Kolben 13 strömen und von dort über einen Radialkanal 18 in dem Ventilgehäuse 1 zu dem Tank T fließen. Wenn das Öl durch die Nuten 8 hinter den Ventilsitz 7 gelangt, verursacht die Kugel das Auftreten eines vorgegebenen Druckabfalls, der innerhalb des Druckbereiches, für den das Ventil ausgelegt ist, etwa konstant ist. Der Druckabfall veranlaßt eine Positionsänderung des Längsschiebers 3, so daß der Kanal 9 in dem Schieber 3 dann mit dem Kanal 21 in dem Ventilgehäuse 1 und damit auch mit

- r - j

dem A-Strömungsweg zu dem Hydraulikzylinder in Verbindung steht. Gleichzeitig baut sich zwischen dem Kolben 13 und dem Längsschieber 3 Öldruck auf, weil der Querschnitt der Kolbenbohrung 14 im Vergleich zu der Bohrung 4, 4¹ in dem Längsschieber 3 beträchtlich kleiner ist, so daß die Bohrung 14 des Kolbens 13 als Drosseldurchlaß wirkt. Dieser Druckaufbau ist ausreichend groß, um zu bewirken, daß der Endabschnitt 15 des Kolbens 13 mit der Bohrungsöffnung gegen eine geeignet ausgebildete Schulter 24 des Ventilgehäuses 1 anstößt, wodurch die Strömung durch die Bohrung 14 zu dem Tankströmungsweg 18 abgesperrt wird (Figur 3) . Der sich ergebende Druckaufbau nimmt zu, bis der Druck hoch genug ist, um den Kolben 27 in dem Hydraulikzylinder 26 in Bewegung zu setzen (zurückzuziehen). öl strömt von der Stangenseite des Hydraulikzylinders über die B-Strömungsleitung durch den Kanal 17 in dem Ventil und gelangt über eine Umfangsringnut 22 in den Längsschieber 3 zu dem Kanal 20, der das öl zu dem Behälter T zurückführt. Solange diese Kolbenbewegung innerhalb des Hydraulikzylinders sich fortsetzt, strömt Öl hinter den Ventilsitz 7 in dem Ventil und hält den Druckabfall aufrecht, der notwendig ist, um den Längsschieber 3 in der in Figur 2 gezeigten Position zu halten.

Wenn der Kolben 27 in dem Zylinder 26 die extreme äußere (zurückgezogene) Position gemäß der Zylinderachse a₂ eingenommen hat, strömt kein öl mehr über den Ventilsitz 7 und der Druck wird mittels der Nuten 8 ausgeglichen, so daß der Längsschieber 3 einen Gleichgewichtszustand erreicht. Die Feder 12 drückt den Längsschieber 3 dann zurück in seine Ausgangsposition (Figuren 1 und 4) , während der Kolben 13 in seiner "linken" Endposition (Figuren 3 und 4) bleibt, in der er von dem öldruck zwischen dem Längsschieber 3 und dem Kolben 13

gegen die Schulter 24 abdichtend angedrückt wird. Dies ist die in Figur 4 gezeigte Position des Schiebers 3 und de Kolbens 13. Wenn der Längsschieber 3 wie beschrieben aus seiner Position gemäß Fig.3 in die Position gemäß Fig. 4 verstellt wird, nimmt das Volumen zwischen dem Längsschieber 3 und dem Kolben 13 zu. Die zur Füllung dieses vergrößerten Volumens erforderliche kleine ölmenge wird über die Nuten 8 zugeführt.

Nun strömt das Öl durch den Kanal 5 in dem Längsschieber 3 und den Kanal 17 in dem Ventilgehäuse 1 zu der B-Strömungsleitung zu dem Zylinder 26, wodurch der Zylinder seinen Arbeitshub vollenden kann, d.h. der Kolben 27 nimmt seine voll eingefahrene innere Endposition gemäß der Längsachse a, ein. Gleichzeitig kann Öl von der A-Strömungsleitung des Zylinders 26 durch den Kanal 21 in dem Ventilgehäuse 1 strömen, durch eine zweite Umfangsringnut 23 in dem Längsschieber 3 hindurchtreten und über den Kanal 19 sum Tank T strömen.

Wenn der Kolben 27 in seine innere Endposition in dem Zylinder 26 zurückgekehrt ist, wurde ein kompletter hin- und hergehender Arbeitshub durchgeführt. Ein neuer vollständiger Arbeitshub wird nicht automatisch eingeleitet, weil der Endabschnitt 15 des Ventilkolbens 13 mit der Durchgangsbohrung 14 gegen die Schulter des Ventilgehäuses abgedichtet ist. Unter diesen Umständen ist keine Ölströmung über den Ventilsitz 7 möglich, die jedoch erforderlich ist, um einen Druckabfall hervorzurufen, der dann eine Bewegung des Längsschiebers 3 verursacht. Der Kolben 13 bleibt in dieser Position, bis der Öldruck in der Druckströmungsleitung 2 fällt. Wenn dies geschieht, führt die Feder 16 den Kolben 13 in die Ausgangsposition (Fig. 1) zurück und das Ventil ist bereit, um einen neuen kompletten hin- und hergehenden Arbeitshub des Zylinders 26 zu steuern, der sich dann

von der apposition in die a,-Position gemäß Figur 1 bewegt.

Anders als bei bekannten Drucksteuerventilen, deren Funktion von einem hohen Öldruck abhängig ist, ist das erfindungsgemäße Ventil stromungsgesteuert und benötigt nur einen geringen Druckabfall (2 bis 3 bar) über dem Ventilsitz 7 in der Durchgangsbohrung 4,4' des Längsschiebers 3, um den Längsschieber in einer Endposition zu halten. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Arbeitsdruckes. Dieses Reversierventil braucht nicht auf einen besonderen Arbeitsdruck eingestellt zu werden, da es unabhängig von dem Druck bis zu dem Maximaldruck, für den es ausgelegt ist, gleichermaßen gut funktioniert.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie kann innerhalb des durch Anspruch 1 gegebenen Rahmens verändert, modifiziert und/oder ergänzt werden. Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß an dem Ventilsitz 7 hinter der Kugel 6 ein dauernder Durchgang besteht; ein solcher Durchgang kann jedoch auch dadurch erreicht werden, daß anstatt der Ausbildung von symmetrisch angeordneten Nuten 8 in dem Sitz 7 gemäß dem gezeigten Ausführungsbexspxel zusammenwirkende Nuten in dem Sitz und der Kugel oder nur in der Kugel 6 vorgesehen werden. In den Zeichnungen befindet sich der Ventilkolben 13 unmittelbar hinter dem Längsschieber 3; dies ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbexspxel (Anspruch 2) , es ist jedoch für die Funktion in der angegebenen Weise nicht unbedingt erforderlich. Der Kolben 13 kann an jeder Stelle des Ventilgehäuses in einem Kanal angeordnet sein, solange er mit den gleichen Kanälen gemäß den Zeichnungen in Verbindung

351 12b2 - ifi -/1

steht. Außerdem kann das erfindungsgemäße Reversierventil durch andere bekannte Ventile ergänzt werden, wenn dies erforderlich ist. Beispielsweise können ein Absperr- und/oder Shockventil als Teil des Ventils ausge-05 bildet sein. Da solche Hilfsorgane keinen Einfluß auf die eigentliche Funktion des Reversierventils haben, sind sie weder in die Zeichnungen noch in die Beschreibung aufgenommen worden.

/13

Leerseite -

Claims

ANSPRÜCHE

1. Reversier- oder Umschaltventil zur Steuerung eines Hydraulikzylinders (26) , eines rotierenden Betätigers oder eines anderen Hydraulikmotors und dergleichen zur Umkehr seines Arbeitshubes, z.B. zur Drehung eines an den Zylinder angeschlossenen Drehpfluges, bestehend aus einem Schieberventilgehäuse (1) mit einem System innerer Strömungswege einschließlich separater Kanäle (18-20;2;17,21) zur Verbindung eines Druckfluidtanks (T) und einer Pumpe (P) sowie von Zuführ-/Rückführleitungen (A,B) mit dem Zylinder (26) und mit einem Längsschieber (3),der eine Durchgangsbohrung (4,4') aufweist, die einen Ventilkörper , z.B. in Form einer federbelasteten Kugel (6) enthält, der mit einem in der Durchgangsbohrung (4,4·) ausgebildeten Ventilsitz (7) zusammenwirkt, wobei in dem Längsschieber (3) Kanäle, Nuten oder dgl. (5,9,22,23) ausgebildet sind, die abwechselnd mit den erwähnten Kanälen in dem Ventilgehäuse (1) zusammenwirken, wenn der Längsschieber (3) die eine oder die andere seiner beiden Endpositionen eingenommen hat,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (7) in der Durchgangsbohrung (4,4') des Längsschiebers (3) und/oder der Ventilkörper (6) so ausgebildet sind/ist, daß ein vollständiger Absperranschluß des Ventilkcrpers (6) gegen den Ventilsitz (7) verhindert wird und zwischen den beiden Teilen ein verhältnismäßig enger offener Durchlaß verbleibt, so daß bei Einlaß eines Druckfluidstromes in die Durchgangsbohrung (4,4') des Längsschiebers (3) der Ventilkörper (6) das Auftreten eines Druckabfalls ermöglicht, der eine Bewegung des Längsschiebers (3) von der einen Endposition in die andere Endposition bewirkt und daß der Längsschieber (3) mit einem federbelasteten Kolben (13)

zusammenwirkt, der eine Durchgangsbohrung (14) aufweist, deren Querschnitt beträchtlich kleiner als die Durchgangsbohrung (4,4') des Längsschiebers (3) ist, so daß die Kolbenbohrung (14) als Drosseldurchlaß wirkt, dessen offenes Ende in einer Kolbenendposxtion gegen eine geeignet ausgebildete Schulter (24) des Ventilgehäuses (1) abdichtend anliegt, um die öffnung des Drosseldurchlasses abzusperren, wodurch eine Rückkehr des Längsschiebers (3) in seine ursprüngliche Ausgangsposition veranlaßt wird, sobald kein Druckfluid mehr hinter den Ventilkörper (6) strömt.

2. Reversierventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Längsschieber (3) und der Kolben (13) in einer gemeinsamen Bohrung (25') in dem Ventilgehäuse (1) in gegenseitiger Verlängerung angeordnet und so eingerichtet sind, daß sie in bezug aufeinander drei Hauptpositionen einnehmen können, nämlich eine "rechte" und eine "linke" Endposition, in denen die beiden Teile zusammenstoßen sowie eine dritte Hauptposition, in der der Kolben (13) sich in der "linken" Endposition befindet, während der Längsschieber (3) seine "rechte" Endposition eingenommen hat.

3. Reversierventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilsitz (7) in der Durchgangsbohrung (4,4') des Längsschiebers (3) vorzugsweise symmetrisch angeordnete Nuten (8) aufweist, die verhindern, daß der Ventilkörper (6) gegen den Ventilsitz (7) vollständig abdichtend anliegt.

4. Reversierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Rückstellfeder (16) für den Kolben (13) stärker ist als die Rückstellfeder (12) für den Längsschieber (3).