DE4230185C2 - Wegeschieber für Hydrauliksteuerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegeschieber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei Wegeschiebern wird wegen des Platzbedarfes und des Gewichts eine kompakte Bauweise angestrebt. Häufig steuert der Schieberkolben beim Verstellen in die und aus den Steuerstellungen Steuerdruckmittel, dessen Durchsatz wesentlich geringer ist als der des Arbeitsdruckmittels. Für das Steuerdruckmittel reichen wesentlich kleiner bemessene Kanäle aus als für das Arbeitsdruckmittel. Muß das Steuerdruckmittel über den gleichen Hubweg gesteuert werden, wie das Arbeitsdruckmittel, dann werden für die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels in der Gehäusebohrung und im Kolbenschieber jeweils die gleiche Baulänge gebraucht wie für die Steuerfunktion des Arbeitsdruckmittels. Dies führt deshalb wegen der Steuerfunktion des Steuerdruckmittels zu unzweckmäßig großer Länge des Schieberkolbens und der Gehäusebohrung bzw. des Gehäuses und steht der Forderung nach einem kompakten Wegeschieber entgegen. Auch wenn die Steuerkanalmündung klein ist, muß der Überbrückungskanal im Schieberkolben den erforderlichen Hubweg übergreifen, und muß sichergestellt sein, daß der Überbrückungskanal in Steuerendstellungen des Schieberkolbens zu benachbarten Arbeitskanalmündungen in der Schieberbohrung eine erforderliche Abdichtüberdeckung einhält.

Beispielsweise verdeutlichen die Fig. 3, 3A der US 39 71 216, wie groß durch für eine Steuerfunktion für Steuerdruckmittel vorgesehene Überbrückungskanäle im Kolbenschieber die Baulänge des Gehäuses und des Kolbenschiebers ist. EP 01 67 818 B1, Fig. 2, zeigt, daß für die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels mit dem Überbrückungskanal im Kolbenschieber in etwa nochmals die gleiche axiale Baulänge des Kolbenschiebers und des Gehäuses gebraucht wird, wie für die Arbeitsdruckmittelsteuerfunktion.

Bei einem aus FR 15 86 673 bekannten Drehschieber sind die Kanalmündungen in der Schieberbohrung schräg zueinander versetzt. Es sind dies für die Arbeitsdruckmittel-Steuerfunktion benötigte Kanäle. Bei einem aus der US 44 11 189 bekannten Wegesteuerschieber sind im Kolbenschieber kleine Bohrungen bzw. axiale Längsschlitze für die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels vorgesehen. Bei einem aus der US 41 09 561 bekannten Wegesteuerschieber sind für die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels Axialnuten im Umfang des Schieberkolbens vorgesehen, die durch eine quer durchgehende Bohrung miteinander strömungsverbunden sind. Bei einem aus der DE 30 22 592 A1 bekannten Wegesteuerschieber wird die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels, das in einer kleinen Bohrungsmündung der Schieberkolbenbohrung ansteht, durch einen abdichtenden Axialbereich des Umfangs des Schieberkolbens und eine Endkante desselben erbracht. Aus JP-59-34 006 (A) ist es bekannt, bei einem Wegesteuerventil für die Steuerfunktion des Arbeitsdruckmittels Steuerkerben bzw. in Umfangsrichtung versetzte Bohrungen des Wegeschiebers zu benutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wegeschieber der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz wenigstens einer Steuerfunktion mit vom Schieberkolben gesteuerten Steuerdruckmittel kurz baut.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Überbrückungskanal übergreift zwar den in der Länge vorbestimmten Axialabschnitt des Kolbenschiebers, um die Steuerfunktion des Steuerdruckmittels mit der Arbeitsdruckmittel-Steuerfunktion zu erhalten, jedoch läßt sich die Steuerkanalmündung wegen der voneinander getrennten Vertiefungen im Schieberkolben sehr nahe an eine Arbeitskanalmündung hinsetzen, weil die jeweils aus dem Überschneidungsbereich mit der Steuerkanalmündung in Richtung zur Arbeitskanalmündung verschobene Vertiefung weder mit der Steuerkanalmündung noch mit der in Längsrichtung nächstfolgenden Vertiefung verbunden ist. Dies bedeutet, daß der Überbrückungskanal im Kolbenschieber nahe an einen benachbarten Arbeitskanal gesetzt wird, weil vom Überbrückungskanal nur einige benachbarte, nicht aber alle Vertiefungen gleichzeitig für die Steuerfunktion aktiv sind und die inaktiven Vertiefungen keine Gefahr für eine falsche Strömungsverbindung darstellen. Dadurch wird Baulänge gespart. Ein Längengewinn wird auch für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Schieberkolbens erreicht, in der, z. B., sich der Überbrückungskanal mit einer oder mehreren gerade nicht aktiven Vertiefungen mit dem Rücklauf überschneidet. Der Wegeschieber ist trotz der Steuerfunktion für das Steuerdruckmittel in Längsrichtung sehr kompakt. Die Steuerfunktion für das Steuerdruckmittel ist einwandfrei zu realisieren, weil die Umrisse der Vertiefungen einander in Längsrichtung so überlappen, daß eine jeweils aktive Vertiefung ihre Strömungsverbindung erst absperrt, wenn die nächste Vertiefung die Strömungsverbindung ausreichend geöffnet hat. Jede Vertiefung ist in Längsrichtung nur so groß, daß sie die erforderliche Menge an Steuerdruckmittel durchläßt, und nicht größer. Der in seiner Länge vorbestimmte Axialabschnitt und der Hubweg des Schieberkolbens, über den die Steuerfunktion aufrechterhalten bleiben muß, werden durch eine entsprechende Anzahl an Vertiefungen übergriffen, von denen stets nur einige aktiv sind bzw. die staffelartig oder gruppenweise aktiviert und deaktiviert werden. Es hat der Überbrückungskanal die Wirklänge, die dem Hubweg des Schieberkolbens in etwa entspricht, über den die Steuerfunktion gebraucht wird. Der Abstand der Steuerkanalmündungen vom benachbarten Arbeitskanal verkürzt sich gegenüber dem Abstand bei herkömmlichen Wegeschiebern mit einer Steuerfunktion für das Steuerdruckmittel um ca. 30-45%. Es verbindet der Überbrückungskanal die beiden Steuerkanalmündungen über die Länge des vorbestimmten Axialabschnitts des Schieberkolbens bei dessen Verschiebebewegung, wobei nur einige Vertiefungen aktiv sind, während andere sich gefahrlos mit anderen Kanälen überlappen können. Bei einem Wegeschieber, dessen Schieberkolben aus einer Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen in zwei Steuerstellungen verstellbar ist, wobei für jede Richtung eine Steuerfunktion vorgesehen ist, wirkt sich die erreichte Baulängenverkürzung vierfach und deshalb besonders deutlich aus.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist jede Vertiefung wegen der Größe ihres Umrisses in der Lage, alleine die Steuerkanalmündungen zu verbinden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3, die die in solchen Wegeschieber übliche Abdichtüberdeckung aufweist, ist sichergestellt, daß trotz der verkürzten Bauweise die Abdichtüberdeckung eingehalten wird.

Baulich einfach sind die Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 4 und 5. Alternativ ist es auch möglich, gemäß Anspruch 6 zusätzlich Baulänge einzusparen, indem beispielsweise die anfänglichen und endseitigen Vertiefungen innerhalb des Axialabschnitts des Schieberkolbens mit kleinerem Durchmesser ausgebildet werden.

Herstellungstechnisch günstig ist ferner die Ausführungsform gemäß Anspruch 7. Es ist auch denkbar, die Vertiefungen innerhalb des Axialabschnitts des Kolbenschiebers so zu verteilen, daß jeweils zwei sich in Längsrichtung überlappende Vertiefungen absolut mit Zwischenabständen angeordnet sind, die wesentlich größer als die Abdichtüberdeckung sind.

Damit zwischen benachbarten Vertiefungen kein Druckmittelaustausch stattfindet, wenn eine davon auf eine andere Kanalmündung ausgerichtet ist, ist es gemäß Anspruch 8 vorteilhaft, wenn der absolute Abstand der Umrisse benachbarter Vertiefungen mindestens der axialen Abdichtüberdeckung entspricht.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen Wegeschieber einer hydraulischen Steuerung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Wegeschieber von Fig. 1, und zwar in der oberen Hälfte in einer Arbeitsstellung a bei Beginn einer Steuerfunktion, in der unteren Hälfte hingegen nach Beendigung der Steuerfunktion in einer 0-Stellung, und

Fig. 2a ein Detail zu Fig. 2.

In einer Hydrauliksteuerung H gemäß Fig. 1 dient ein Wegeschieber W beispielsweise zur lastunabhängigen Geschwindigkeitssteuerung eines nicht dargestellten, beidseitig beaufschlagbaren Hydroverbrauchers. Der Wegeschieber W enthält in einer Gehäusebohrung 1 verschiebbar einen Schieberkolben K, der durch einen angedeuteten Betätiger 2 verstellt wird. An einer Seite der Gehäusebohrung 1 sind zwei Arbeitsleitungen A, B angeschlossen, wobei die Arbeitskanalmündung der Arbeitsleitung B in der Gehäusebohrung 1 mit 10 hervorgehoben ist. An der anderen Seite der Gehäusebohrung 1 sind eine Pumpenleitung P mit einer Arbeitskanalmündung 9 und eine Rücklaufleitung R angeschlossen. Ferner ist ein Steuerkanalsystem mit Steuerkanalmündungen 3, 4, 5, 6 in der Gehäusebohrung 1 so angeordnet, daß sie von Überbrückungskanälen C im Schieberkolben K bei dessen Verschiebebewegung überfahren werden. Der Schieberkolben K ist aus einer Nullstellung 0 in eine Steuerstellung b und in eine Steuerstellung a verschiebbar. Für die Steuerstellung a verbindet der Überbrückungskanal C die Steuerkanalmündungen 5 und 6 dann miteinander, wenn ein Arbeitskanal 8 des Schieberkolbens K die Arbeitskanalmündungen 10 und 9 miteinander verbindet. Für die Steuerstellung a dient der andere Überbrückungskanal C zur Verbindung der Steuerkanalmündungen 3, 4. Die Steuerkanalmündungen 5, 6 sind an zwei Steuerkanäle 12, 13 angeschlossen, die dann druckübertragend über den Übertragungskanal C verbunden sind, wenn der Schieberkolben K aus der 0-Stellung in die Steuerstellung a verstellt wird. Die baulichen Voraussetzungen für diese Steuerfunktion werden nachstehend anhand der Fig. 2 und 2a erläutert.

In Fig. 2, obere Hälfte, befindet sich der Schieberkolben K am Ende der Steuerstellung a. Der Arbeitskanal 8 im Schieberkolben K verbindet die Arbeitskanalmündungen 9 und 10 und damit die Pumpenleitung P mit der Arbeitsleitung A. Die Steuerkanalmündungen 5, 6, die von in Umfangsrichtung zumindest über einen Teil des Innenumfangs der Gehäusebohrung 1 umlaufenden Nuten gebildet sind, werden über den Überbrückungskanal C verbunden. Die Breite des Arbeitskanals 8 bzw. der Arbeitskanalmündungen 9 und 10 ist mit y′ angedeutet. Der Hubweg des Schieberkolbens K zwischen der Nullstellung 0 (untere Hälfte von Fig. 2) und der Steuerstellung a ist mit s′ angedeutet. Er ist um ein Maß Ü, die sogenannte Abdichtüberdeckung, größer als y′. Der Überbrückungskanal C ist in der Länge auf einen Axialabschnitt y (oder auf einen Axialabschnitt s) begrenzt, wobei y (bzw. s) annähernd y′ und s′ entsprechen. Entspricht y annähernd y′, dann verbindet der Überbrückungskanal C die Steuerkanalmündungen 5 und 6 über den Hubweg des Schieberkolbens, über den der Arbeitskanal 8 eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitskanalmündungen 9, 10 herstellt. Entspricht die Länge des Axialabschnitts s annähernd s′, dann werden die Steuerkanalmündungen 5, 6 solange miteinander verbunden, bis der Arbeitskanal 8 in der 0-Stellung angelangt ist. Die Länge des axialen Abschnittes (s, y), über den sich der Überbrückungskanal C erstreckt, wird auf die Betriebsbedingungen abgestimmt, d. h., auf den Hubweg des Schieberkolbens K, über den die Steuerkanäle 12, 13 miteinander verbunden sein müssen.

Der Überbrückungskanal C besteht aus mehreren einzelnen in Umfangsrichtung des Schieberkolbens voneinander beabstandeten Vertiefungen 14 im Kolbenschieberumfang, z. B. Sackbohrungen. Der absolute Abstand zwischen benachbarten Vertiefungen 14 entspricht annähernd der Abdichtüberdeckung Ü. In Längsrichtung des Schieberkolbens K überlappen sich die Umrisse benachbarter Vertiefungen 14 so weit, daß (s. Fig. 2a) jeweils eine nächstfolgende Vertiefung 14 ihre Strömungsverbindung zwischen den Steuerkanalmündungen 5, 6 schon öffnet, ehe die vorhergehende Vertiefung 14 ihre Strömungsverbindung unterbricht.

In Fig. 2a sind die strichlierten Vertiefungen 14 zur Verdeutlichung der Umriß-Überlappungen in die Schnittebene der linken, in ausgezogenen Linien gezeigten Vertiefung geklappt.

Der axiale Abstand zwischen der Arbeitskanalmündung 9 und der nächstliegenden Steuerkanalmündung 6 beträgt zweckmäßigerweise d + Ü (Fig. 2). Bei einer durchschnittlichen Wegeschiebergröße kann dieser Abstand bei etwa 4, 5 bis 6,0 mm liegen, während bisher dieser Abstand zwischen 8 und 10,5 mm betragen mußte. Gegebenenfalls kann die Steuerkanalmündung 6 sogar noch näher an die Arbeitskanalmündungen 9, 10 hingerückt werden.

Die Vertiefungen 14 sind über den Axialabschnitt s oder y wahlweise verteilt (wie mit 14′ in der unteren Hälfte von Fig. 2 angedeutet), so daß zwischen den Umrissen zweier axial aufeinanderfolgender Vertiefungen 14′ möglichst große und die gegenseitige Abdichtung zwischen diesen Vertiefungen sicherstellende absolute Abstände vorliegen, während sie sich in Längsrichtung überlappen.

Herstellungstechnisch ist es zweckmäßig, die Vertiefungen 14 entlang einer gedachten Gewindelinie im Umfang des Schieberkolbens K anzuordnen. Innerhalb des Axialabschnittes s oder y können über den Umfang des Schieberkolbens verteilt mehrere gleichartig wirkende Gruppen dann noch kleinerer Vertiefungen 14 oder 14′ vorgesehen sein. Der Durchmesser bzw. die Umrißweite d jeder Vertiefung 14, 14′ ist mindestens so groß wie der in Längsrichtung gesehene Zwischenabstand x zwischen den Steuerkanalmündungen 5, 6, vorzugsweise so groß wie x zuzüglich den axialen Weiten w der Steuerkanalmündungen 5, 6. Es könnten dem Überbrückungskanal C auch mehr als zwei Steuerkanalmündungen zugeordnet werden.

In der unteren Hälfte von Fig. 2 ist der Arbeitskanal 8 von den Arbeitskanalmündungen 9, 10 getrennt. Der Überbrückungskanal C ist aus dem axialen Bereich der Steuerkanalmündungen 5, 6 herausgefahren. Die Steuerkanalmündungen 5, 6 werden z. B. in dem Moment voneinander getrennt, in dem der Umriß der in Verschieberichtung hintersten Vertiefung 14, 14′ den Rand der Steuerkanalmündung 5 überfährt. Zweckmäßigerweise ist die Länge des Axialabschnitts s bzw. y so gewählt, daß die Steuerfunktion beginnt, sobald der Arbeitskanal 8 mit den Arbeitskanalmündungen 9, 10 in Verbindung kommt, und endet, sobald diese Verbindung aufgehoben wird. Es ist jedoch auch möglich, die Steuerfunktion voreilend oder nacheilend einzuleiten oder zu beenden.

Die in Fig. 1 für die Steuerstellung b angedeutete Steuerfunktion zwischen den Steuerkanalmündungen 3, 4 und dem Überbrückungskanal C funktioniert auf gleiche Weise. Die Umrisse der Vertiefungen 14, 14′ müssen nicht kreisrund sein. Es kann, z. B. abhängig vom Bearbeitungsverfahren bei der Herstellung des Schieberkolbens K, jede beliebige Umrißform gewählt werden. Vertiefungen an einer Umfangsseite des Schieberkolbens K können mit einem Innenkanal des Schieberkolbens und/oder durch Bohrungen mit Vertiefungen an der anderen Umfangsseite verbunden sein.

Claims (8)

1. Wegeschieber (W) für Hydrauliksteuerungen (H), mit einem in einer Gehäusebohrung (1) verschiebbaren Schieberkolben (K), mit wenigstens einem in die Gehäusebohrung (1) mündenden Arbeitskanal (P, A) und mit wenigstens einem im Schieberkolben (K) vorgesehenen, auf einen in der Länge vorbestimmten Axialabschnitt (s, y) des Schieberkolbens (K) begrenzten Überbrückungskanal (C) für in wenigstens zwei getrennten Steuerkanälen (12, 13) geführtes Steuerdruckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Überbrückungskanal (C) mehrere voneinander beabstandete zum Schieberkolbenumfang offene Vertiefungen (14, 14′) im Schieberkolben (K) vorgesehen sind, deren Umrisse einander in Längsrichtung des Schieberkolbens (K) überlappen, quer zur Längsrichtung hingegen beabstandet sind, daß die in Längsrichtung gesehene Umrißweite (d) jeder Vertiefung (14, 14′) kleiner als die Länge des vorbestimmten Axialabschnitts (s, y) des Schieberkolbens (K) ist, und daß für die Steuerkanäle (12, 13) in der Gehäusebohrung (1) wenigstens zwei axial benachbarte, in Umfangsrichtung umlaufende Steuerkanalmündungen (3, 4; 5, 6) vorgesehen sind.

2. Wegeschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißweite (d) jeder Vertiefung (14, 14′) größer als der Abstand (x) zwischen den Steuerkanalmündungen (3, 4; 5, 6), vorzugsweise in etwa gleich dem Abstand (x) zuzüglich den axialen Weiten (w) der Steuerkanalmündungen (3, 4; 5, 6) ist und daß sich die Vertiefungen (14, 14′) so weit überlappen, daß über die Vertiefungen und über einen der Länge (s, y) des vorbestimmten Axialabschnittes in etwa entsprechenden Hubweg (s′) des Schieberkolbens (K) zwischen den Steuerkanalmündungen (3, 4; 5, 6) eine Überbrückungsverbindung annähernd gleichbleibender Größe herstellbar ist.

3. Wegeschieber nach Anspruch 1, wobei Arbeitskanalmündungen in der Gehäusebohrung und Arbeitskanäle im Schieberkolben in vorbestimmten Steuerstellungen des Schieberkolbens mit einer axialen Abdichtüberdeckung beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen der Arbeitskanalmündung (9, 10) und der benachbarten Steuerkanalmündung (6) in etwa der Länge der axialen Abdichtüberdeckung (Ü) zuzüglich der Umrißweite (d) einer Vertiefung (14, 14′) entspricht.

4. Wegeschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (14, 14′) Sackbohrungen sind.

5. Wegeschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (14, 14′) gleiche Umrißweiten (d) bzw. Durchmesser aufweisen.

6. Wegeschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (14, 14′) verschiedene Umrißweiten (d) bzw. Durchmesser aufweisen, vorzugsweise derart, daß die Umrißweite bzw. der Durchmesser der einem Arbeitskanal (A, P) am nächsten und am entferntesten liegenden Vertiefungen (14, 14′) kleiner ist als die Umrißweiten bzw. Durchmesser dazwischenliegender Vertiefungen (14, 14′).

7. Wegeschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (14, 14′) entlang einer gewindegangartig gedachten Linie des Umfangs des Schieberkolbens (K) verteilt sind.

8. Wegeschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Abstand der Umrisse zweier benachbarter Vertiefungen (14, 14′) im Schieberkolbenumfang mindestens der axialen Abdichtüberdeckung (Ü) entspricht.