DE1087018B - Steuerventil mit geschlossener Mittelstellung fuer unter Druck stehende Stroemungsmittel, insbesondere fuer hydraulische Hilfskraftlenkungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil mit geschlossener Mittelstellung für unter Druck stehende Strömungsmittel, welche zur Verteilung eines Strömungsmittels in hydraulischen oder pneumatischen Hilfsvorrichtungen benutzt werden. Das Steuerventil 5 nach der Erfindung ist insbesondere als Strömungsmittelverteiler für hydraulische Hilfskraftlenkungen bestimmt.

Im allgemeinen bestehen derartige Strömungsmittelverteiler aus zwei zueinander bewegbaren Elementen, beispielsweise aus einem Gehäuse oder Zylinder und einem Verteilerorgan oder Kolben, welcher in einer zylindrischen Bohrung dieses Gehäuses gleitet. Die relative Stellung dieser beiden Elemente steuert die Verbindungen, die zwischen einer Zutrittsöffnung, einer Austrittsöffnung und zwei Arbeitsöffnungen bestehen; diese Arbeitsöffnungen sind an ihren entsprechenden Enden mit der Servovorrichtung (beispielsweise einer hydraulischen Hilfslenkvorrichtung) angeschlossen. Man kann zwei Gruppen dieser Verteiler unterscheiden: Zur ersten Gruppe gehören die Verteiler mit sogenannter offener Mittelstellung. Alle Verbindungen sind in einer relativ neutralen Stellung der beiden Elemente hergestellt; die beiden Arbeitsöffnungen sind nicht nur untereinander und mit der Austrittsöffnung verbunden, sondern auch mit dem unter Druck zutretenden Strömungsmittel, In der anderen Gruppe, in die auch das Steuerventil nach der Erfindung gehört, finden sich die Verteiler mit sogenannter geschlossener Mittelstellung. Die Verbindung zwischen dem Zutritt und dem Austritt ist in der Mittelstellung des Verteilers unterbrochen. Die Vorrichtung mit offener Mittelstellung bietet den Vorteil, daß keine unbedingte Abdichtung zwischen den Organen des Verteilers in der neutralen Stellung nötig ist, da in dieser Stellung Gleichgewicht der Drücke zwischen den verschiedenen öffnungen der Vorrichtung herrscht. Hier können oft sehr einfache Verteiler verwendet werden, die weniger teuer sind als die Vorrichtungen mit geschlossener Mittelstellung, die eine vollkommene Dichtung zwischen den beiden Verteilerorganen erfordert. Die bekannten Verteiler haben mit Vertiefungen oder Kehlungen ausgestattete Kolben, was bis jetzt für Verteiler mit geschlossener Mittelstellung sich nicht bewährt hat, da sich Schwierigkeiten bei der unbedingten Abdichtung des Kolbens und gleichzeitig leicht durchzuführender Gleitbewegung ergeben.

Bei gewissen Steuereinrichtungen mit unter Druck stehendem Strömungsmittel ist die Verwendung eines Verteilers mit geschlossener Mittelstellung unbedingt notwendig. Dieses ist besonders dort der Fall, wo die Einrichtung aus einer größeren Strömungsmittelquelle besteht, wobei das Strömungsmittel unter Druck Steuerventil mit geschlossener
Mittelstellung für unter Druck stehende

Strömungsmittel, insbesondere
für hydraulische Hilfskraftlenkungen

Anmelder: .: ■

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41 -'/

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. März 1956

Harold B. Schultz, South Bend, Ind. (V. St. A.),.
ist als Erfinder genannt worden

steht, und ein Speicher mittels einer Pumpe von einem Strömungsmittelbehälter aufgefüllt wird und jedesmal, wenn der Druck des Sammlers nach unten auf einen bestimmten Wert abfällt, ein Entweichen in Richtung auf den Vorratsbehälter stattfindet. Bei einer derartigen Vorrichtung ist es besonders passend, eine Entladung des Druckes des Speichers in den Vorratsbehälter zu vermeiden, bis der Verteiler in seiner neutralen Stellung ist.

Es sind bereits verschiedene Verteiler mit geschlossener Mittelstellung bekanntgeworden, bei denen versucht wurde, die oben aufgeführten Nachteile der "bisherigen Konstruktionen, Undichtigkeiten und schwer zu verschiebender Steuerkolben, zu vermeiden. So werden bei zwei Verteilerkonstruktionen zwei voneinander getrennte Ventile verwendet, von denen jeweils eines jeder der beiden Ausgangsleitungen zugeordnet ist". Bei einem Betätigen des Lenkgestänges wird stets nur eines der beiden Ventile geöffnet. In der neutralen oder Ruhestellung dichten beide Ventile die Einlaßöffnung ab. Diesen aus zwei' voneinander getrennten Kugelventilen bestehenden Verteilern gegenüber haben jedoch Schieberverteilerventile den Vorteil, daß sie wesentlich einfacher und billiger herzustellen, kompakter und raumsparender sind. Verwendet man aber nur ein Schieberventil mit geschlossener Mittelstellung für Hydraulikanlagen, so stellen sich, wie oben schon angedeutet, verschiedene

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Nachteile ein. So ergeben sich in der Mittelstellung, für sich gesondert auszubilden, so z. B. die Federn

z. B. an den Gleitflächen des Ventilkolbens, sehr hohe verschieden stark zu machen, um so verschiedene

Druckunterschiede. Steuervorschriften, insbesondere in bezug auf die

Es ist weiterhin ein Steuerventil mit geschlossener Drücke, verwirklichen zu können. Hierdurch können Mittelstellung und Steuerkolben bekanntgeworden, bei 5 auch wiederum verschiedene Wirkungen in den Verdem im im Druckmittelzufluß ein Absperrventil, z. B. Schiebeeinrichtungen erzielt werden, was gerade bei ein Kugelventil, angeordnet ist, das so lange ge- hydraulischen Anlagen, die unsymmetrische Beschlossen ist, wie sich der Steuerkolben in der neu- wegungen in beiden-Richtungen erfordern, von besontralen Mittellage befindet. Durch Verschieben des derer Bedeutung ist.

Steuerkolbens in die eine oder andere Richtung wird io Weiterhin ist es bei der Anordnung von zwei Ab-

dann das Absperrventil geöffnet. Sperrventilen nicht notwendig, besonders scharfe ToIe-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde) ein ranzen einzuhalten, wie es bei der Verwendung von

weiter verbessertes Steuerventil mit geschlossener nur einem Ventil erforderlich ist. Hierdurch ergeben

Mittelstellung zu schaffen, das sich mit besonderem sich auch in der Fertigung wesentliche Vorteile gegen-

Vorteil als Verteilereinrichtung für unter Druck 15 über der Anordnung mit nur einem Ventil. Auch ist

stehende Strömungsmittel, insbesondere bei hydrau- eine genaue Symmetrie bei nur einem Absperrventil

lischen Hilfskraftlenkungen, verwenden läßt. schwer zu erreichen, während jedoch bei der Anord-

Das erfindungsgemäß ausgebildete Steuerventil mit nung zweier Ventile ein Symmetrieausgleich leicht

geschlossener Mittelstellung, insbesondere für hydrau- durch Nacharbeiten der Keilflächen erzielt werden

lische Hilfskraftlenkungen, bei dem in der Bohrung 20 kann.

des Steuerzylinders ein Steuerkolben gleitend gelagert Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel an Hand

ist, in welchem ein Druckflüssigkeitseinlaß, ein der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Flüssigkeitsauslaß und zwei Motoröffnungen vor- Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Steuerventil

gesehen sind, wobei durch Verschieben des Steuer- nach der Erfindung mit einem doppelten Absperrventil

kolbens in beliebiger Richtung aus einer relativen 25 und

Mittelstellung heraus eine Verbindung mit dem Druck- Fig. 2 einen Teilschnitt einer etwas abgeänderten flüssigkeitseinlaß zu einer der Motoröffnungen und Ausführungsform des doppelten Absperrventils,
von der anderen Motoröffnung zum Flüssigkeitsaus- Das in Fig. 1 gezeigte Steuerventil 10 a ist für ein laß hergestellt wird, während in der Mittelstellung des nicht weiter dargestelltes hydrauliches System ge-Steuerkolbens beide Motoröffnungen von der Einlaß- 30 dacht, welches aus einer Pumpe, einem Druckregler, öffnung abgetrennt sind und eine besondere Absperr- einem Speicher und einem hydraulisch betätigten Radventilanordnung für das Absperren des Druckflüssig- zylinder oder Lenkzylinder besteht. Das Steuerventil keitszuflusses von der Einlaßöffnung zu der Bohrung besteht aus einem Gehäuse 12 α mit einer eingelassenen in der Mittelstellung sowie Mittel vorgesehen sind, Bohrung 14 a, einer Zutrittsöffnung 16 α, einer Ausweiche über eine Relativbewegung zwischen dem 35 trittsöffnung 18 a und zwei öffnungen 20 a und 22 a, Steuerkolben und dem Zylinder die Absperrventilan- die an die Enden des hydraulisch betätigten Lenkordnung öffnen, wenn die beiden Steuerelemente aus zylinders angeschlossen sind.

ihrer Mittelstellung verschoben werden, ist gekenn- An seinen beiden Enden hat der Schieber 24a zeichnet durch zwei parallel angeordnete Absperr- _zwei Reaktions- oder Gegendruckkammern 62 α und ventile, von denen das eine oder das andere ent- 40 64 α, die über die Leitungen 66 α und 68 α mit den Einsprechend der Richtung der relativen Verschiebung drehungen 26 α und 28 α verbunden sind, die wiederum zwischen den beiden Steuerelementen geöffnet wird. mit dem hydraulisch betätigten Lenkzylinder in Ver-

Das Steuerventil nach der Erfindung kann in seinen bindung stehen. Der sich in diesen beiden Kammern

verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten die folgen- ausbildende Druck wirkt durch eine Kraft, die er auf

den Merkmale einzeln oder gemeinsam aufweisen: 45 die Begrenzungsflächen der Stege ausübt, jedem Ver-

a) Es ist so ausgebildet, daß jedes Absperrventil un- schieben des Schiebers aus seiner Mittelstellung entmittelbar die Verbindung von der Zuflußöffnung gegen. Diese Kraft wird über einen Schwenkzapfen zu einer bestimmten der beiden Rinnen steuert; 74a weitergeführt und gibt dem Fahrer ein gewisses

b) die Absperrventile sind mit Armen verbunden, Lenkgefühl durch einen entsprechenden Widerstand, deren freie Enden in Ausnehmungen der ent- 50 Zweckmäßig werden die beiden Gegendruckkammern sprechenden Rinne eingreifen; 62a und 64a so ausgebildet, daß sie einen verschie-

c) am Steuerkolben sind zum öffnen jedes Absperr- denen Querschnitt haben.

ventils Keilflächen vorgesehen, die direkt mit dem Der Schieber 24 a ist mit dem Schwenkzapfen 74a

dichtenden Element, beispielsweise einer Kugel, durch eine Vorrichtung verbunden, die aus einem

des Absperrventils in Eingriff bringbar sind; 55 durch eine axiale Bohrung im Schieber geführten

d) das Steuerventil ist so ausgebildet, daß in der Bolzen 76 a besteht. Eine Anschlagmuffe 80 a ist mit relativen Mittelstellung die beiden Arbeitsöff- einer Öffnung versehen, die den Bolzen durchtreten nungen untereinander und mit der Auslaßöffnung läßt, aber dessen Kopf festhält. Eine Innenmuffe 86 a, verbunden sind; deren Ende mit einem Gewinde versehen ist, ist mit

e) die Absperrventile sind mit einer Druckausgleichs- 60 der Anschlagmuffe 80 a verschraubt. Zwei Lagervorrichtung versehen. schalen 88a und 90 a bilden einen kugelförmigen Sitz

Das Steuerventil nach der Erfindung mit zwei par- für den Kopf 92 a des Schwenkzapfens 74 a.

allel geschalteten Absperrventilen, von denen das Weiterhin ist eine Druckfeder 94 a und eine mit der

eine oder das andere entsprechend der Richtung der Lagerschale 88 α verbundene und fest an der Muffe

relativen Verschiebung zwischen den beiden Steuer- 65 80 a anliegende Verbindungsstrebe 96 a vorgesehen,

elementen geöffnet wird, hat gegenüber den Verteiler- Die Muffe 86 α nimmt in einen Schlitz einen Teil 102 a

ventilen nach dem Stand der Technik den Vorteil, daß auf, der quer durch die Anschlagmuffe 80 a und den

die Keilflächen zum Steuern der Absperrventile mit Kopf des Bolzens 76 a verläuft und so verhindert, daß

verschiedenen Umrissen ausgestaltet werden können. sich dieser in der Mutter 104 a dreht. Zwischen dem

Desgleichen ist es möglich, die Absperrventile jedes 70 Schieber 24a und der Mutter 104a ist eine Stütz-

muffe 106 α angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 12 α und der Abschlußkappe 110 a ist ein Sperring eingelassen. Zwei Halteringe bilden einen Sitz für eine Zentrierfeder 118 a, die zwischen diesen Ringen vorgespannt angeordnet ist. Diese Ringe stützen sich gegen den Sperring und gegen eine Schulter der Abschlußkappe 110a. Wenn die Mutter 104 a auf den Bolzen 76 a aufgesetzt ist, ruft jede über den Schwenkzapfen 74 a ausgeübte Kraft eine Verschiebung des Schiebers und der zu einem Block zusammengefügten Vorrichtung im Inneren des Gehäuses 12 α hervor, das einerseits durch die Muffe 120 α und andererseits durch die Abschlußkappe 110 a verlängert wird.

Der Flansch der Anschlagmuffe 80 α läßt nur einen verhältnismäßig kurzen Weg zwischen dem Schieber und dem Gehäuse zu, so daß die von Land ausgeübte Kraft zur Richtungsänderung beim Ausfallen eines unter Druck stehenden Strömungsmittels direkt übertragen werden kann. Diese Vorrichtung dient also als unabhängige Sicherheitsvorrichtung.

Die beiden Rinnen 26 a und 28a des Schiebers sind mit den öffnungen 20 α bzw. 22 a verbunden. Die Rinne 26 α ist mit der Zutrittsöffnung 16 α über die Leitungen 202 und 204 über ein erstes Kugelventil 206 und die Rinne 28 α mit der Zutrittsöffnung über die Leitung 202 und ein zweites Kugelventil 208 verbunden. Die mittlere Eindrehung 32 α der Bohrung 14 a ist mit der Austrittsöffnung 18 a über die Leitung 36 α verbunden. Die beiden Kugelventile 206 und 208 sind identisch ausgebildet. Jedes Ventil besteht aus einer Kugel 46 α mit angeschweißter Stange 48 a, die durch eine Feder 50a in ihren Sitz 44a gedrückt wird. Um ein hydraulisches Gleichgewicht der Kugelventile zu gewährleisten, sind die Wirkungsflächen der sich auf die Sitze 44a abstützenden Kugeln gleich den Querschnitten der Stangen 48 a. Die Leitung 47 α verbindet die Rinne 26 α mit der Kammer 45 α. Der Schieber 24 a hat beiderseits seines Mittelsteges 56 α ansteigende Flanken 210 und 212, die dazu dienen, je nach dem Verschieben des Schiebers das eine oder das andere der Kugelventile aus seinem Sitz zu heben. Durch genaue Wahl des Kugelquerschnitts und des Steigungswinkels dieser Flanken kann eine hohe Genauigkeit in der Verteilung des Strömungsmittels erzielt werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten neutralen Stellung wird die Leitung des Strömungsmittels von der Zutrittsöffnung 16 α zur Rinne 26 α durch das Kugelventil 206 und die Leitung zur Rinne 28 a durch das Kugelventil 208 gesperrt. Die mittlere Rinne 32 a ist mit dem Auslaß 18a verbunden. Sie steht also in der gezeigten neutralen Stellung mit den an den Lenkzylinder angeschlossenen öffnungen 20a und 22a über die Rinnen 26 α und 28 α in Verbindung und gestattet so einen freien Durchtritt des Strömungsmittels zwischen den Kammern des Lenkzylinders. Durch jedes Verschieben des Schiebers 24a nach links wird durch die ansteigende Flanke 210 die Kugel 46 α des Kugelventils 208 aus ihrem Sitz gehoben, und das Strömungsmittel strömt nun vom Speicher über die Zutrittsöffnung 16 a, die Leitungen 202 und 204, das Kugelventil 206, die Rinne 26 α und die öffnung 20 a in den Lenkzylinder. Die Verbindung zwischen der Rinne 26 α und der Austrittsöffnung 18 α wurde bereits vor dem öffnen des Kugelventils durch den Mittelsteg 56 α abgesperrt. Durch Verschieben des Schiebers 24 α nach rechts wird das Kugelventil 208 geöffnet, so daß das Strömungsmittel von der Zutrittsöffnung 16 α zur öffnung 22 α strömen kann.

Fig. 2 zeigt eine gesonderte Ausführungsform der beiden Kugelventile. Im allgemeinen entspricht die Anordnung der in Fig. 1 gezeigten, jedoch werden zum Betätigen der beiden Kugelventile keine ansteigenden Flanken auf dem Schieber, sondern Kippstößel benutzt. Die beiden Stößel 52 d und 53 ei stehen mit ihren Stangen 406 und 408 im Eingriff mit kreisförmigen Rillen 402 und 404, die in den Boden der Rinnen 26 d und 280" des Schiebers 24 d eingelassen sind. Diese Rinnen sind wie in Fig. 1 mit den öffnungen des Lenkzylinders verbunden. Die Stange 406 oder 408 jedes Stößels ist derart angeordnet, daß durch jedes Verschieben des Schiebers 24d nach rechts oder links nur eines der beiden Kugelventile 410 oder geöffnet wird. Bewegt sich der Schieber z. B. nach links, so stößt der Rand 414 der Rille 402 gegen das Ende der Stange 406 des Stößels 52 d, kippt ihn und öffnet so das Ventil 410. Die Vorrichtung ist so ausgeführt, daß der Rand 416 der Rille 404 nicht auf das Ende der Stange 408 des Stößels 54d einwirken kann. Ein Verschieben nach rechts läßt den Rand 418 auf das Ende der Stange 408 des Stößels 53 d wirken, wodurch das Kugelventil 412 geöffnet wird, während das Ventil 410 geschlossen bleibt, da der Rand 420 der Rille 402 derart liegt, daß er nicht mit dem Ende der Stange 406 des Stößels 52 d in Berührung kommen kann. Die Lage der Ränder 414 und 418 muß derart gewählt sein, daß der Mittelsteg 56 d eine der beiden an den Lenkzylinder angeschlossenen öffnungen verschließt, bevor eines der beiden Kugelventile geöffnet wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Steuerventil mit geschlossener Mittelstellung, insbesondere für hydraulische Hilfskraftlenkungen, bei dem in der Bohrung des Steuerzylinders ein Steuerkolben gleitend gelagert ist, in welchem ein Druckflüssigkeitseinlaß, ein Flüssigkeitsauslauß und zwei Motoröffnungen vorgesehen sind, wobei durch Verschieben des Steuerkolbens in beliebiger Richtung aus einer relativen Mittelstellung heraus eine Verbindung mit dem Druckflüssigkeitseinlaß zu einer der Motoröffnungen und von der anderen Motoröffnung zum Flüssigkeitsauslaß hergestellt wird, während in der Mittelstellung des Steuerkolbens beide Motoröffnungen von der Einlaßöffnung abgetrennt sind und eine besondere Absperrventilanordnung für das Absperren des Druckflüssigkeitszuflusses von der Einlaßöffnung zu der Bohrung in der Mittelstellung sowie Mittel vorgesehen sind, welche bei einer Relativbewegung zwischen dem Steuerkolben und dem Zylinder die Absperrventilanordnung öffnen, wenn die beiden Steuerelemente aus ihrer Mittelstellung verschoben werden, gekennzeichnet durch zwei parallel angeordnete Absperrventile (4θα), von denen das eine oder das andere entsprechend der Richtung der relativen Verschiebung zwischen den beiden Steuerelementen geöffnet wird.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Absperrventil unmittelbar die Verbindung von der Zuflußöffnung (16 α) zu einer bestimmten der beiden Rinnen (26 a bzw. 28 a; 26 d bzw. 28 d) steuert.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile mit Armen (52 d bzw. 53 d) verbunden sind, deren freie Enden

in Ausnehmungen (402 bzw. 404) der entsprechenden Rinnen (28 d bzw. 26 d) eingreifen.

4. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum Öffnen jedes Absperrventils Keilflächen am Steuerkolben vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (210 bzw. 212) direkt mit dem dichtenden Element, beispielsweise einer Kugel (46 a), des Absperrventils in Eingriff bringbar sind.

5. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der relativen Mittelstellung die beiden Arbeitsöffnungen (20·« und 22 a) unter-

einander und mit der Auslaßöffnung (18 a) verbunden sind.

6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile in an sich bekannter Weise mit einem Druckausgleich versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 164 068;
französische Patentschriften Nr. 1 105 952, 758 143; britische Patentschriften Nr. 662 724, 574 179;
USA.-Patentschriften Nr. 1 158 204, 2 063 937.

Hierzu 1 BlattZeichnungen

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