DE1161733B - Steuerschieber mit Antrieb durch das zu steuernde Druckmittel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F 06 k

Deutsche Kl.: 47 g-29

Nummer: 1161733

Aktenzeichen: R 25222 XII / 47 g

Anmeldetag: 26. März 1959

Auslegetag: 23. Januar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschieber mit Antrieb durch das zu steuernde Druckmittel, das wechselweise auf eine der beiden Stirnflächen des Schieberkolbens einwirkt und zu diesem Zweck durch ein Hilfsventil gesteuert wird, das aus zwei einander gegenüberliegenden Düsen mit einem dazwischen beweglichen Verschlußteil besteht.

Bei einem bekannten Steuerschieber dieser Art ist der elektromagnetisch angetriebene Verschlußteil als eine in Richtung der Düsenachse bewegliche Federplatte ausgebildet. Zwischen dem Verschlußteil und dem mit gleich großen Stirnflächen versehenen Schieberkolben besteht keine funktionsmäßige mechanische Verbindung, vielmehr ist lediglich eine hydraulische Verbindung zwischen den Düsen und den Druckräumen des Schieberkolbens vorgesehen. Das Hilfsventil ist in einem gesonderten Gehäuse oberhalb des Steuerschiebers angeordnet. Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß die Dämpfung des Schieberkolbens bei den in den meisten Fällen sehr kurzzeitig auftretenden und auszuführenden Steuerbefehlen nicht ausreicht und daher störende Schwingungen zu befürchten sind. Ferner ist die Wirkung des Verschlußteils allein von seinem Antrieb abhängig. Eine Rückwirkung der Stellung des Schieberkolbens auf den Verschlußteil ist nicht vorhanden, so daß eine dem Steuerstrom proportionale Verstellung des Schieberkolbens nicht erreicht werden kann und die genaue Steuerung der Schieberstellung nicht mit Sicherheit gewährleistet ist. Auf Grund der gesonderten baulichen Anordnung von Hilfsventil und Schieberkolben mit dessen Kammern benötigt der bekannte Steuerschieber verhältnismäßig viel Raum. In der Mittellage des Verschlußteils sind beide Düsen geöffnet, so daß die Leckverluste verhältnismäßig groß sind.

Bei einem anderen bekannten Steuerschieber dient zur Verstellung des Schieberkolbens ein starr mit diesem verbundener Hilfskolben. Der Hilfskolben wird einseitig durch eine Feder abgestützt, die auch die Antriebskraft eines Stellzylinders auf den Hilfskolben überträgt, während die andere Seite des Hilfskolbens von dem jeweils erzielten Nutzdruck beaufschlagt wird. Die Feder dient also zugleich zur Herstellung des Gleichgewichts zwischen Verstellung und erzeugtem Druck. Der bekannte Steuerschieber zeigt weder einen Antrieb durch das zu steuernde Druckmittel noch ein Hilfsventil zur Steuerung eben dieses Druckmittels. Eine Einstellung des Schieberkolbens in Abhängigkeit von einer Steuergröße, z. B. einer elektrischen Stromstärke oder auch von mechanischen Kräften, ist nicht möglich, so daß der be-Steuerschieber mit Antrieb durch das zu
steuernde Druckmittel

Anmelder:

Recherches Etudes Production R. E. P., Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Kosel, Patentanwalt,

Bad Gandersheim, Braunschweiger Str. 22

Als Erfinder benannt:

Rene Luden, Neuilly-sur-Seine, Seine

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 26. März 1958 (Nr. 761 598),

Frankreich vom 18. März 1959 (Nr. 789 654) - -

kannte Steuerschieber für viele Steuerungsaufgaben,

a₅ bei denen es eben um die exakte Wiedergabe eines

Steuerbefehls und um die dämpfungsfreie Stellung des Schieberkolbens durch das Druckmittel geht, nicht brauchbar ist.

Die Nachteile der bekannten Steuerschieber werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß der senkrecht zu den Düsenachsen bewegliche Verschlußteil des Hilfsventils und der Schieberkolben auf einer durch die Längsachse des Schieberkolbens und das Symmetriezentrum des Verschlußteils und in dessen Bewegungsrichtung verlaufenden Linie hintereinander angeordnet sind und daß zwischen den Verschlußteil und den Schieberkolben auf dieser Linie eine unmittelbare elastische Verbindung eingeschaltet ist. Dadurch wird einereits der bauliche Vorteil einer sehr gedrängten Bauweise erzielt, da die mit dem Druckmittel zusammenwirkenden steuernden Teile der Anordnung unmittelbar in Reihe liegen. Hinsichtlich der Wirkungsweise wird der Vorteil erreicht, daß einerseits der Schieberkolben bei seiner Betätigung gedämpft wird, so daß Schwingungen vermieden werden, die durch die elastische Rückführung des Schieberkolbens nicht oder nicht in ausreichendem Maße erfolgen kann, da diese Rückführung nach anderen Gesichtspunkten gestaltet ist. Andererseits dient die elastische Verbindung insbesondere im Zusammenwirken mit einer auf der anderen Seite des Verschlußteils und einem

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ortsfesten Teil sich abstützenden Feder auch dazu, den Verschlußteil in seine Mittelstellung zurückzuführen, wozu sonst eine zusätzliche Feder benötigt wurde. Ferner wird eine genaue Proportionalität zwischen der Verschiebung des Schieberkolbens und r dem jeweiligen Steuersignal ohne Verschiebung des Verschlusses gewährleistet. In jeder eingestellten Schieberlage befindet sich der Verschlußteil in der die Düsen abdeckenden Mittellage, so daß die Leckverluste auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. i< >

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, bei einer ähnlichen Ausführung mit nur einer einzigen Düse eine Rückführung des mit dieser Düse zusammenwirkenden Verschlußteils in Abhängigkeit von der Verstellung des Schieberkolbens vorzusehen. Diese Anordnung eignet sich aber nicht für den vorliegenden Fall.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch die Arbeitsweise;

Fig. 2 und 3 sind senkrechte und waagerechte Schnitte durch eine Ausführungsform;

Fig. 4 und 5 sind entsprechende Schnitte durch eine andere Ausführungsform.

Der Schieber T nach F i g. 1 hat einen Kolben q mit der Fläche s, die unter dem Förderdruck P steht, und einen Kolben Q mit der Fläche S, die unter dem Druck ρ in der Kammer des Verschlußteils O steht. Der Verschlußteil O öffnet bei seiner Verschiebung entweder die Düse Gp, die mit dem Druck P gespeist wird, oder die Düse Gb der Rücklaufleitung zum Sumpf B. Der Verschlußteil steht unter dem Druck der Feder Rf, die zu einem Festpunkt geht, und der Feder Rm, die zum Schieberkolben T geht. Der Schieberkolben T ist im Gleichgewicht, wenn pS = Ps ist, wenn also der Verschlußteil O in die Mittelstellung, in der er die beiden Düsen Gp und Gb zudeckt, zurückgegangen ist, nachdem seine Kammer auf den Druck- gekommen ist. Wenn ein Antriebsmotor jetzt eine Kraft F auf den Verschlußteil O ausübt, wird sich dieser verschieben, z. B. nach links in der Zeichnung, und die Düse Gp freigeben. Sofort — denn es findet keine Flüssigkeitsförderung statt — steigt der Druck in der Kammer des Verschlußteils O auf den Wert P, und der Schieberkolben T wird nach rechts gedruckt. Bei dieser Bewegung spannt der Schieberkolben T die Feder Rm, wodurch der Verschlußteil O nach rechts gezogen wird. Die Bewegung des Schieberkolbens T nach rechts dauert an, bis der Druck in der Kammer auf seinen anfänglichen Wert ρ zurückgegangen ist. Nach der Gleichgewichts bedingung pS — Ps ist dies erst dann der Fall, wenn der Verschlußteil O seine anfängliche Lage wieder eingenommen hat. In dieser Lage gleichen die Wirkungen der Federn Rf und Rm die Antriebskraft F aus. Da nun die Feder Rf wieder ihre ursprüngliche Länge hat, ist die Kraft F proportional der Längung der Feder Rm, d. h. der Verschiebung des Schieberkolbens T.

Um bei Änderung der Richtung der Kraft F eine symmetrische Wirkungsweise zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenngleich nicht unerläßlich, als Druck ρ in der Kammer des Verschlußteils O die Hälfte des Förderdrucks P zu wählen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Stirnfläche S des Kolbens Q doppelt so groß gemacht wird wie die Stirnfläche s des Kolbens q. Unter diesen Verhältnissen steht der Schieberkolben T zu Beginn der Bewegung des Verschlußteils O nach links unter einer nach rechts gerichteten Kraft, die gleich P(S- s) = Ps ist. Gegenüber dieser Kraft Ps sind die auf den Schieberkolben T wirkenden Reibungskräfte unbeachtlich. Die Gesamtförderung der Düse Gp während der Verschiebung d des Schieberkolbens T ist Sd unter dem Druck P/2. Die für diese Verschiebung erforderliche Zeit ist also sehr kurz. Ferner ist hierbei nicht erforderlich, für die erste Stufe einen ständigen bedeutenden Leckverlust vorzusehen, vielmehr können die beiden Düsen in der Gleichgewichtsstellung ohne Beeinträchtigung des sofortigen Ansprechens des Steuerschiebers fast vollständig zugedeckt sein. Der sich dabei ergebende Leckverlust ist um ein mehrfach Zehnfaches niedriger als der bei einer herkömmlichen Einrichtung gewöhnlich erforderliche Leckverlust.

Erfahrungsgemäß ist es vorteilhaft, den Schieberkolben T mit zwei Federn zu versehen, die ihn in seine Mittelstellung drücken. Da die Kraft dieser beiden Federn gegenüber den den Schieber betätigenden hydraulischen Kräften Ps gering bleibt, hat ihr Wirken, wenn der Schieberkolben T nicht in Mittelstellung ist, nur das sehr geringe Abweichen des Verschlußteils O aus der Mittelstellung zur Folge, das erforderlich ist, um den sehr geringen Druckunterschied ρ zu erzeugen, der auf der Hache S des Kolbens Q die Kraft dieser Federn ausgleicht. Diese Druckfedern bieten zwei Vorteile: bei Inbetriebnahme der Anlage findet der Druckanstieg den Schieberkolben T in Mittelstellung, wodurch unnötige und möglicherweise schädliche Stöße vermieden werden, und zweitens geben die Federn dem Schieberkolben im Betrieb eine gewisse Beharrung, die für das gute Arbeiten des Gerätes günstig ist und heftige Schwingungen verhindert, die sich z. B. ergeben könnten, wenn der Antriebsmotor hintereinander Befehle erhält, die einander entgegengesetzt sind.

In dem in F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die bereits beschriebenen Teile gleiche Bezugszeichen. Der Antriebsmotor besteht aus einem magnetischen Kreis 1, der durch zwei Spulen 2 und 2ß erregt und durch zwei Dauermagnete polarisiert wird, von denen nur einer, 3, zu sehen ist, während der andere unter der Zeichnungsebene liegt. Durch die in F i g. 2 zu beiden Seiten des amagnetischen Teils 24 liegenden Dichtungen wird eine dichte Kammer für die Spulen 2 und la gebildet. Dadurch wird die Herausführung der Spulenanschlüsse erleichtert, die Verwendung einer mit den elektrischen Isolierstoffen nicht verträglichen hydraulischen Flüssigkeit und die Imprägnierung der Spulen mit beliebigen Flüssigkeiten, wie Firnis usw., ermöglicht. j

Ein weiterer Vorteil der Abdichtung bei 24 ist die / Verkleinerung des Volumens der Kammer des Verschlußteils O. Diese Verkleinerung ist von Bedeutung / für die Ansprechgeschwindigkeit, da die Kammer für die Veränderung des Drucks ρ einen Totraum darstellt.

Der elektromagnetische Kreis wird durch einen Anker unterbrochen, in dem die magnetische Zunge 4 des Verschlußteils O liegt. Zwei Schrauben 5 und 6, die auf zwei Federn 7 und 8 aus amagnetischem Metall drücken, gestatten eine genaue Einstellung der Zunge 4. Eine Membran 9 verhindert, daß die Flüssigkeit in der Nähe der magnetischen Kreise umläuft, an denen sich Eisenteilchen an-

sammeln könnten. Der Druckausgleich zwischen beiden Seiten der Membran 9 erfolgt durch einen kleinen Kanal mit Filter 10. Der Verschlußteil O ist auf zwei Federn 11 und 12 angeordnet, die starr auf der Platte 13 befestigt sind. Die elektromagnetische Anziehung auf die Zunge 4 des Verschlußteils O ■ schwenkt diesen in sich durch elastische Verformung der Federn 11 und 12. Die Schwenkung erfolgt um eine gedachte Achse, die in der Nähe der Schnittlinie der Ebenen der Federn 11 und 12 liegt. Der Verschlußteil O steht unter dem Druck der Feder Rf, der durch die Schraube 14 einstellbar ist, und unter dem Druck der Feder Rm. Diese Federn sind mit Vorspannung eingebaut. Der Verschlußteil O arbeitet zusammen mit zwei Düsen, von denen die eine, Gp, mit der Einlaßleitung 15 und die andere, Gb, mit der Rückleitung 16 zum Sumpf verbunden ist. Beim Zusammenbau wird jede Düse so eingestellt, daß ihr Rand und die Verschlußkante genau übereinanderstehen. Dadurch erhält man ein System, das ver- 2u zögerungslos öffnet und trotzdem sehr geringe Leckverluste hat.

Die Aufhängung des Verschlußteils O in zwei Federn 11 und 12 bildet eine Einheit von sehr hoher Quersteifheit. Dadurch kann das Spiel zwischen Verschlußteil und Düsen ohne Gefahr der Materialberührung stark verkleinert werden. Dies Spiel kann z. B. durch Feinbearbeitung der sich gegenüberliegenden Flächen mit nachfolgendem Polieren oder elektrolytischer Behandlung erzielt werden. Die äußerste Reduzierung des Spiels trägt weiter zur Verringerung der Leckverluste bei, während das Fehlen von Reibungen das Ansprechen des Systems noch erleichtert.

Wenn die Düse nicht fördert, ist sie weitgehend zugedeckt, wodurch ihre Leckverluste verringert werden. Schließlich verhindert die Kleinheit der hydraulischen Querdrücke bei der hohen Steifheit der Verschlußaufhängung in Querrichtung die Vergrößerung der Leckverluste durch Querverformung.

Der Schieberkolben T steht unter dem Druck der beiden Federn 17 und 18, die mit Vorspannung eingebaut sind. Die Stirnseite Q des Schieberkolbens T steht unter dem in der Kammer des Verschlußteils O herrschenden Druck. Die Stirnseite q des Schieberkolbens T, deren Fläche halb so groß ist wie die Fläche der Stirnseite Q, steht durch die Leitung 19 hindurch unter dem Förderdruck. Der Schieberkolben T hat Nuten, 20 und 21, die mit den mit dem Verbraucher (nicht dargestellt) verbundenen Nuten 22 und 23 zusammenarbeiten.

Bei einer anderen Ausführung entfällt die Membran und wird durch einen Hohlkörper ersetzt, der mechanisch mit dem Verschlußteil ein Stück bildet, mit ihm beweglich und gegenüber der Verschlußkammer nicht ganz dicht ist und in dessen Hohlraum einerseits eine Leitung, die dadurch ständig mit ihm verbunden ist, und andererseits die Düse oder Düsen münden, wenn sie vom Verschluß freigegeben sind. Der Hohlkörper ist vorzugsweise rohrförmig.

Die Vorteile dieser Ausführung liegen im Wegfall der Membran, die ein empfindlicher Teil ist und zu unerwünschten mechanischen Reaktionen führen kann, und in der dadurch bedingten freien Wahl der Drehachse des Verschlußteils. Die beiden Aufhängungsfedem können parallel angeordnet werden, so daß die Bewegung des Verschlußteils gegenüber den Düsen als Verschiebung erfolgt. Die beiden Federn können auch so angeordnet werden, daß sich ihre Ebenen in der Nähe des Schwerpunktes des beweglichen Aggregats schneiden, so daß dessen Verhalten unter Schwingungen und großen Beschleunigungen verbessert wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt in der Erleichterung der Reinigung des Geräts, die ohne für die Behandlung der Membran erforderliche Sorgfalt erfolgen kann. Schließlich liegt ein Vorteil noch darin, daß der Hohlkörper mit einem Spiel von einigen Mikron gegenüber den Wänden der Verschlußkammer eingepaßt werden kann, was zwar bei langsamen Druckänderungen keine Dichtigkeit gewährleistet, jedoch bei schnellen Druckänderungen genügende Dichtigkeit und dadurch eine beträchtliche Verringerung des Volumens des Öls mit veränderlichem Druck und durch Verkleinerung der Elastizität eine Verbesserung der Zeitkonstanten bietet.

Diese Ausführung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, die im wesentlichen die gleichen Bezugszeichen wie zuvor tragen.

Der Antriebsmotor besteht aus dem polarisierten elektromagnetischen Kreis 1 (Fig. 4), der durch die beiden Spulen 2 und la erregt wird und auf die magnetische Zunge 4 des Verschlußteils O wirkt, der von zwei starr in der Platte 13 befestigten nachgiebigen Federn 11 und 12 getragen wird. Auf dem Verschlußteil O ist ein Rohr 25 befestigt, in dessen Inneres einerseits die Düsen Gp und Gb und andererseits die Öffnung 29 einer Leitung 27 münden, die bei 28 in die Kammer 30 mündet, die den Druck ρ auf die Fläche Q des Schieberkolbens T legt. Der Förderdruck P wird durch die Leitung 15 bis 19 auf die Fläche q des Schieberkolbens T in der Kammer 31 gelegt. Der Druck in der Kammer des Verschlußteils O auf das Äußere des Rohres 25 wirkt auf die linke Endfläche des Schieberkolbens T, diese Wirkung wird jedoch dadurch annulliert, daß durch die Leitung 33 der gleiche Druck in die Kammer 32 gebracht wird. Die zwischen den Kammern 31 und 32 gelegene Kammer 34 wird durch die Leitung 35 an den Sumpf gelegt, um die Staffelung der Abschnitte zwischen den beiden Kammern 31 und 32 zu ermöglichen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Steuerschieber mit Antrieb durch das zu steuernde Druckmittel, das wechselweise auf eine der beiden Stirnflächen des Schieberkolbens einwirkt und zu diesem Zweck durch ein Hilfsventil gesteuert wird, das aus zwei einander gegenüberliegenden Düsen mit einem dazwischen bewegliehen Verschlußteil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zu den Düsenachsen bewegliche Verschlußteil (O) des Hilfsventil und der Schieberkolben (T) auf einer durch die Längsachse des Schieberkolbens und das Symmetriezentrum des Verschlußteils und in dessen Bewegungsrichtung verlaufenden Linie hintereinander angeordnet sind und daß zwischen den Verschlußteil (O) und den Schieberkolben (T) auf dieser Linie eine unmittelbare elastische Verbindung (Rm) eingeschaltet ist.

2. Steuerschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsen (Gp, Gb) und der Verschlußteil (O) derart zueinander angeordnet sind, daß bei Bewegung des Verschluß-

teils je nach seiner Bewegungsrichtung jeweils die eine der Düsen (Gp bzw. Gb) fortschreitend freigegeben und die andere Düse (Gb bzw. Gp) geschlossen gehalten wird.

3. Steuerschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Verschlußteil (O) und Schieberkolben (T) eine Schraubenfeder (Rm) ist.

4. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (O) schieberartig an den Düsen (Gb, Gp) vorbeibewegt wird.

5. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagten Stirnflächen (Q, q) des Schieberkolbens (T) unterschiedliche Größen haben.

6. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blattfedern ausgebildete Aufhängungsfedern (11, 12) des Verschlußteiles (O), die schräg zueinander gestellt sind und Bohrungen aufweisen, durch die hindurch sich die den Verschlußteil (O) und den Schieberkolben (T) verbindende Feder (Rm) einerseits und eine zwischen dem Verschlußteil

(O) und einem Festpunkt eingeschaltete Feder (Rf) andererseits erstrecken.

7. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (O) in einem halbdichten Hohlkörper (25) angeordnet ist, in dessen Hohlraum die beiden Düsen (Gb, Gp) bei Freigabe durch den Verschlußteil (O) und außerdem eine dritte Leitung (29) münden, die den Hohlraum mit einer Kammer (28) verbindet, in der sich die eine Stirnfläche (Q) des Schieberkolbens (T) bewegt, und die elastische Verbindung (Rm) zwischen dem Hohlkörper (25) und dem Schieberkolben (T) eingeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 314 523;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1024 767,

207;
USA.-Patentschriften Nr. 2742919, 2767 689,

2858 849.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1099 295, 1119 071.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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