DE2150642A1

DE2150642A1 - Steuerventil,insbesondere fuer hydraulisch angetriebene Lasten

Info

Publication number: DE2150642A1
Application number: DE19712150642
Authority: DE
Inventors: Connett Donald C; Olsen Gerald N; Lonnemo Kurt R
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-10-11
Publication date: 1972-04-13
Also published as: FR2110368A1; CA927714A; AU459832B2; SE370768B; GB1371053A; FR2110368B1; IT939529B; AU3355971A; US3646959A; JPS5115616B1

Description

SPEBEY RAND CORPORATION
TROY₉ MICHIGAN / U.S.A.

Steuerventil,
insbesondere für hydraulisch angetriebene Lasten

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil, insbesondere für hydraulisch angetriebene Lasten.

Handgesteuerte hydraulische Kraftübertragungssysteme zum Antrieb von Lasten mit hohen Massenkräften, wie z. B. bei Kränen, Baggern usw., mit handgesteuerten Richtungsventilen, durch die die Bedienungsperson den Grad und die Richtung der Öffnung oder der Schließung des Ventils unmittelbar bestimmt, sind bekannt. Eine solche Konstruktion erfordert viel an Geschicklichkeit und Erfahrung, wenn die Last gleichmäßig bewegt werden soll. Ein zu abruptes Schließen des Ventils der sich bei höheren Geschwindigkeiten bewegenden Last kann wegen der hohen Massenkräfte der Last zu übersteigerten Druckwerten führen, so daß die Last ungleichmäßig bewegt und die mechanischen und hydraulischen Teile großen Belastungen ausgesetzt werden. Weitere vorgeschlagene Steuersysteme, durch die dieι Bedienung sji er sort': eine*, modulierten Druck bsw. ein moduliertes Drehmoment auf die Last ausüben kann, sind auf ähnliche Schwierigkeiten gestoßen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckmodulierendes Richtungssteuerventil zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten überwunden sind, so daß eine Bedienungsperson einen Druck oder ein Drehmoment der gewünschten Größe zur Beschleunigung auf die Last ausüben

ORIGINAL INSPECTED

209816/1048

und danach ein gewünschtes Drehmoment aufrechterhalten kann. Dabei soll das Ventil sowohl ein Laufen der Last ohne Kraftanwendung oder das Ausüben einer geregelten Bremskraft auf die Last gestatten, wenn die Last durch ihre eigenen Massenkräfte angetrieben wird. Diese Betriebsarten sollen durch die Anwendung eines Handgriffs ermöglicht werden, der aus einer neutralen Stellung zu der einen oder der anderen Seite in natürlicher Weise verschoben oder geschwenkt werden kann.

Gemäß der Erfindung soll ein Steuerventil der eingangs genannten Art ein erstes und ein zweites Dreiwegventil, das

fc Je eine Fließbewegung zwischen einer Arbeitsöffnung und einer Einlaßöffnung sowie einer Auslaßöffnung steuert, eine Feder, die jedes Dreiwegventil so vorspannt, daß es seine Arbeitsöffnung mit der Einlaßöffnung verbindet, ein Druckentlastungsventil, das zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung angeordnet ist und zwecks Einhaltung eines niedrigen minimalen Drucks an der Einlaßöffnung vorgespannt ist, eine hydraulische Einrichtung, die eine hohe Vorspannkraft an das Entlastungsventil ausübt, Durchgänge, die über verschiedene Rückflußventile die Einlaßöffnung mit jedem Dreiwegventil verbinden, um einen Einlaßdruck auszuüben, der das Ventil gegen die Vorspannung verschiebt, und eine wahlweise zu betätigende Einrichtung, mit der mit der Hand

P die Druckvorspannung an dem Entlastungsventil erhöht werden kann und .'die Fließbewegung durch eines der Rückflußventile abgesperrt werden kann, um das erste Dreiwegventil in einer Stellung zu halten, die für eine Einlaßfließbewegung geöffnet ist, wodurch das zweite Dreiwegventil durch die Fließbewegung durch sein Rückflußventil in eine Stelle verschoben wird, in der sie für eine Fließbewegung nach außen geöffnet ist und wobei der Druckpegel an der Einlaßöffnung durch das Entlastungsventil gesteuert wird, umfassen.

Die Figur der Zeichnung zeigt schematisch ein Steuerventil mit seinen Verbindungen mit einem hydraulischen Kraftübertragungssystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel "

209 816/1048

der Erfindung.

Einer motorangetriebenen Pumpe 1 mit konstanter Verdrängung wird von einem Benälter 2 Flüssigkeit Zugeführt. Ein Filter 3 "befindet sich, in der an den Behälter führenden Rückflußleitung des Systems. Der Pumpenauslaß steht mit dem druckmodulierenden Richtungsventil 4- gemäß der vorliegenden Erfindung über seine Einlaßöffnung 5 in Verbindung. Innerhalb des Ventils 4· ist der Ausgangsdruck der Pumpe über einen Durchgang 6 mit verschiedenen Ventilen verbunden. Dabei ist der Durchgang 6 mit einem Steuerungs- bzw. Entlastungsventil 7 und den Spulen 8 bzw. 9 zweier Dreiwegrichtungssteuerventile verbunden. Der Einlaßdurchgang 6 steht mit den Kammern 23 und 24- am linken Ende der Ventile 9 bzw. 8 in Verbindung. Diese Verbindung besteht aus einem Durchgang 37» aus Druckflußventilen 38 und 39 und aus den" Durchgängen 40 und 4-1. Die Rückfluß ventile werden normalerweise durch. Federn 4-2 bzw. 43 geschlossen gehalten, um eine Flußbewegung aus dem Eingangsdurchgang 6 in die Endkammern 23 bzw. 24- zuzulassen oder eine Rückwärtsbewegung zu unterbinden.

Die Dreiwegventile 8 und 9 besitzen innere Durchgänge 10 und 11, die in der abgebildeten Stellung mit den Arbeitsöffnungen 14· und 15 sowie mit dem Eingangsdurchgang 6 verbunden sind. Die Federn 12 und 13 üben eine nach rechts gerichtete Vorspannung auf die Ventile 8 und 9 aus. Die Arbeitsöffnungen 14- und 15 stehen mit dem Flüssigkeitsmotor 16 mit konstanter Verdrängung in Verbindung, der eine hohe Massenkräfte aufweisende Last antreibt. Wird eines der Dreiwegventile 8 oder 9 nach links verschoben, so überträgt es seine an die Jeweilige Arbeitsöffnung 14- bzw. 15 führenden Verbindungen auf den Rückflußdurchgang 36 und an seine äußere öffnung 54·, die über das Filter 3 mit dem Behälter 2 in Verbindung steht. Die inneren Durchgänge 10 und 11 in den Ventilkolben besitzen Einschnürungen 18 bzw. 17 an ihren linken Enden sowie Einschnürungen 22 bzw. 21 an ihren rechten Enden.

209816/10 48

— /j. _

Die Federkammern 19 und 20 stehen über Durchgänge 27 und 28 sowie über Einschnürungen 29 und 30 mit pilzförmigen Ventilkörpern 25 und 26 in Verbindung. Befinden sich die Ventile 8 und 9 in der abgebildeten Stellung, so stehen die Federkammern 20 und.19 ebenso mit der Federkammer 31 des Entlastungsventile 7 über die Durchgänge 33 und 34· in Verbindung, wobei jedoch diese Durchgänge durch das eine oder das andere Ventil geschlossen werden, sobald letzteres nach links verschoben wird, so daß es seine Arbeitsöffnung öffnet und eine Verbindung mit der Rückflußkammer 36 herstellt.

Das Entlastungsventil 7 ist durch eine Feder 35 vorgespannt, fc deren Steifheit ausreicht, um lediglich einen minimalen Arbeitsdruck innerhalb des Eingangsdurchgangs 6 aufrechtzuerhalten. In der neutralen Stellung umfaßt diese Fließbewegung weitgehend die ganze Fördermenge der Pumpe, die von dem Eingang 5 durch den Durchgang 6 und das Ventil 7 in den Durchgang 36 und die öffnung 54- fließt und von dieser Stellung zurück an das Filter 3 und sodann zu dem Behälter 2. Eine kleine Menge fließt an dem pilzförmigen Ventil 25 oder 26 vorbei und hält eine geringe hydraulische Vorspannung aufrecht, um die Federvorspannung auf das Entlastungsventil 7 zu ergänzen.

Um hydraulisch eine Erhöhung der Vorspannung an dem Ent- W lastungsventil 7 ^zu erreichen, ist eine wahlweise zu betätigende Einrichtung vorgesehen, die auch eine Verschiebung des einen oder des anderen Dreiwegventils 8 bzw. 9 aus der abgebildeten Stellung, wo die Arbeitsöffnung mit dem Eingang verbunden ist, in die andere Stellung, wo die Arbeitsöffnung mit dem Ausgang verbunden ist, zuläßt. Diese Einrichtung umfaßt die pilzförmigen Ventile 25 und 26, die als Hilf sentlastungsventil e dienen und Federn 45 und 46 besitzen, die eine Vorspannung auf die Ventile ausüben, damit sie einen sehr niedrigen Druck an ihren jeweiligen Einlassen aufrechterhalten. Die Schubstangen 47 und 48 stoßen mit ihren Enden gegen Verstellschrauben 49 und 50, die auf einer Traverse 51 angeordnet sind. Die !Traverse kann mittels

209816/1048

215Q642

eines Handgriffs 44 zu einer oder zu der anderen Seite der abgebildeten, neutralen Stellung geschoben werden. Die zwei Hilfsentlastungsventile 25 und 26 lassen die Flüssigkeit in die Hilfsgehäusekammer 52 aus, die über den Rückdurchgang über eine Verbindung verbunden ist.

Im Betrieb kann das dölickmodulierende Richtungsventil nach verschiedenen Betriebsarten funktionieren. Diese umfassen eine neutrale Betriebsart, modulierte Beschleunigung (nach links oder nach rechts), moduliertes konstantes Drehmoment (nach links oder nach rechts), freie Bewegung ohne Kraftanwendung (nach links oder nach rechts) und moduliertes Bremsen (nach links oder nach rechts). In der neutralen Stellung ist der Handgriff 44- zentriert, während die Dreiwegventile 8 und 9 durch ihre Vorspannungsfedern 12 und 13 in ihrer rechten abgebildeten Stellung gehalten werden. Die beiden Arbeitsöffnungen 14 und 15 zu dem Motor 16 sind mit Bezug auf den Druck der Umpenförderung in dem Durchgang 6 geöffnet, so daß über dem Motor 16 kein Druckgefälle besteht, das sonst eine Bewegung zustande bringen würde. Die durch die Pumpe geförderte Flüssigkeit fließt zumeist durch das Entlastungsventil 7» das einen tiefen minimalen Wert des Druckes in dem Durchgang 6 aufrechterhält. Dabei wird der Druck durch die Kraft der Feder 35» die die Feder 35 unterstützende, in der Kammer 31 ausgeübte hydraulische Kraft bestimmt, die durch die Vorspannung der auf die Hilfsentlastungsventile 25 und 26 wirkende Federn 45 und 46 hervorgerufen und durch das kleine in den öffnungen 17 und 18, 29 und 30 bestehende Druckgefälle ergänzt wird.

Ist es erwünscht, die mit dem Motor 16 verbundene Last zu beschleunigen, so kann der Handgriff 44 aus seiner zentralen Lage in die angegebene Richtung beschränkt werden. Erfolgt diese Bewegung nach rechts, so wird die Feder 45 des Hilfsentlastungsventils zusammengedrückt, wodurch das Ventil belastet und die fließende Flüssigkeit weiter reduziert wird, die von der Kammer 6 und durch den inneren Durchgang 11 in das Dreiwegventil 9 fließt. Der Druckwert steigt in der

209816/1048

Federkammer 19 und in dem zu dem Dosierungsventil 32 führenden Durchgang 33· Das Ventil 32 wird sofort verschoben, um den Durchgang 34- zu schließen^und wirkt gleichzeitig in der Federkammer 31? um die Vorspannung auf dem Entlastungsventil 7 zu erhöhen. Demgemäß erhöht sich der in der Kammer herrschende Einlaßdruck auf einen neuen Wert und wird durch den Durchgang 37 und das Rückflußventil 38, die sich am rechten Ende des Dreiwegventils 8 befinden, übertragen. Da dieser Druckanstieg von der Federkammer 20 durch das Dosierungsventil 32 abgeschlossen ist und weil die Einschnürung eine unbeschränkte Fließbewegung aus der Kammer 24 durch den Durchgang 10 verhindert, wird der Kolben 8 des Dreiwegventils nach links verschoben, wodurch die Arbeitsöffnung 14 nicht mehr mit dem Einlaß 6, sondern mit einem Auslaß 36 verbunden wird und wobei als Nebenwirkung die Federkammer 20 von dem Durchgang 34 abgeschlossen wird. Andererseits führen die Vorspannung der Feder 13 und der erhöhte, durch das Hilfsentlastungsventil 25 aufrechterhaltene, in der Federkammer herrschende Druck dazu, daß das Dreiwegventil 9 i& seiner rechten Stellung verharrt. Dabei wird dieser erhöhte Druck durch den Durchgang 11 zum anderen Ende der Kammer 23 übertragen, so daß die Fließbewegung durch das Rückflußventil stattfindet. Bei dieser Betriebsart kann die Bedienungsperson den im Einlaßdurchgang 6 hervorgerufenen Druck zum Antrieb des Motors 16 modulieren und deshalb das gewünschte Drehmoment auf die Massenkräfte der Last ausüben, mit der der Motor 16 verbunden ist. Bei der Drehbewegung des Motors ist der Rückfluß über die öffnung 14-, das Ventil 8, den Durchgang 36 und die öffnung 54 mit dem Behälter verbunden.

Sobald das Drehmoment des Motors 16 ausreicht, um die Last auf die gewünschte Geschwindigkeit zu bringen, läßt sich diese Geschwindigkeit durch die Bedienungsperson dadurch aufrechterhalten, daß sie den Handgriff 44 zurück gegen die neutrale Stellung bewegt, so daß der gewünschte Drehmomentwert zum Antrieb der Last bei der gewünschten Geschwindigkeit aufrechterhalten wird. Sollten sinngemäß die Lastbedingungen so sein, daß die Last stets gegen die Beschleunigungsrich-

209816/1048

tung vorgespannt wird, wie ζ. B. bei einem Baukran auf einem Hang oder beim Auftreten einer schweren Belastung durch den Wind, läßt sich die Last trotz solcher Belastungen dadurch stillstehend halten, indem man den Handgriff 44 dementsprechend verstellt, um das gewünschte Drehmoment des Motors 16 zustande zu bringen.

Sollte nach Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit des Motors die Bedienungsperson ein Laufen der Last ohne Kraftanwendung wünschen, so schwenkt »me den Handgriff 44 zurück in die neutrale Stellung, in der die oben genannten FIießbedingungen bestehen und beide Seiten des Motors über die Öffnung 14, das Ventil 8, den Durchgang 6, das Ventil 9 und die Öffnung 15 miteinander verbunden sind. Wärend des Übergangs von der Betriebsart, in der der Motor angetrieben wird, zu der, in der er ohne Energieaufnahme weiterläuft, bewegt sich das Ventil 8 auf seine .-rechte Stellung zu und wird durch die in Kammer 24 durch das Eückflußventil 38 fließende Flüssigkeit verzögert. Diese Flüssigkeit kann lediglich durch die Öffnung 22 entweichen. Dies führt zu einem vorübergenden Abbremsen, während das Ventil 8 den Rückfluß von der Öffnung 14 in den Rückflußdurchgang 36 drosselt, wobei der Druck in der Öffnung 14 durch die Vorspannkraft der Feder 12 reguliert wird.

Sollte bei dem Antrieb des Motors als Pumpe durch die Massenkräfte der Last es erwünscht sein, die Last abzubremsen, so wird der Handgriff 44 aus der neutralen Stellung in die Gegenrichtung, d. h. nach links, bewegt. Dies drückt die Feder 46 des Hilfsventils 26 zusammen, so daß der im Durchgang 28 herrschende Druck erhöht wird. Dabei fließt Einlaßflüssigkeit durch das Rückflußventil 38 und den inneren Durchgang des Ventils 8 in den Durchgang 28 hinein. Man sieht, daß zu dieser Zeit das Dreiwegventil 8 nach links verschoben wird und den Durchgang 34 absperrt. Deshalb kann keine Fließbewegung zu dem Do si erungsventil 32 und zu der Vorspannungskammer 31 des Ventils 7 stattfinden. Demgemäß muß der als Pumpe laufende Motor 16 in der Öffnung 14 einen Druck auf-

209816/ 1CU8

bauen, der ausreicht, um nicht nur die Vorspannungskraft der Feder 12, sondern auch die Kraft zu überwinden, die durch den höheren Druck der in Federkammer 20 vorhandenen Flüssigkeit verursacht wird. Zu dieser Zeit übersteigen diese Druckwerte bei weitem den Druck in der Einlaßkammer 6, so daß die öffnung 18 zu einem Druckgefälle zwischen der öffnung 14- und der Federkammer 20 führt, wodurch das Dreiwegventil 8 vorübergehend als ein durch das Hilfsentlastungsventil 26 beherrschtes Hilfsentlastungsventil wirkt. Dies übt den gewünschten Staudruck am Auslaß des Motors aus und bremst die Massenkräfte der Last ab.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Steuerung durch die Bedienungsperson mit dem Handgriff 44-an sich instinktiv. ELn Verschieben des Hebels in der einen Richtung erzeugt ein Drehmoment an der Last, die dem Verschiebungsweg des Hebels weitgehend proportional ist. Bewegt man den Hebel in die neutrale Stellung zurück, so wird das Drehmoment aufgehoben, während das Verschieben des Hebels in der Gegenrichtung zu einem Gegendrehmoment führt, das wiederum dem Verschiebungsweg des Hebels weitgehend proportional ist. Jedes durch die Massenkräfte der Last oder andere äußere Einflüsse ausgeübtes Drehmoment läßt sich durch die Bedienungsperson dadurch aufheben, daß sie instinktiv dieselben Bewegungen des Handgriffs ausführt.

209816/1048

Claims

Patentansprüche

Steuerventil, insbesondere für hydraulisch, angetriebene asten, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Dreiwegventil, das je eine Fließbewegung zwischen einer Arbeitsöffnung und einer Einlaßöffnung sowie einer Auslaßöffnung steuert, eine Feder, die jedes Dreiwegventil so vorspannt, daß es seine Arbeitsöffnung mit der Einlaßöffnung verbindet, ein Druckentlastungsventil, das zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung angeordnet ist und zwecks Einhaltung eines niedrigen minimalen Drucks an der Einlaßöffnung vorgespannt ist, eine hydraulische Einrichtung, die eine hohe Vorspannkraft an das Entlastungsventil ausübt, Durchgänge, die über verschiedene Rückflußventile die Einlaßöffnung mit jedem Dreiwegventil verbinden, um einen Einlaßdruck auszuüben, der das Ventil gegen die Vorspannung verschiebt, und eine wahlweise zu betätigende Einrichtung, mit der mit der Hand die Druckvorspannung an dem Entlastungsventil erhöht werden kann und um die Fließbewegung durch eines der Rückflußventile abgesperrt werden kann, um das erste Dreiwegventil in einer Stellung zu halten, die für eine Einlaßfließbewegung geöffnet ist, wodurch das zweite Dreiwegventil durch die Fließbewegung durch sein Rückflußventil in eine Stelle verschoben wird, in der sie für eine Fließbewegung nach außen geöffnet ist und wobei der Druckpegel an der Einlaßöffnung durch das Entlastungsventil gesteuert wird.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise zu betätigende Einrichtung ein Dosierungsventil umfaßt, das auf einen Druck anspricht, der das Entlastungsventil vorspannt, um ein Entweichen durch eine nicht in Betrieb befindlichen Teil der wahlweise zu betätigenden Einrichtung zu verhindern.

5· Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise zu betätigende Einrichtung zwei Teile umfaßt, wovon jeder eine Verbindung mit der Einlaßöffnung umfaßt, die sich durch eines der Dreiwegventile und

209816/1048

das ihm zugeordnete Rückflußventil erstreckt.

4. Steuerventil nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung in die Motoröffnung für das betreffende Ventil abzweigt.

5· Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine jedem Dreiwegventil zugeordnete Einrichtung, die das Ventil auf Druck an der Motoröffnung ansprechen läßt, wenn der Druck den bei einem Antrieb des Motors durch die Last auftretenden Druck übersteigt.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise zu betätigende Einrichtung zwei federvorgespannte Hilfsentlastungsventile und einen schwenkbaren Griff umfaßt, mit dem die eine oder die andere Entlastungsventilfeder durch eine Bewegung in einer oder der anderen Richtung aus einer neutralen Stellung zusammengedrückt werden kann.

209816/1048