DE2114044A1 - Steuereinrichtung zum Steuern von Fluidmotoren - Google Patents

Description

Dr. KARL FRANKE 21 1404 A

PATENT Λ Χ'· "αϊ/Γ . Beg.-Nr. P 91/122 8 MUNCi ϊ;-« ''O Dr.F/F

LOREiNZONIb iJtlAädß 54 23· 3» 1971

Applied Power Industries, Inc. Milwaukee, Wisconsin 53218, V.St.A-

Steuereinrichtung zum Steuern von Fluidmotoren

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern von Fluidmotoren mit in einer Arbeitskammer hinundhergehendem und darin eine Druckmittelexpansionskammer begrenzendem Arbeitskolben, bei der die Druckmittelexpansionskammer mit einem Druckmitteleinlaß Über einen Druckmittelzuführungskanal und mit einem Druckmittelauslaß über eine Druckmittelauslaßöffnung verbunden ist und in der Druckmittelauslaßöffnung ein sie verschließender, axial verschiebbarer Steuerschieber sitzt, auf den der Druck in der Druckmittelexpansionskammer an seiner einen und kleineren Stirnfläche unmittelbar und an seiner entgegengesetzten und größeren Stirnfläche über einen Entlastungskanal mit vom Arbeitskolben überstrichener Mündung einwirkt.

Mit Preßluft betriebene Fluidmotore mit hinundhergehendem Arbeitskolben besitzen vielerlei Einsatzmöglichkeiten; ein sehr wichtiger Anwendungsfall ist der Antrieb einer hydraulischen Pumpe, die ihrerseits verschiedene Werkzeuge mit unter hohem Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit versorgt. Solche Anlagen müssen zwecks günstiger Aufnahme in der Praxis leicht, kompakt, tragbar, flexibel im Gebrauch, mit geringen Kosten herzustellen und ohne besondere Ausbildung zu reparieren sein. Ein Beispiel für eine entsprechende Anlage ist in der US-PS 3 QkI 975 beschrieben, und die US-PS 3 079 900 behandelt eine Verbesserung im Druckluftteil des Fluidmotors einer solchen Anlage.

Mit Kicksicht auf ihre verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten müssen Fluidaotort dieser Art auf eine Steuerung von Hand genau ansprechen, und weiter müssen sie eine wirkungsvolle Zu- und Abführung von Druckmittel zu bzw· aus einer Kolbenkammer gewährleisten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Steuern von Fluidmotoren zu schaffen, die den oben gestellten Anforderungen genügt und sich gleichzeitig durch eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit, d. h. einen schnelleren Arbeitstakt der gesteuerten Fluidmotore, eine gesteigerte Zuverlässigkeit im Betrieb der Ventile und einen geringeren Verbrauch an Antriebsleistung, d.h. einen kleineren Bedarf an Druckmittel auszeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Druckmitteleinlaß und dem Druckmittelzuführungskanal ein Absperrventil zum Absperren der Druckmittelzufuhr angeordnet ist, dessen Absperrorgan mit dem Steuerschieber gekoppelt ist und bei dessen die Druckmittelauslaßöffnung absperrender Stellung die Zufuhr von Druckmittel zur Druckmittelexpansionskammer freigibt, bei dessen die Druckmittelauslaßöffnung freigebender Stellung dagegen unterbindet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuereinrichtung steht einerseits ein großer Einlaßquerschnitt für das Druckmittel zur Verfugung und wird andererseits jeglicher Gegendruck des Druckmittels während des Rücklaufs des Arbeitskolbens unterbunden, was beides von Vorteil für die Erhöhung des Arbeitstaktes des gesteuerten Fluidmotors ist. Außerdem wird der bei den bekannten Steuereinrichtungen übliche kontinuierliche Druckmittelstrom auch während des Arbeitskolbenrücklaufs vermieden, was den Druckmittelverbrauch erheblich senkt.

Bei einer bevorzugten und hinsichtlich der zuverlässigen Ventilbzw. Schiebersteuerung besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung zweigt vom Druckmittelzuführungskanal hinter dem Absperrventil eine Steuerleitung ab, die in einer Differenzdruckkammer am Umfang des Steuerschiebers mündet, deren Innendruck den Steuerschieber in seiner die Druckmittelauslaßöffnung absperrenden Stellung zu halten sucht.

In Auegestaltung der Erfindung kann im Druckmittelzuführungskanal ein von außen betätigbares Drosselventil für die Steuerung der Druckmittelzuführung angeordnet sein.

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Für die Ausführung des Absperrventils ist eine Ausbildung als Kugelventil mit einer Absperrkugel bevorzugt, die am freien Ende einer den-Steuerschieber über seine größere Stirnfläche hinaus koaxial verlängernden Stange sitzt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels veranschaulicht, das alle Merkmale und Vorteile der Erfindung erkennbar werden läßt; dabei zeigt die einzige Figur der Zeichnung einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinrichtung und einen Seil des davon gesteuerten Fluidmotors.

Die dargestellte Steuereinrichtung 10 besitzt ein Ventilgehäuse 12, das sich an einem Ende - in der Zeichnung am linken Ende - in einem Zylindermantel 16 fortsetzt, der eine zylindrische Arbeitskammer 14 umgibt« In der Arbeitskammer Ik ist ein hinundhergehender Kolben 18 angeordnet, der an seiner dem Ventilgehäuse 12 zugewandten Seite eine Druckmittelexpansionskammer 15 begrenzt. An seinem Umfang ist der Kolben mit einer Dichtung 20 versehen, die bei dem dargestellten Beispiel als in einer Bingnut 22 sitzender O-Bing ausgeführt ist und in gleitendem Kontakt mit der Innenseite des Zylindermantels 16 für die Abdichtung des Kolbens 18 in der Arbeitskammer Ik sorgt. Außerdem steht der Kolben i8 unter Vorspannung durch eine Druckfeder 23, die sich an einem Ende an einem zentralen Vorsprung 2k des Kolbens 18 und am anderen Ende an einem durch den Kolben 18 betätigten Bauelement abstützt und den Kolben 18 in Eichtuhg auf das Ventilgehäuse 12 zu drücken sucht. Bei Bewegung nach links entgegen der Kraf$ der Druckfeder 23 kann der Kolben 18 in üblicher Meise eine bestimmte Menge an hydraulischer Arbeitsflüssigkeit verdrängen, die als Antriebsmittel für angeschlossene Werkzeuge dienen kann.

Im Inneren des Ventilgehäuses 12 ist eine zylindrische Kammer 30 vorgesehen, die sich an ihrem einen Endteil 31 im Durchmesser erweitert. In der Kammer 30 ist ein Steuerschieber 32 axialverschieblich gelagert, der an einem Ende ein V_entxl ^ und am anderen Ende einen Kolben 36 aufweist. Der Kolben 36 besitzt einen ersten Ümfangeteil 37, Üer gerade in die Kammer 30 paßt, und einen zweiten Umfangsteil 39, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des erweiterten Endteils 31 der Kaanaer 30 entspricht. Dadurch entsteht zwischen der Kammer 30

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und dem Kolben 36 eine Differenzdruckkammer 40. Im Schaft 42 des Steuerschiebers 32 ist eine Axialbohrung 46 vorgesehen, in der sich eine Stange 48 hinundherbewegen kann.

Das dem Zylindermantel 16 abgewandte Ende des Ventilgehäuses 12 ist mit einem Druckmitteleinlaß 50 versehen, der sich an seiner Mündung zu einem Ventilsitz 52 für eine Absperrkugel 54 verengt. Wenn sich die Stange 48 nach rechts verschiebt, hebt sie die Absperrkugel 54 vom Ventilsitz 52 ab. Anschließend an den Ventilsitz 52 ist im Ventilgehäuse 12 ein Druckmittelzuführungskanal 56 vorgesehen, der den Druckmitteleinlaß 50 mit der Druckmittelexpansionskammer 15 verbindet, und außerdem zweigt an dieser Stelle eine Steuerleitung 58 ab, die vom Druckmitteleinlaß 50 zur Differenzdruckkammer 40 führt. Für die Abführung des Druckmittels aus der Kammer 30 iet ein Druckmittelauslaß 62 vorgesehen. Außerdem ist am Ventilgehäuse 12 ein Entlastungskanal 64 angebracht, der bei 68 in die Arbeitskammer 14 mündet und die Druckmittelexpansionskammer 15 mit einer-Kammer 66 verbindet, sobald sich der Kolben 18 über seine Mündung bei 68 hinaus nach links bewegt hat. Der Steuerschieber 32 ist schließlich noch mit einem Dichtungsstopfen aus einem elastomeren Material versehen, der in der rechten Endlage des Steuerschiebers 32 eine die Druckmittelexpansionskammer 15 mit der Kammer 30 verbindende Druckmittelauslaßöffnung 72 verschließt, in der linken Endlage des Steuerschiebers 32 dagegen freigibt. Die elastomere Ausführung des Dichtungsstopfens 70 dient der Stoß- und Geräuschdämpfung im Betrieb.

Beim Betriebe der dargestellten Einrichtung wird an den Druckmitteleinlaß 50 eine Preßluftquelle mit konstanter Preßluftabgabe angeschlossen. Nach Passieren der Absperrkugel 54 tritt die Preßluft gleichzeitig in den Druckmittelzuführungskanal 56 und in die Steuerleitung 58 ein. Die Steuerleitung 58 steht mit der Differenzdruckkammer 40 in Verbindung und läßt in dieser eine den Steuerschieber 32 nach rechts verschiebende Nettokraft entstehen. Als Folge davon werden der Steuerschieber 32 und die Stange 48 nach rechts gedruckt und halten die Absperrkugel 54 vom Ventilsitz 52 weg, so daß die Preßluft ungehindert weitdr einströmen kann. Im gleichen Zeitraum gelangt über den Druck-

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mittelzuführungskanal 56 Preßluft in die Druckmittelexpansionskammer 15 und verschiebt den Kolben 18 nach, links* Bewegt sich dabei die Dichtung 20 über die Mündung des Entlastungskanals 6k bei 68 hinaus nach links, so kommt die Druckmittelexpansionskammer 15 über den Entlastungskanal 64 mit der Kammer 66 in Verbindung. Die auf den Steuerschieber 32 einwirkende ii'ettokraft ist dann nach links gerichtet und verschiebt den Steuerschieber 32 daher nach links. Die Stange *t8 bewegt sich in der Bohrung k6 nach innen und kommt von der Absperrkugel 5^ frei, die daraufhin den Ventilsitz 52 verschließt.

Im Druckmittelzuführungskanal 56 ist ein Drosselventil T vorgesehen, das sich von außen her entgegen einer Federkraft betätigen läßt und dann je nach seiner Stellung mehr oder weniger Preßluft durch den Druckmittelzuführungskanal 56 strömen läßt.

Bewegt sich mit dem Steuerschieber 32 auch der Dichtungsstopfen 72 nach links, so kann die Preßluft aus der Druckmittelexpansionskaramer 15 über die Druckmittelauslaßöffnung 72, die Kammer 30 und den Druckmittelauslaß 62 entweichen. Mit Absinken des Preßluftdruckes in der Druckmittelexpansionskammer 15 führt die Druckfeder 23 den Kolben 18 in Sichtung auf das Ventilgehäuse 12 zurück. Bei seiner Annäherung an den Steuerschieber 32 überdeckt der Kolben 18 die Mündung des Entlastungskanals 6k bei 68 und unterbricht' damit die Verbindung zwischen der Druckmittelexpanßionskammer 15 und der Kammer 66. Die Absperrkugel 5^ wird durch die Stange h8 wieder vom Ventilsitz 52 abgehoben, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem.

- Patentansprüche -

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Claims (4)

1. 21U044

   Patentansprüche

   Steuereinrichtung zum Steuern von Fluidmotoren mit in einer Arbeitskammer hinundhergehendem und darin eine Druckmittelexpansionskammer begrenzendem Arbeitskolben, bei der die Druckmittelexpansionskammer mit einem Druckmitteleinlaß über einen Druckmittelzuführungskanal und mit einem .Druckmittelauslaß über eine Druckmittelauslaßöffnung verbunden ist und in der Druckmittelauslaßöffnung ein sie verschließender, axial verschiebbarer Steuerschieber sitzt, auf den der Druck in der Druckmittelexpansionskammer an seiner einen und kleineren Stirnfläche unmittelbar und an seiner entgegengesetzten und größeren Stirnfläche über einen Entlastungskanal mit vom Ärbeitskolben überstrichener Mündung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckmitteleinlaß (50) und dem Druckmittelzuführungskanal (56) ein Absperrventil (52, 54) zum Absperren der Druckmittelzufuhr angeordnet ist, dessen Absperrorgan (54) mit dem Steuerschieber (32) gekoppelt ist und bei dessen die Druckmittelauslaßöffnung (72) absperrender Stellung die Zufuhr von Druckmittel zur Druckraittelexpänsionskammer (15) freigibt, bei dessen die Druckmitteläuslaßöffnung (72) freigebender Stellung dagegen unterbindet.
2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Druckmittelzuführungskanal (56) hinter dem Absperrventil (52, 5²J-) eine Steuerleitung (58) abzweigt, die in einer Differenzdruckkammer (40) am Umfang des Steuerschiebers (32) mündet, deren innendruck den Steuerschieber (32) in seiner die Druckmittelauslaßöffnung (72) absperrenden Stellung zu halten sucht.
3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckmittelzuführungskanal (56) ein von außen betätigbares Drosselventil (T) für die Steuerung der Druckmittelzuführung angeordnet ist·
4. 4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche Ϊ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (52, 54) ein Kugelventil mit einer Absperrkugel (54) ist, die am freien Side einer den Steuerschieber (32) über seine größere Stirnfläche hinaus koaxial verlängernden Stange (48) sitzt.

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