DE3019257C2 - Drosselventil-Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselventil-Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (Hauptpatent 30 05 755).

Eine derartige Drosselventil-Einrichtung muß zwei Aufgaben erfüllen: Zum einen muß der Druckmittelstrom in Abhängigkeit von der Stellung eines Hubaggregats gedrosselt werden und zum anderen muß die Drosselstellung auf den Regelkreis ab­ stimmbar, d. h. justierbar sein.

Im Hauptpatent 30 05 755 wird eine Drossel­ ventil-Einrichtung beschrieben, welche diese beiden Funktionen unter gegenseitiger Entkopplung der Drosselkörperbewegun­ gen erfüllt. Dabei steuert eine Steuerkante eines Kolbens die Durchtrittsöffnung des Steuerkanals und sorgt somit für die Regelung des Hydraulikstroms für das Hubwerk eines Traktors. Die Drosselungscharakteristik eines Drossel­ ventils ist jedoch aufgrund der Geometrie des Durchtritts­ querschnitts und der Steuerkante von der Lage des Kolbens abhängig. Eine gleichmäßige Verschiebung bzw. eine gleich­ förmige Drehbewegung des Kolbens bewirkt, daß sich der Regeldruck ungleichmäßig verändert, d. h. daß die Regelungs­ empfindlichkeit des Drosselventils mit der Lage des Krafthebers variiert. Da der Kraftheber immer gleich­ förmig bewegt wird, reagiert er im oberen Bereich (aus­ gehobene Stellung) empfindlicher als im unteren Arbeits­ bereich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Drossel­ ventil-Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche über den gesamten Arbeits­ bereich des Hubwerks eine gleichbleibende Empfindlichkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Koppelung des Hubwerk-Stellglieds mit einem auf die Geometrie des Drosselkörpers, seiner Steuerkante und der Durchtrittsöffnung abgestimmten Getriebe, durch das die Steuerkante des Drosselkörpers, vorzugsweise in Form eines Kolbens entsprechend einer geometrischen Be­ ziehung die Durchtrittsöffnung linear verändert, wird erreicht, daß der Druckanstieg bei linearer Antriebs­ bewegung des Hubwerk-Stellglieds ebenfalls linear ist. Dadurch ist die Regelungs-Charakteristik über den gesam­ ten Hub des Hubwerk-Stellglieds konstant, d. h. die Empfindlichkeit des Drosselventils unverändert.

Zu einer besonders einfachen Ausgestaltung der Drosselventil-Einrichtung gelangt man mit den Merkmalen des Unter­ anspruchs 2. Die Gestaltung der Steuerkante als Ellipse, d. h. als Kante des schräg abgeschnittenen Zylinders er­ möglicht bei gleichförmiger rotatorischer Bewegung des Kol­ bens eine lineare Veränderung der abgedeckten bzw. offenen Durchtrittsfläche, ohne daß ein nicht lineares Getriebeglied zwischen Kolben und Hubwerk geschaltet werden muß.

Es ist somit möglich, den Kolben z. B. mittels einer nach außen geführten Betätigungsstange unmittelbar durch einen Kraftaufnehmer oder ein anderes, dem Hubwerk zugeordnetes Stellglied anzutreiben und gleich­ zeitig dafür zu sorgen, daß sich die Durchtrittsöffnung gleichbleibend proportional zur Antriebsbewegung des Stellgliedes verändert.

Weitere Weiterbildungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Hydraulik-Schaltschema eines Regel­ kreises für ein hydraulisches Stellglied mit einer darin integrierten Drossel­ ventil-Einrichtung;

Fig. 2 einen Axial-Teilschnitt durch eine erste Aus­ führungsform der Drossel­ ventil-Einrichtung, wobei der Drosselkörper in einer ersten Stellung, gezeigt ist;

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Fig. 2, wobei sich der Drosselkörper in einer zweiten Stellung befindet;

Fig. 4 einen Axial-Teilschnitt durch eine dritte Aus­ führungsform der Drossel­ ventil-Einrichtung, wobei der Drosselkörper gezeigt ist; und

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Fig. 4 mit einer zweiten Stellung des Drosselkörpers.

Fig. 1 zeigt ein durch einen aus Elementen 1 bis 9 bestehenden Arbeitskreis betätigtes Hubwerk 1, das als einfach wirkender Arbeitszylinder ausgebildet und über eine Leitung 2 mit einem in beiden Richtungen durch Druck betätigbares Drei/Drei-Wegeventil 3 verbunden ist. An das Wegeventil 3 ist über eine Leitung 4 eine Pumpe 5 angeschlossen, deren Saugleitung 6 bis zu einem Vor­ ratsbehälter 7 reicht, und über eine Leitung 8 der Vor­ ratsbehälter 7. Die Leitung 4 ist mit einem Druckbe­ grenzungsventil 9 verbunden, dessen Auslaßseite an den Vorratsbehälter 7 angeschlossen ist.

Das Wegeventil 3 hat zum Betätigen seines nicht dargestellten Schiebers beidseitig angeordnete Steuer­ einrichtungen 11 und 12, die bei Beaufschlagung durch ein Druckmittel (Flüssigkeit oder Gas) den Schieber entgegen der Wirkung einer der Steuerfedern 13, 14 in Richtung der in den Steuereinrichtungen 11 bzw. 12 ange­ deuteten Pfeile 15, 15 a zu verschieben suchen. Die beiden Steuerfedern 13, 14 suchen bei nichtbeaufschlagten Steuereinrichtungen 11, 12 den Schieber in seiner Mitten­ lage zu halten. An die Steuereinrichtung 11 ist eine Steuerleitung 16 und an die Steuereinrichtung 12 eine Steuerleitung 17 angeschlossen. Die Steuerleitung 16 steht mit einer Steuerleitung 18 in Verbindung, die an die Druckseite einer Steuerpumpe 19 angeschlossen ist, deren Saugleitung 20 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden ist. Ein Druckbegrenzungsventil 18 a ist mit der Steuer­ leitung 18 verbunden. An die Steuerleitung 18 ist eine Steuerleitung 21 angeschlossen, die zu einer Stell­ drossel 22 führt. Von dieser führt eine Steuerleitung 23 zu einer Drosselventil-Einrichtung 24, die über eine Leitung 25 mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden ist. Die Steuerleitung 23 ist mit der Steuerleitung 17 verbunden. Der Steuerkreis ist mit 29 bezeichnet. Die Drosselventil- Einrichtung dient zur Regelung des Stellglieds 1.

Die Stelldrossel 22 ist als Sollwertgeber und die Drossel­ ventil-Einrichtung in Gestalt des Drosselventils 24 als mit dem bewegten Teil des Hubwerks 1 über eine mechanische Kopplung 30 ver­ bundener Regelgrößenaufnehmer ausgebildet.

Ein sich durch Verstellung der Stelldrossel 22 zwischen beiden Seiten des Wegeventils 3 aufbauender Differenzdruck bewirkt eine Verschiebung des Wegeventils 3, wodurch das Stellglied 1 unter Anschluß an den Arbeits­ kreis 10 verschoben wird. Die mechanische Kopplung 30 führt die Verschiebung auf die Drosselventil-Einrichtung 24 zurück, wodurch sich der Differenzdruck zwischen beiden Seiten des Wegeventils 3 verändert, und das Stellglied 1 des Hubwerks nach wiederholter Verschiebung des Wege­ ventils 3 vom Arbeitskreis 10 getrennt und in einer be­ stimmten eingeregelten Lage gehalten wird.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform der Drosselventil-Einrichtung 24. Ein Drosselkörper 42 ist als Zylinder ausgebildet und ist abdichtend in einer zylindrischen Bohrung 41 eines Gehäuses 40 geführt. Das Drosselventil besitzt einen Steueranschluß 43 und einen Ablaufanschluß 44, die als kreisförmige Bohrungen ausgebildet sind. Der Kolben 42 ist über ein ebenes lineares Getriebe (nicht gezeigt) mit dem ebenfalls nicht gezeigten Hubwerk-Stellglied 1 verbunden, so daß der Hub des Hubwerks in eine proportionale auf ca. 90° be­ grenzte Drehbewegung des Kolbens 42 mit der Winkelge­ schwindigkeit ω umgewandelt wird. Die Justierung des Kolbens 42 erfolgt durch eine Translationsbewegung gemäß dem angedeuteten Pfeil J. Die Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt den Kolben 42 in seiner obersten Stellung, in der er mit seiner Steuerkante 46 den Steueranschluß 43 völlig verschließt. Der Kolben ist abgeschrägt und seine Steuer­ kante 46 bildet somit eine Ellipse. Wenn der Kolben 42 durch das ebene lineare Getriebe bewegt wird, wandert die Steuerkante 46 und gibt einen Teil der Durchtritts­ fläche 48 des Steueranschlusses 43 frei. Die Kontur der Steuerkante 46 sorgt dafür, daß die freigegebene Fläche des Steueranschlusses 43 linear zunimmt und die Drossel­ wirkung somit linear abnimmt. Die Fig. 3 zeigt den Kolben 42 in seiner, gegenüber der Fig. 1 um 90° ge­ drehten Lage, in der er beispielsweise 50% der Durch­ trittsfläche 48 freigibt.

Für die Kopplung der Bewegung des Hubwerk-Stellglieds 1 und des Kolbens 42 bieten sich mehrere Getriebearten, beispielsweise ein Riementrieb, ein Zahnrad- oder Zahn­ stangengetriebe oder ein Kettenantrieb an.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Möglichkeit, die Durchtrittsfläche 48 bei linearer Antriebsbewegung des Hubwerk-Stellglieds 1 ebenfalls linear zu verändern. Zu diesem Zweck kommt eine Nocken-Steuerung zur Anwen­ dung, die den ebenfalls gerade abgeschnittenen Kolben 42 mit einer kreisförmigen Steuerkante 46 nicht linear ver­ schiebt.

Die Übertragung der Bewegung des Hubwerk-Stellglieds auf die Steuerkante kann dabei über ein geeignetes lineares Übersetzungsgetriebe erfolgen, das einen abge­ stimmt ausgebildeten Nocken antreibt, der den Drosselkörper in Gestalt des Kolbens verschiebt. Im gezeigten Fall wird der Kolben 42 jedoch selbst gleichförmig angetrieben und er stützt sich auf einem feststehenden exzentrisch angeordneten Nocken 60 federnd ab. Der Nocken 60 taucht in eine entsprechend geformte Vertiefung im Kolben 42 ein, so daß der Kolben 42 bei Verdrehen gegen die Kraft einer Druckfeder 61 ver­ schoben wird. Im gezeigten Fall ist der Nocken 60 eine Kugel, deren Durchmesser D _K dem Durchmesser des Steuer­ anschlusses 43 entspricht. Diese Kugel 60 taucht in eine Nut 62 auf der der Steuerkante 46 des Kolbens 42 abge­ wandten Seite ein, wobei die gezeigte maximale Eintauch­ tiefe - im untersten Betriebspunkt des Hubwerks - der Dicke des größtmöglichen freien Durchtrittsflächen- Sektors 48 des Steueranschlusses 43 entspricht. Die Fig. 6 zeigt diesen Zusammenhang durch die einander entsprechenden schraffierten Flächen 63 und 64.

Eine gleichförmige Verdrehung des Kolbens 42 be­ wirkt, daß sich eine Kante 62 a der Nut 62 an der Kugel 60 abstützt, und der Kolben 42 somit entsprechend der sphärischen Kontur der Kugel 60 nach oben in Fig. 4 ver­ schoben wird. Die schraffierten Flächen 63 und 64 nehmen synchron und gleichmäßig zu, so daß die Durchtritts­ fläche 48 des Steueranschlusses 43 bei gleichförmiger Drehbewegung des Kolbens 42 linear abnimmt.

Die beschriebenen Getriebe sind zwangsgekoppelt, so daß eine entgegengesetzte Bewegung des Hubwerk-Stellglieds 1 eine analog zur oben gegebenen Beschreibung ebenfalls nicht-lineare Veränderung der Durchtrittsfläche des Steueranschlusses bewirkt.

Claims (8)

1. Drosselventil-Einrichtung in einem hydraulischen Regelkreis zur Regelung eines über ein Wegeventil ange­ steuerten Stellgliedes, insbesondere eines Hubwerks eines Traktors, mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen Dros­ selkörper, der als Regelgrößenaufnehmer arbeitet, indem er zur Veränderung eines das Wegeventil beaufschlagenden Steuerdrucks unter mechanischer Kopplung mit einem beweg­ ten Teil des Stellglieds einen Drosselquerschnitt im Ge­ häuse verändert, und mit einer Justiereinrichtung zur Abstimmung der Drosselventil-Einrichtung auf den Regel­ kreis, wobei innerhalb des Drosselgehäuses (40) ein ein­ ziger verschiebbarer und verdrehbarer Drosselkörper (42) aufgenommen ist, der unter gegen­ seitiger Entkopplung der Justier- und Regelgrößen-Aufneh­ merfunktion beide Funktionen gleichzeitig erfüllt, indem er mit einer Steuerkante eine Durchtrittsfläche eines Steueranschlusses zu einem Ablaufanschluß definiert, gemäß Hauptpatent 30 05 755, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (46) bei linearer Antriebsbewegung des Stell­ gliedes (1) unter Zwischenschaltung eines Getriebes (30) eine Bahn beschreibt, durch die die Durchtrittsfläche (48) des Steueranschlusses (43) linear veränderbar ist.

2. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Steueranschluß (43) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (30) eben und linear ist und die Steuerkante (46) des als Kolben (42) ausgebildeten Drosselkörpers eine Ellipse ist, deren höchster Punkt den Steueranschluß (43) gerade abdeckt, wobei das Getriebe (30) eine gleich­ förmige Rotationsbewegung auf den Kolben (42) überträgt.

3. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (30) ein Zahnradgetriebe ist.

4. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (30) ein Riementrieb ist.

5. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Steueranschluß (43) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein räumliches Getriebe ist, das eine Rotationsbewegung des Hubwerk-Stellgliedes (1) in eine Rotationsbewegung des Drosselkörpers (42) mit nicht-linearer Translationsbewe­ gung der Steuerkante (46) des als Kolben ausgebildeten Drosselkörpers (42) umsetzt.

6. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (42) unter gleichförmiger Rotationsbewegung und unter federnder Anpressung an eine feststehende Nockenfläche (60) verschiebbar ist.

7. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken eine feststehende Kugel (60) ist, deren Durchmesser (D _K ) dem Durchmesser der Steueranschluß-Bohrung entspricht und die exzentrisch in eine diametral verlaufende, in einer Stirnfläche des Kol­ bens ausgebildete Nut um einen, der freien Durchtritts­ fläche (48) des Steueranschlusses (43) entsprechenden Betrag eintaucht.

8. Drosselventil-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (42) unter gleichförmiger Rotationsbewegung eines an ihm federnd anliegenden Nockens nicht linear verschiebbar ist.