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Steuerventileinrichtung für einen hydraulischen Verbraucher
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventileinrichtung für einen
hydraulischen Verbraucher, mit einem den Zufluß eines Druckmittels von einer Pumpe
mit konstanter Fördermenge zum Verbraucher und gegebenenfalb auch den Abfluß des
Druckmittels vom Verbraucher zu einem Behälter steuernden Steuerventil, dessen Schieber
aus einer Neutralstellung, in der das Steuerventil geschlossen ist, in mindestens
eine Arbeitsstellung mit wählbarem Zufluß-Drosselquerschnitt verstellbar ist, und
mit einem zwischen Pumpe und Behälter geschalteten Nebenschlußventil, dessen Verschluß
stück durch einen Ventilkolben gesteuert ist, der in Öffnungsrichtung vom Pumpendruck
und in Schließrichtung von einer vorgespannten Feder und einem hinter dem Zufluß-Dro
s selquerschnitt abgegriffenen Lastdruck belastet ist, wobei die Wirksamkeit der
Feder druckabhängig herabsetzbar ist.
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Bei einer bekannten Steuerventileinrichtung dieser Art (DE-AS 23 20
935) bewirkt das Nebenschlußventil infolge der Abhängigket vom Lastdruck, daß Jedem
gewählten Zufluß-Drosselquerschnitt eine bestimmte Zuflußmenge des Druckmittels
unabhängig von der Belastung des Verbrauchers zugeordnet ist. In der Neutralstellung
des Steuerventils soll das Nebenschußventil möglichst weit öffnen, damit die Pumpe
leistungsarm arbeitet. Zu diesem Zweck wird die das Lastdrucksignal führende Leitung
auf den Behälterdruck geschaltet und außerdem die Vorspannung der Feder des NebenscHhßventils
herabgesetzt. Dies geschieht dadurch, daß das Widerlager dieser Feder an einem beidseitig
vom Lastdruck beaufschlagten Stufenkolben ausgebildet ist, der sich beim Absenken
dieses DruckS im Sinne einer Herabsetzung der Federvorspannung verschiebt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventileinrichtung
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der ein vollständiges Öffnen des Nebenschlußventils
auch möglich ist, ohne daß das diesem Ventil zugeführte Lastdrucksignal auf den
Behälterdruck abgesenkt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilkolben
aus zwei Teilen besteht, die um einen vorgegebenen Verschiebeweg gegeneinander bewegbar
sind und von denen der dem Pumpendruck ausgesetzte Teil das Verschlußstück steuert,
und daß ein Druckraum zwischen den beiden Teilen einerseits über eine Drossel mit
der Pumpe verbunden und andererseits über mindestens ein Hilfsventil mit dem Behälter
verbindbar ist.
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Bei dieser Konstruktion nimmt der Ventilkolben des Nebenschlußventils
in Abhängigkeit von der Stellung des Hilfsventils zwei unterschiedliche Längen ein.
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Die bei geschloaenem Hilfsventil auftretende größere
Länge
läßt das Nebenschlußventil in üblicher Weise als belastungs un abhängiger Mengenregler
arbeiten. Die bei geöffnetem Hilfsventil auftretende kleinere Länge ergibt ein vollständiges
Öffnen des Nebenschlußventils und damit eine Entlastung der Pumpe. Durch Betätigen
des Hilfsventils ist es daher möglich, eine Pumpenentlastung auch dann durchzuführen,
wenn sich das Steuerventil in einer Arbeitsstellung befindet. Dies erlaubt somit
eine Sicherheitsentlastung. Darüber hinaus kann in vielen Fällen darauf verzichtet
werden, daß in der Neutral stellung des Steuerventils die das Lastdrucksignal führende
Leitung auf den Behälterdruck umgeschaltet wird. Auf diese Weise lassen sich einfachere
Steuerventile verwenden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der durch
die Feder belastete Kolbenteil eine durch einen Anschlag bestimmte Endlage hat und
daß der vorgegebene Verschiebeweg so groß ist, daß beim Zusammenschieben der Kolbenteile
der Ventilquerschnitt im wesentlichen vollständig geöffnet ist. Da sowohl die Endlage
des einen Kolbenteils als auch der Verschiebeweg genau definiert sind, wird das
Ziel, das Nebenschlußventil voll zu öffnen, mit großer Sicherheit erreicht.
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Damit der Ventilkolben beim Schließen des Hilfsventils wieder die
größere Länge einnimmt, kann der das Verschluß stück steuernde Kolbenteil als Stufenkolben
ausgebildet sein. Ein einfacherer Aufbau ergibt sich aber, wenn die beiderseitigen
Druckflächen des das Verschlußstück steuernden Kolbenteils gleich groß sind, und
wenn zwischen beide Kolbenteile eine Zusatzfeder geschaltet ist.
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Für die Ausbildung des Hilfsventils stehen vielerlei Möglichkeiten
zur Verfügung0 Beispeilsweise kann das Hilfsventil ein manuell betätigbares Ventil
sein. Dieses
Ventil braucht sich nicht in der Nähe des NebenschluB-ventils
zu befinden. Es eignet sich insbesondere zur Notabschaltung, um den Pumpendruck
rasch herabzusetzen.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Hilfsventil als Magnetventil
auszubilden. Ein solches Magnetventil kann ebenfalls willkürlich und/oder in .vorgegebener
Steuerungsabhängigkeit betätigt werden, beispielsweise jeweils dann, wenn das Sterventil
die Neutralstellung einnimmt.
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In manchen Fällen it es auch günstig, wenn das Hilfsventil vom Lastdruck
gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Schließrichtung verstellbar ist. Sobald
der Lastdruck einen vorgegebenen Wert unterschreitet, öffnet dieses Hilfsventil
mit der Folge, daß auch das Nebenschlußventil vollständig öffnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter,
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer
Darstellung eine hydraulische -Anlage mit der erfindungsgemäßen SteueriRntileinrichtung,
Fig. 2 die Steuerventileinrichtung der Fig. 1 in einer anderen Arbeitsstellung,
Fig. 3 ein abgewandeltes Hilfsventil und Fig. 4 ein weiteres abgewandeltes Hilfsventil.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 gibt es einen als Verbraucher
dienenden Servomotor 1, eine Pumpe 2, einen Behälter 3, ein Steuerventil 4, ein
Nebenschlußventil 5 und ein Hilfsventil 6. Das Steuerventil 4 hat eine Neutralstellung
a und zwei Arbeitsstellungen b
und c. In der in Fig. 1 veranschaulichten
Arbeitsstellung b strömt Druckflüssigkeit von der Pumpe 2 über einen Zulauf-Drosselquerschnitt
7, dessen Größe veränderbar ist, zum Zylinderraum 8 des Servomotor 1.
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Der infolgedessen nach rechts verschobene Kolben 9 verdrängt Flüssigkeit
aus dem Zylinderraum 10 über einen ebenfalls veränderbaren Ablauf-Drosselquerschnitt
11 zum Behälter 3. In der Neutralstellung a sind die Drosselquerschnitte 7 und 11
vollständig geschlossen.
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In der anderen Arbeitsstellung c wird der Servomotor 1 in umgekehrter
Richtung betätigt.
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Das Nebenschlußventil 5 steuert einen zweiten, von der Pumpe 2 zum
Behälter 3 führenden Strömungspfad 12. Als Verschlußstück dient ein Kolbenteil 13,
der eine mit dem Ausgang 14 verbundene Ringnut 15 übersteuert. In derselben Bohrung
16 des Nebenschlußventils 5 ist ein zweiter Kolbenteil 17 gerührt, der durch eine
Feder 18 und durch den Druck PL im Raum 19 belastet ist. Der Druck PL wird über
eine Signalleitung 20 zugeführt und an einem Punkt 21 hinter dem Zufluß-Drosselquerschnitt
7 abgegriffen. Auf den Kolbenteil 13 wirkt von der entgegengesetzten Seite der Pumpendruck
pp im Eingangsraum 22.
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Zwischen den beiden Kolbenteilen 13 und 17 befindet sich ein Raum
23, der über eine Drossel 24 und einen Kanal 25 mit dem Eintrittsraum 22 verbunden
ist und der über eine Ablaufleitung 26 und das Hilfsventil 6 mit dem Behälter 3
verbunden werden kann. Wenn diese Verbindung, wie in Fig. 1 dargestellt, unterbrochen
ist, herrscht im Raum 23 ebenfalls der Pumpendruck ppt so daß die beiden Kolbenteile
13 und 17 unter dem Einfluß einer Zusatzfeder 27 soweit auseinander geschoben werden,
bis ein Bund 28 am Kolbenteil 13 an einem durch einen Sprengring gebildeten Anschlag
29 am Kolbenteil 17 anliegt. Der Kolben hat daher eine Gesamtlänge L1, in der das
Nebenschlußventil 5 in Abhängigkeit vom Druckab-
fall am Zufluß-Drosselquerschnitt
gesteuert wird und daher die diesem Querschnitt zugeordnete Durchflußmenge konstant
hält.
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Das Hilfsventil 6 ist ein Magnetventil mit einer Magnetwicklung 30
und einem Anker 31, einem Verschtußkolben 32 zum wahlweisen Freigeben der Verbindung
zwischen Eingang 33 und Ausgang 34, und einer Rückstellfeder 35.
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Wird die in Fig.1 erregte Magnetspule 30 entregt, nimmt das Hilfsventil
6 die in Fig. 2 veranschaulichte Stellung ein, in der der Raum 23 zwischen den Kolbenteilen
13 und 17 mit dem Behälter 3 verbunden ist. Aufgrund des DruckabfaDs an der Drossel
24 sinkt der Druck im Raum 23 bis auf den Behälterdruck, so daß die beiden Teile
13 und 17 unter Zusammenpressen der Zusatzfeder 27 um den Weg h gegeneinander bewegt
werden, bis der Bund 28 am Kolbenteil 17 zur Anlage kommt. In dieser Stellung wird
der Kolbenteil 17 mit einem Anschlagflansch 36 gegen eine Schulter 37 des Gehäuses
des Nebenschlußventils 5 gedrückt. Die Abmessungen sind so gewählt, daß in dieser
Stellung der Kolbenteil 13 den Ausgang 14 im wesentlichen vollständig freigibt.
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In Fig. 2 ist veranschaulicht, daß das Steuerventil 4 die Neutralstellung
a angenommen hat. Es ist nicht erforderlich, die Lastdrucksignalleitung 20 mit dem
Behälter zu verbinden. Vielmehr genügt es, das Hilfsventil 6 zu öffnen, um das Nebenschlußventil
5 in die Offen-Stellung zu bringen. Diese Tatsache gilt auch, wenn das Steuerventil
4 eine der Arbeitsstellungen b oder c eingenommen haben sollte. Denn für die Erzielung
der Offen-Stellung nach Fig. 2 ist es ohne Bedeutung, welche Größe der Druck PL
im Raum 19 hat. Das Magnetventil 6 kann daher sowohl in der Neutralstellung a als
auch zu Sicherheitszwecken elektrisch angesteuert werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist als Hilfsventil ein manuell
betätigbares Ventil 106 verwendet worden.
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Der Ventilkolben 132 kann mit Hilfe eines Handbetätigungsknopfes 131
gegen die Kraft einer Feder 135 in die Offen-Stellung gebracht werden, in der der
mit der Leitung 126 verbundene Eingang 131 mit dem mit dem Behälter 3 verbundenen
Ausgang 134 in Verbindung gebracht wird.
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Dieses manuell betätigbare Ventil 106 kann sowohl in der Nähe des
Nebenschlußventils 5 als auch in größerer Entfernung untergebracht aren.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein Hilfsventil 206 veranschaulicht,
dessen Ventilkolben 232 durch eine Feder 235 normalerweise in die veranschaulichte
Offen-Stellung gedrängt wird, in der der mit der Leitung 226 verbundene Eingang
233 mit dem mit dem Tank 3 in Verbindung stehenden Ausgang 234 verbunden ist. Uber
einen zusätzlichen Eingang 38 ist eine Leitung 39 angeschlossen, die mit der Signalleitung
20 in Verbindung steht.
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Sobald daher das Lastdrucksignal einen vorgegebenen Wert übersteigt,
schließt das Hilfsventil 206.
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Abwandlungen von den beschriebenen Ausführungsbeispielen in sind\vielfacher
Hinsicht möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise
können auch mehrere Hilfsventile parallel an die Leitung 26 angeschlossen sein,
beispielsweise wenn von verschiedenen Stellen aus eine Sicherheitsentlastung ausgelöst
werden soll. Man kann auch verschiedenartige Hilfsventile an eine Leitung 26 anschließen.
Wenn die erfindungsgemäße Konstruktion nur zur Sicherheitsentlastung dienen 8011,
kann die Signalleitung20 in bekannter Weise in der Neutralstellung a des Steuerventils
4 an den Behälter 3 angeschlossen werden. Das Steuerventil kann in jeder beliebigen
Weise betätigt werden, beispielsweise direkt manuell oder hydraulisch oder elektrisch.
Es eignet sich auch im Rahmen einer Lenkeinrichtung.
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