DE4308020A1 - Hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil in Form eines Hubventiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Steuerventil wird beispielsweise verwendet, um den Hubzylinder einer hydraulischen Hubeinrichtung eines Mähdrescherschneidwerkes mit Drucköl zu beaufschlagen, um das Schneidwerk von der Betriebsstellung in eine Fahrstellung anzuheben. Die bisher bekannten Ventile sind so auf gebaut, daß der volle Volumenstrom durch den der Steuerkante des Steuerschiebers zugeordneten Ringraum fließt, sobald die Steuerkante des Steuerschiebers in den Ringraum einfährt. Der Hubzylinder wird dadurch schlagartig mit dem vollen Volumenstrom beaufschlagt. Dadurch wird auch das anzuhebende Aggregat schlagartig angehoben, so daß es zu Schüttelbewegungen des Aggregates kommt, wodurch die Bauteile extrem hoch belastet werden. Außerdem muß der Hubmagnet eine entsprechend hohe Steuerleistung erbringen, um den Steuerschieber entgegen der Wirkung der Druckfeder zu verschließen, wozu eine entsprechende Baugröße notwendig ist, da bei selbstfahrenden Geräten die Stromversorgung von der Batterie aus erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerventil der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die Hubgeschwindigkeit des anzuhebenden Aggregates zumindest im Anfangsbereich extrem bzw. niedrig ist, so daß der Übergang vom Stillstand zur Hubbewegung relativ weich erfolgt. Ferner soll erreicht werden, daß die Leistung des Hubmagneten und seine Abmessungen so gering wie eben möglich gehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die in Kennzeichen des Anspruchs 1 näher definierten Merkmale gelöst.

Durch die sich in axialer Richtung auf dem Umfang des Steuerschiebers von der Steuerkante aus in Richtung zur Schließfeder erstreckenden Drosseltaschen wird mit erreicht, daß bei Beaufschlagung des Hubmagneten mit einer unter der Betriebsspannung liegenden Teilspannung von beispielsweise 6 Volt der Steuerschieber so verfahren wird, daß die zunächst in der 0-Stellung seitlich neben der zugewandten Ringfläche des der Steuerkante zugeordneten Ringraumes stehenden Drosseltaschen dann beidseitig der Ringfläche stehen, so daß ein relativ geringer Volumenstrom über den Ringraum und der Druckölleitung zur Beaufschlagung des Hubzylinders fließen kann, bedingt durch den Gesamtquerschnitt, der sich aus den Querschnitten der einzelnen Drosseltaschen ergibt. Durch den Volumenstrom des Öls durch die Drosseltaschen werden entgegen der Strömungsrichtung wirkende Impulskräfte erzeugt. Die axialen Komponenten verlaufen in Wirkrichtung der Schließfeder und unterstützen diese, so daß die auf zubringende Federkraft entsprechend gering ist, um das Kräftegleichgewicht mit dem Hubmagneten herzustellen. Die geringe Federkraft muß auch nur vom Hubmagneten überwunden werden, um den Steuerkolben in die beschriebene Stellung zu verfahren. Da nun technisch ein stabiler Gleichgewichtszustand der Kräfte nicht erreicht werden kann, verschiebt sich der Steuerschieber laufend in Axialrichtung mit ständiger Richtungsumkehr. Durch diese Lösung ist die Hubgeschwindigkeit des anzuhebenden Aggregates sehr gering. Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird ein in zwei Stufen arbeitendes Schubventil geschaffen, da bei Beaufschlagung des Hubmagneten mit der normalen Betriebsspannung von z. B. 12 Volt der Steuerschieber entgegen der Federkraft der Schließfeder so verfahren wird, daß das Drucköl durch den zweiten Ringraum fließen kann, so daß durch die höhere Ölmenge die Hubgeschwindigkeit entsprechend vergrößert wird, so daß die Gesamtzeit erheblich verkürzt wird. Im Bedarfsfall kann auch vor Beendigung des Hubvorganges der Hubmagnet mit der geringeren Teilspannung beaufschlagt werden, so daß der Steuerschieber die Stellung einnimmt, in der Drucköl ausschließlich über die Drosseltaschen fließt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 wird erreicht, daß die vom Hubmagneten aufzubringende Kraft, um den Steuerschieber in die zweite Stufe zu verfahren, herabgesetzt wird, da die axialen Kraftkomponenten der durch die Umlenkung des Ölstromes erzeugten Impulskräfte der Flußrichtung und damit der Schließfeder entgegenwirken, und die vom Hubmagneten erzeugte Kraft unterstützen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen nähen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Schnitt mit dem Steuerschieber in der Schließstellung.

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit dem Steuerschieber in der ersten Stufe und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit dem Steuerschieber in der zweiten Stufe.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Steuerventil 1 beinhaltet einen in einem Steuerkanal 2 des Ventilgehäuses 3 verschiebbar geführten Steuerschieber 4. An einem Stirnende ist in den Steuerkanal 2 eine als Druckfeder wirkende Schließfeder 5 eingesetzt, die sich mit einem Ende an der Stirnfläche des Steuerkanals 2 und mit dem anderen Ende an der Stirnfläche des Steuerschiebers 4 abstützt. An der gegenüberliegenden Seite ist an das Ventilgehäuse 3 ein nicht näher erläuterter Hubmagnet 6 angesetzt, dessen Hubstange 7 den Steuerschieber berührt. Der Steuerkanal 2 ist nach Art einer Stufenbohrung ausgebildet, der Steuerschieber 4 ist mehrfach abgesetzt. Der Steuerkanal hat zwei Ringräume 8, 9, die mit einer zu einem nicht dargestellten Hubzylinder führenden Druckölleitung 10 in einer Strömungsverbindung stehen. Zwischen den beiden Ringräumen 8 und 9 liegt mittig ein Einströmringraum 11, der mit einer von einer Pumpe kommenden Zuführleitung verbunden ist. Der Steuerschieber 4 hat stirnseitig zwei Ansätze und im mittleren Bereich einen Ansatz gleichen Durchmessers, die darüber hinaus dem Nenndurchmesser des Steuerkanals 2 entsprechen. Der der Schließfeder 5 zugewandte Ansatz und der mittlere Ansatz werden durch jeweils eine kreisringförmige Steuerkante 12, 13, begrenzt, wobei die dem mittleren Ansatz zugeordnete Steuerkante 12 dem Hubmagneten 6 zugewandt liegt und die Hauptsteuerkante bildet, wobei die andere eine Hilfssteuerkante ist. Der zwischen der Steuerkante 12 und dem mittleren Ansatz liegende Bereich des Steuerschiebers 4 ist zylindrisch ausgebildet. Von der der Schließfeder 4 zugewandten Steuerkante 12 aus erstrecken sich auf dem Umfang des Steuerschiebers 4 mehrere im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Drosseltaschen 14 in Richtung zur Schließfeder 5, deren jeweilige Länge gegenüber der Länge des Steuerschiebers gering ist. Die Drosseltaschen 14 sind schwach ausgebildet, d. h., die Tiefe ist, bezogen auf den Nenndurchmesser des Steuerschiebers 4, gering. Die Drosseltaschen 14 laufen in einem Radius, an der der Steuerkante 12 abgewandten Seite aus.

Der zwischen der Hauptsteuerkante 13 und dem dem Hubmagneten 6 zugewandten stirnseitigen Ansatz liegende Bereich des Steuerschiebers 4 ist am Umfang bogenförmig nach innen eingezogen, wobei die beiden Enden mit dem Nenndurchmesser übereinstimmen. Der Bogen weicht von einer Kreiskontur ab, indem die Krümmung an der der Hauptsteuerkante 13 zugewandten Seite größer ist als im gegenüberliegenden Bereich, der auch - im Querschnitte gesehen - eine Schrägfläche sein kann. Die Fig. 1 zeigt die Stellung des Steuerschiebers 4 wenn sich das anzuhebende Aggregat nicht bewegt werden soll. Beide Steuerkanten 12 und 13 stehen so funktionell zugeordnet in Ringflächen der Ringräume 8, 9, das der Druckölfluß verhindert ist. Das heißt, der Steuerschieber 4 befindet sich in der 0- oder Schließstellung. Soll nun der Hubzylinder mit Drucköl beaufschlagt werden, wird zunächst der Hubmagnet 6 mit einer Teilspannung von beispielsweise 6 Volt beaufschlagt. Entgegen der Wirkung der Schließfeder 5 verfährt der Steuerschieber 4 in die in der Fig. 2 dargestellten Stellung. Beide Steuerkanten 12 und 13 stehen dann immer noch im schließenden Versatz zu den funktionell zugeordneten Ringflächen der Ringräume 8 und 9. Die Drosseltaschen 14 ragen jedoch mit ihrer halben Länge in den der Schließfeder 3 zugeordneten Ringraum 8 hinein, so daß durch die Drosseltaschen 14 hindurch eine geringe Menge Öl in den Ringraum 8 und von dort in die Druckölleitung 10 fließt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Ventilgehäuse 3 noch eine Abflußkammer 15 vorgesehen. Aus den Figuren ist zu entnehmen, daß sich Impulskräfte aufbauen, deren axiale Komponenten in Wirkrichtung der Schließfeder 5 liegen und so die Wirkung der Schließfeder 5 unterstützen. Die Kraft der Schließfeder 5 und die axialen Komponenten der Impulskräfte stehen im Gleichgewicht zur Kraft des Hubmagneten 6, wobei der jedoch der Steuerschieber 4 ständig eine oszillierende Bewegung mit einem kleinen Hub durchführt, der normalerweise kleiner ist als die Länge der Drosseltaschen 14. Soll die Hubgeschwindigkeit erhöht werden, wird der Hubmagnet mit einer höheren Spannung von ca. 12 Volt beaufschlagt, wodurch der Steuerschieber in eine Stellung gemäß der Fig. 3 entgegen der Wirkung der Schließfeder verfahren wird. Die der Schließfeder zugewandte Steuerkante 12 steht dann immer noch in der schließenden Stellung zur funktionell zugeordneten Ringfläche des Ringraumes 8, so daß das Öl nur durch die Drosseltaschen 14 fließt. Die dem Hubmagneten 6 zugeordnete Steuerkante 13 steht jedoch in einem geringen Abstand zur entsprechenden Ringfläche des Ringraumes 9 nach innen, so daß eine größere Menge Drucköl durch den gebildeten Ringspalt aus dem Einströmringraum 11 herausfließen kann. Durch die bogenförmige äußere Einziehung des sich der Steuerkante 13 anschließenden, in Richtung zum Hubmagneten 6 erstreckenden Bereiches des Steuerschiebers 4 werden auch hier Impulskräfte erzeugt, deren axiale Kraftkomponenten entgegen der Kraft der Schließfeder 5 wirken, so daß sie den Hubmagneten unterstützen, wodurch dessen Schubkraft entsprechend niedrig sein kann, so daß der Hubmagnet 6 baulich klein bleibt und kostengünstig hergestellt werden kann.

Claims (6)

1. Steuerventil in Form eines Hubventiles mit einem in einem Steuerkanal des Ventilgehäuses entgegen der Wirkung einer Schließfeder mittels eines Hubmagneten verfahrbaren Steuerschiebers zur Steuerung des Volumenstromes von Drucköl, wobei der Steuerschieber wenigstens eine Steuerkante aufweist, die ein mit der zu einem Hubzylinder führenden Druckölleitung in einer Strömungsverbindung stehender Ringraum des Steuerkanals zugeordnet und wobei der Steuerkanal zur Druckölzuführung einen Einströmringraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (4) umfänglich mit mehreren, von einer Hilfssteuerkante (12) in Richtung zur Schließfeder (5) in axialer Richtung sich erstreckenden in Bezug auf den Durchmesser des Steuerschiebers (4) flachen Drosseltaschen (14) derart versehen ist, daß bei durch den mit einer Teilspannung beaufschlagten Hubmagneten entgegen der Wirkung der Schließfeder (5) verfahrenen Steuerschieber (4) ausschließlich durch die Drosseltaschen (14) ein gleichbleibender Durchflußquerschnitt gebildet wird, so daß ein entsprechend geringer Druckölstrom über den zugeordneten Ringraum (8) abfließt, und daß durch die in Wirkrichtung der Schließfeder (5) verlaufenden axialen Kraftkomponenten der durch den Druckölstrom erzeugten Impulskräfte eine ständige oszillierende Bewegung durchführt.

2. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber eine zweite Steuerkante (13) und einen weiteren mit der Druckölleitung (10) zu einer Strömungsverbindung stehenden Ringraum (9) aufweist, und daß die Hauptsteuerkante der dem Hubmagneten (6) zugewandten Ringfläche des Einströmringraumes (11) zugeordnet ist, so daß bei Beaufschlagung des Hubmagneten (6) mit der gegenüber der Teilspannung höheren Normalspannung das Drucköl auch über den zweiten Ringraum (9) abfließt.

3. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Hauptsteuerkante (13) angrenzende, dem Hubmagneten (4) zugewandte Umfangsfläche des Steuerschiebers (4) bogenförmig nach innen verspringend ausgebildet ist, so daß bei Beaufschlagung des Hubmagneten mit der Normalspannung die axialen Kraftkomponenten der erzeugten Impulskräfte zur Unterstützung der vom Hubmagneten erzeugte Kraft entgegen der Federkraft der Schließfeder (5) wirken.

4. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseltaschen (14) im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind.

5. Hydraulisches Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Einströmringraumes (11) doppelt oder annähernd doppelt so groß ist wie die Breite der Ringräume (8 und 9).

6. Hydraulisches Steuerventil nach einem oder mehreren der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Drosseltasche (14) maximal so groß ist, wie die Breite des Ringraumes (8 und 9).