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Selbsttätiger Steuerschieber für hydraulische Antriebe Zusatz zum
Patent 1037 792
Bekannt ist ein selbsttätiger Steuerschieber für hydraulische
Antriebe, insbesondere für hydraulisch angetriebene Winden, Kräne od. dgl., mit
mindestens zwei auf derselben Welle angeordneten hydraulischen Motoren, von denen
einer mittels des Steuerschiebers parallel zu dem anderen kurzschließbar oder bei
steigender Last in den Flüssigkeitskreislauf einschaltbar ist. Durch das Patent
1037 792 ist für einen vorstehend beschriebenen Steuerschieber vorgesehen,
daß der Schieber den Kurzschlußdurchlaß im Schiebergehäuse verschließt und die Druckflüssigkeitszufuhr
zum Motor freigibt, wobei der die Druckflüssigkeitszufuhr steuernde Bund des Steuerschiebers
mit in Strömungsrichtung der Druckflüssigkeit zunehmendem Durchmesser schulterartig
abgesetzt sowie in einer in entsprechender Weise schulterartig abgesetzten Bohrung
des Gehäuses geführt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines selbsttätigen
Steuerschiebers mit verbesserter Druckempfindlichkeit. Bezweckt ist hierbei, die
Unterbrechung und das Kurzschließen eines hydraulischen Motors zu bewirken, wenn
die Druckdifferenz zwischen der Zufuhrseite und der Austrittsseite der hydraulischen
Anlage unter einem bestimmten Wert liegt und die Verbindung der Eintrittsleitung
des Motorsystems mit der Druckseite herzustellen und zugleich das Kurzschließen
zu unterbrechen, sobald der Druck jenen bestimmten Wert überschreitet.
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Im wesentlichen besteht die Erfindung darin, daß Kanäle für die Zufuhr
von Druckflüssigkeit im Bereich des schulterartigen Absatzes der Bohrung vorgesehen
sind.
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Von den bisher bekannten Steuerschiebern dieser Art unterscheidet
sich die neue Schieberausbildung durch ihre einfache Konstruktion, die eine betriebssichere
Wirkungsweise der Steuerung gewährleistet. So ist z. B. der Hilfsschieber der Steuerschieberanordnung
nach dem Hauptpatent völlig in Fortfall gekommen, und die Umschaltung erfolgt nun
direkt.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung und ihrer weiteren Merkmale
ist nachfolgend ein Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den Steuerschieber sowie eine schematische Darstellung
der hydraulischen Anlage, Fig. 2 eine andere Stellung des Steuerschiebers der Fig.
1, Fig. 3 einen Schnitt durch den Schieber nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig.
4 einen Schnitt durch den Schieber nach der Linie IV-IV der Fig. 2 und Fig. 5 einen
Schnitt durch einen Teil des mittleren Schieberflansches nach der Linie V -V der
Fig.4. Die Anlage umfaßt nach Fig.1 eine Hauptleitung 1, durch weiche die Flüssigkeit,
vorzugsweise öl, fortlaufend in einer einzigen Richtung von einer nicht umsteuerbaren
Pumpe 2 über ein von Hand einstellbares Steuerventil 3 zugeleitet wird. Dadurch,
daß das Steuerventil 3 von Hand in verschiedene Stellungen gebracht werden kann,
kann die Flüssigkeit entweder durch eine Hauptrückführungsleitung 4 zur Pumpe 2
zurückgeführt oder einem Motor 10 zugeleitet werden, der mittels einer Leitung 13
mit dem Steuerventil 3 verbunden ist. Aus dem Motor 10 wird die Flüssigkeit mittels
einer Leitung 16, welche zur Hauptrückleitung 4 zur Pumpe 2 führt, abgelassen.
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Eine Nebenleitung 80 ist von der Leitung 13 abgezweigt und führt zu
dem selbsttätigen Steuerschieber, der insgesamt mit 81 bezeichnet ist. Er steuert
die Zuführung der hydraulischen Flüssigkeit zu einen zweiten Motor 82 und ist mit
diesem über die Leitung 83 verbunden.
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Die Austrittsöffnung des Motors 82 ist mittels der Leitungen 84 und
85 mit der Leitung 16 verbunden. Die Leitung 85 kann ebenso gut auch zum Steuerventil
3 geführt oder unmittelbar mit der Hauptrückleitung 4 verbunden sein.
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Der Steuerschieber 81 besitzt ein Gehäuse 101, dessen Innenraum mittels
einer Trennwand 104 in eine obere Kammer 102 und eine untere Kammer 103 aufgeteilt
ist. Das Gehäuse 101 ist mit Flanschen 105 an Motor 82 angeflanscht. Die
Trennwandung im Inneren des Motors 82 paßt mit der Trennwand 104 des Schiebergehäuses
zusammen. Die Leitung 85 ist dauernd mit der unteren Kammer 103 verbunden.
Die
Nebenleitung 80 mündet in die obere Eintrittsöffnung 106 der Abdeckplatte
107 der oberen Kammer 102.
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Eine Bohrung 108 ist in der Trennwandung 104 axial zur Eintrittsöffnung
106 angeordnet. Sie weist einen größeren Durchmesser auf als die Eintrittsöffnung
106.
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Der untere Zylinder 109 ist am Boden der unteren Kammer 103 axial
zu den Öffnungen 106 und 108 angeordnet. Die Zylinderbohrung 109 ist nach unten
durch ein Federgehäuse 110 geschlossen.
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Ein insgesamt mit 111 bezeichneter Schieber wirkt mit der oberen Eintrittsöffnung
106, der Bohrung 108 und dem Zylinder 109 zusammen. Dazu ist ein oberer Bund 112
am oberen Ende des Schieberschaftes 113 befestigt und wirkt mit der oberen Eintrittsöffnung
106 zusammen. Der mittlere Bund 114 arbeitet mit der Bohrung 108 und ein unterer
Bund 115 mit dem Zylinder 109 zusammen. _ Der Schieber 111 kann eine obere Stellung
einnehmen, in welcher sich der Bund 112 am oberen Rand der Eintrittsöffnung 106
befindet, während sich der mittlere Bund 114 in einer Entfernung von der Bohrung
108 in der Trennwand 104 befindet und eine freie und ungehinderte Verbindung zwischen
der oberen und der unteren Kammer 102 und 103 gestattet. Der Bund 115 befindet sich-
hierbei am oberen Ende des Zylinders 109 (Fig. 1).
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Der Schieber 111 kann auch eine untere Stellung einnehmen, wobei sich
der Bund 112 in einer Entfernung von der oberen Eintrittsöffnung 106 befindet und
eine freie und ungehinderte Verbindung zwischen der Nebenleitung 80 und der oberen
Kammer 102 gestattet, während der mittlere Bund 114 in der Bohrung 108 liegt und
dadurch die beiden Kammern 102, 103 voneinander trennt. Bei dieser Stellung wird
der Bund 115 in den Zylinder 109 gedrückt (Fig. 2).
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Der Abstand von der Schulter des oberen Bundes 112 bis zur unteren
kreisrunden Fläche des mittleren Bundes 114 ist größer als der Abstand vom unteren
Rande der Eintrittsöffnung 106 bis zur Bohrung 108, so daß der mittlere Bund 114
die Öffnung 108 schließt, bevor der obere Bund 112 die Verbindung zwischen der Nebenleitung
80 und der oberen Kammer 102 freigibt.
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Normalerweise wird der Schieber 111 durch eine in dem Federgehäuse
110 angeordnete Druckfeder 119 in seine obere Stellung entsprechend der Fig. 1 gebracht.
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Der Schieber 111 ist mit einer zentralen, durchgehenden Bohrung
140 versehen. Durch diese Bohrung wird die untere Fläche des unteren Bundes
115 dem Druck der Druckflüssigkeit ausgesetzt.
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Der obere Bund 112 weist zwei konzentrische Teile 141 und 142 auf.
Die Umfangsfläche des unteren Teils 142 ist mit vier im gleichen Abstand voneinander
angeordneten Ausnehmungen 143 versehen, um der zwischen den beiden Teilen 141 und
142 vorgesehenen Schulter eine beschränkte Menge von Flüssigkeit zuzuleiten (Fig.3).
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Dementsprechend ist die Eintrittsöffnung 106 derart ausgebildet, daß
sie zwei zylindrische Bohrungsabschnitte 144 und 145 umfaßt. Der zwischen den Bohrungen
entstehende Absatz bildet eine Schulter für den unteren zvlindrischen Teil 142.
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Der mittlere Bund 114 ist an seiner unteren Fläche mit vier Ausnehmungen
147 versehen.
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An der unteren Fläche des unteren Bundes 115 ist ein kegelstumpfförmiger
Kopf 148 angebracht, welcher einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 149 des Federgehäuses
110 entspricht. Der Kopf 148 endet in einen Zapfen 150. um den das obere
Ende der Druckfeder 119 greift und in dem sich die Austrittsöffnung der axialen
Bohrung 140 befindet.
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Die Feder 119 wird an ihrem unteren Ende durch das Widerlager 151
gehalten, welches auf einer Stellschraube 152 aufsitzt. Diese ist in einer mit Gewinde
versehenen Bohrung 153 am unteren Ende des Federgehäuses 110 angeordnet. Das äußere
Ende der Schraube ist mit einer Gewindekappe 154 abgedeckt.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Querschnittfläche der oberen
zylindrischen Bohrung 145 größer ist als die Querschnittfläche des Zylinders 109.
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Die Arbeitsweise des Steuerschiebers ist die folgende: Bekanntlich
ist eine Fläche, gegen welche der Druck einer Druckflüssigkeit wirkt, einer Kraft
ausgesetzt, welche dem Druck multipliziert mit der Querschnittfläche entspricht.
Wenn die Druckflüssigkeit auch auf eine zweite Fläche wirkt, welche der ersten gegenüberliegt,
dann ist die sich ergebende Kraft gleich der Differenz zwischen den betreffenden
Querschnittflächen multipliziert mit dem Druck. Folglich ist der erfindungsgemäße
Schieber einer nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt, welche gleich ist der Differenz
zwischen der oberen Fläche des Bundteiles 141 und der Querschnittfläche der Zylinderbohrung
109 multipliziert mit dem Druck der Flüssigkeit. Solange die Kraft der Druckfeder
119 nach oben dieser Kraft entgegenwirkt, bleibt der Schieber 111 in der in Fig.1
gezeigten obersten Stellung, bis der Druck den Wert übersteigt, bei dem die nach
unten gerichtete Kraft größer ist als die nach oben gerichtete Kraft der Druckfeder,
so daß sich der Schieber nach unten bewegt.
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Mittels der Stellschraube 152 kann die nach oben gerichtete Kraft
der Feder 119 derart reguliert werden, daß sie dem Druck entspricht, bei welchem
der Richtungswechsel erfolgen soll.
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Der Schieber 111 kann sich jedoch axial um die Höhe des Bundteiles
141 nach unten bewegen, wenn der Druck über den Umschaltdruck ansteigt, bevor in
der Vorrichtung eine Änderung erzielt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß durch
zeitweilige Druckstöße der Schieber 111 nicht aus seiner Lage in der Eintrittsöffnung
106 herausbewegt und das Umschalten bewirkt werden kann.
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Wenn sich der untere Teil 142 des Bundes 112 nach unten von der zwischen
den zylindrischen Bohrungsabschnitten 144 und 145 gebildeten Schulter wegbewegt,
so wird dadurch unter dieser Schulter eine Saugwirkung erzielt. Wenn der Bundteil
141 und die Bohrung 145 genügend dicht zusammenarbeiten, dann wird zwischen den
beiden Teilen keine Druckflüssigkeit durchsickern. Durch die Ausnehmungen 143 jedoch
kann eine geringe Menge Flüssigkeit von der Kammer 102 in den unter der Schulter
befindlichen Raum gelangen, wodurch das Entstehen eines Vakuums in diesem Raum verhindert
wird; ein Vakuum würde nämlich eine nach unten gerichtete Bewegung des Schiebers
unmöglich machen.
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Wenn sich die obere Kante des Bundteiles 141 bei der Abwärtsbewegung
des Schiebers 111 zwischen den Bohrungsabschnitten 144,145 an der Schulter vorbeibewegt,
dann wirkt die Druckflüssigkeit auf eine Fläche, welche der Querschnittfläche des
zylindrischen Bohrungsabschnittes 144 entspricht. Durch die Ausnehmungen kann noch
etwas Öl hindurchsickern, aber die Menge dieses Öls ist auf Grund der geringen Tiefe
der Nuten beschränkt, und der,in derAnlageherrschende Druck wird dadurch nicht beeinflußt.
Auf diese Weise wird der Schieber 111 weiter nach unten bewegt, da
die
Differenz- zwischen den Flächen nunmehr wesentlich größer ist. Durch eine derartige
Weiterbewegung wird erreicht, daß der mittlere Bund 114 in die Bohrung 108 gebracht
wird.
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Durch die Anordnung der Ausnehmungen 147 an der Unterseite des Bundes
114 ist die Möglichkeit gegeben, daß der Bund in die Bohrung 108 eingeführt werden
kann, bevor die Bohrung 108 völlig geschlossen wird.
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Der mittlere Bund 114 wird in die Bohrung 108 eingebracht und schließt
diese bevor der obere Bund 112 die obere Eintrittsöffnung 106 freigibt. Da der Motor
82 von dem ersten Motor 10 als Pumpe angetrieben wird, wird in der oberen Kammer
102 eine Saugwirkung hervorgerufen. Aus diesem Grund wäre es bedenklich, wenn die
Kammer 102 in dieser Stellung vollständig geschlossen gewesen wäre. In einer derartigen
Zwischenstellung gestatten jedoch die Ausnehmungen 143 einen genügenden Zufluß an
Flüssigkeit aus der Leitung 80, so daß eine wesentliche Bremswirkung auf den Motor
82 verhindert wird. Darüber hinaus wird die Zwischenstellung nur sehr kurze Zeit
eingenommen, da die auf den Schieber 111 ausgeübte Kraft, welche ihn in seine untere
Stellung bringen soll, ziemlich groß ist.
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Schließlich wird der obere Bund 112 aus der Eintrittsöffnung 106 herausbewegt,
so daß die Druckflüssigkeit in die obere Kammer 102 fließen kann und gegen die obere
Fläche des mittleren Bundes 114 wirkt. Da dieser eine größere Querschnittfläche
als der Bund 112 aufweist, wird der Schieber 111 weiter nach unten in seine unterste
Stellung bewegt.
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Sobald der Schieber 111 in die Stellung nach Fig. 2 gebracht ist,
fließt die Druckflüssigkeit durch die weit geöffnete obere Eintrittsöffnung 106
in die obere Kammer 102 und in die Leitung 83 des Motors 82, aus dem sie durch die
Leitung 84 in die untere Kammer 103 fließt. Von da aus wird die ausfließende Flüssigkeit
durch die Leitung 85 abgeleitet.
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In der Stellung nach Fig. 2 wirkt die Druckflüssigkeit gegen die obere
Fläche des mittleren Bundes 114 entgegen der Druckflüssigkeit, die zusammen mit
der nach oben gerichteten Kraft der Feder 119 gegen die untere Fläche des unteren
Bundes 115 wirkt. Um zu gewährleisten, daß die Verbindung mit dem Motor 82 erst
dann unterbrochen wird, wenn keine Überbelastung mehr vorhanden ist, ist die Querschnittfläche
des Bundes 114 größer ausgebildet als die Querschnittfläche des Bundes 115. Sobald
der Druck unter den Wert fällt, bei dem eine neuerliche Unterbrechung der Verbindung
erwünscht ist, bewegt die nach oben gerichtete Kraft der Feder 119 den Schieber
111 nach oben, wodurch er in die Stellung nach Fig. 1 zurückgebracht wird.
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Die Kräfte, die auf den Schieber wirken, müssen natürlich genügend
groß sein, um ein reibungsloses Umschalten aus einer Stellung in die andere zu verursachen.
So ist es zur Erzielung eines Durchfließens ohne unerwünscht hohe Reibungsverluste
günstig, die Querschnittfläche der Eintrittsöffnung 106 beispielsweise auf etwa
40 cm2 festzulegen, während der Umschaltdruck bei etwa 15 kg/cm2, aber auch bei
etwa 20 kg/cm2 und mehr, liegen kann. Zur Erzielung eines sicheren Wechsels sollte
die Differenz der Flächen groß sein.
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Die Anwendung großer Flächendifferenzen hat jedoch auch zur Folge,
daß der Schieber 111 beim Wechsel von einer Stellung in die andere ruckartig nach
unten bewegt wird und hart auf den Absatz des unteren Zylinders 109 aufschlagen
kann. Der Kopf 148 bildet jedoch eine Dämpfungseinrichtung zum Auffangen der Stöße
am Ende der nach unten gerichteten Bewegung. Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Kopf
148 bei einer Abwärtsbewegung in einen verengten Teil 149 des Zylinders 109
und des Federgehäuses 110 bewegt wird. Die Menge der Flüssigkeit in dem über der
entsprechenden Schulter eingeschlossenen Raum muß durch einen engen Spalt zwischen
der Wandungsfläche 149 und dem Kopf 148 hindurchfließen. Dies dämpft den Stoß. Es
ist deshalb möglich, ein Umschalten des Schiebers 111 mit großer Kraft durchzuführen,
ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß der Schieber am Ende der Abwärtsbewegung
unerwünschten Beanspruchungen ausgesetzt ist.
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Während der Rückwärtsbewegung ist eine ähnliche Auffangwirkung an
der Schulter zwischen den Bohrungsabschnitten 144 und 145 zu beobachten, wo die
aufgefangene Flüssigkeit durch die Ausnehmungen 143 ausfließen kann.
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Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die Abmessungen der durchgehenden
Bohrung 140 für die genaue Wirkungsweise des Schiebers von Bedeutung sind. Es ist
zu ersehen, daß die Bohrung 140 die in der Anlage auftretenden Druckstöße abdämpft,
so daß derartige Stöße nicht auf die untere Fläche des Schiebers 111 selbst übertragen
werden. Wenn deshalb in der Anlage plötzliche Druckänderungen auftreten, wodurch
der Umschaltdruck häufig überschritten wird, dann ermöglicht die Dämpfwirkung der
Bohrung 140 eine Umschaltung, auch wenn der Mittelwert des Druckes in der Anlage
den Umschaltdruck nicht überschreitet. Dies ist äußerst vorteilhaft, da derartige
Stoßwellen die Anlage unerwünschten Beanspruchungen aussetzen, und dadurch vermieden
werden sollten, daß der Antriebsdruck vermindert wird.
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Die vorgenannte Abdämpfwirkung kann noch dadurch verstärkt werden,
daß die durchgehende Bohrung 140 im Durchmesser entsprechend eng ausgebildet wird.