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Steuerschieber
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Die Erfindung betrifft einen Steuerschieber, dessen Schieberkolben
in den einzelnen Schaltstellungen einrastbar ist und einer selbsttätigen Rickstellung
in die Neutralstellung unterliegt.
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Bei bekannten Steuerschiebern dieser Art besteht das Problem, zu verhindern,
daß in der jeweiligen Endstellung des Arbeitszylinders ein auf Dauer oder über längere
Zeit unvertretbar hoher Druck aufrechterhalten wird, was zu Energieverlusten in
Form von Wärme und auf grund des erhöhten Verschleißes auch zu einer Beschädigung
der Pumpe führt, die in vielen Fällen, insbesondere bei kleinen Hydraulikölmengen,
schon nach sehr kurzer Zeit zerstört ist.
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Ans diesem Grunde ist es bekannt, druckabhängige Rückstellungen des
Steuerschiebers in die Neutralstellung, in der also die
Pumpe ins
Freie fördern kann, vorzunehmen. Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist
es jedoch, daß zum einen ein solcher Steuerschieber nicht universell einsetzbar
ist, da die Rückstellung von dem jeweiligen Betriebsdruck der einzelnen Geräte abhängig
gemacht werden muß und daß zum anderen die volle Pumpenleistung, um ein Ansprechen
zum Zwecke der Rückstellung sicherzustellen, nicht ausnutzbar ist. Wenn aber die
volle Pumpenleistung ausgenutzt werden soll, so wird die zulässige Druckhöhe überfahren,
so daß sich die oben geschilderten Nachteile des erhöhten Verschleißes und/oder
der Zerstörung der Pumpe ebenfalls einstellen.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Steuerschieber
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Vermeidung der Nachteile der
bekannten Anordnungen eine sichere Rückstellung des Steuerschiebers in die Neutralstellung
unter den verschiedensten Betriebsbedingungen gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Pumpenzuleitung
zum Arbeitszylinder (vor oder hinter dem Steuerschieber) ein Geber angeordnet ist,
der feststellt, ob das hydraulische Medium in dieser Zuleitung fließt oder nicht
und der bei Nichtfluß die Rückstellung des Schieberkolbens in die Neutralstellung
auslöst.
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Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß auf jeden Fall dann, wenn
der Arbeitszylinder seine Endstellung erreicht hat und mithin die Strömung in der
Pumpenzuleitung zum Stillstand kommt, eine Rückstellung des Schieberkolbens in die
Neutralstellung herbeigeführt wird, so daß die Pumpe wieder ins Freie fördern kann
und die nachteiligen Erwärmungen und Beschädigungen auf keinen Fall auftreten können.
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Dieser Vorgang läuft auch trotz der Einschaltung eines Druckbegrenzungsventiles
ab, weil dieses - wie bei derartigen Anordnungen üblich - vor dem Zulauf zum Steuerschieber
angeordnet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Geber in der zum Arbeitszylinder
gehörenden Pumpenzuleitung vor dem Steuerschieber angeordnet ist, da er dann seine
Wirkung auch bei einem Anschluß einer beliebigen Anzahl von Verbrauchern hinter
dem Steuerschieber entfaltet.
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Die Auslösung der Rückstellung des Schieberkolbens kann elektrisch,
hydraulisch oder mechanisch erfolgen.
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Zweckmäßigerweise ist hierzu eine Rastvorrichtung vorgesehen, die
den Schieberkolben in den einzelnen Schaltstellungen eingerastet hält und die durch
den Geber ausrastbar ist, so daß die Rückstellung des Schieberkolbens in seine Neutralstellung
erfolgt.
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Der Geber kann als Turbinenrad oder Propeller - wie bei Durchflußmeßanlagen
an sich bekannt - ausgebildet sein, wobei die Auslösung der Rastvorrichtung entweder
elektrisch durch Induktion eines umlaufenden Magneten oder mechanisch erfolgen kann.
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Als Geber kann auch eine Anordnung Verwendung finden, die bei Durchflußmeßgeräten
an sich bekannt ist, bei welcher ein Schwimmkörper in einem sich in Durchflußrichtung
öffnenden Konusrohr angeordnet ist, der unter der Kraft einer gegen die Strömungsrichtung
wirkenden Feder steht und durch den Strömungsdruck in Richtung zu größeren Öffnungen
des Konusrohres verschoben wird.
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Dieser Schwimmkörper beaufschlagt induktiv einen außerhalb des Konusrohres
angeordneten Ring, der in einem äußeren Glaszylinder schwimmend gelagert ist. Die
Bewegung des Schwimmkörpers in Strömungsrichtung bildet mithin ein Maß für die Durchflußmenge.
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Die elektrische Auslösung kann beispielsweise darin bestehen, daß
nach Art eines Tachdmeters ein durch das Turbinenrad oder den Propeller angetriebener
umlaufender Magnet oder ein in einem Magnetfeld umlaufendes Weicheisenteil ein Element
eines Schaltkontaktes bewegt, welcher im Arbeitszustand geöffnet ist und die Rastvorrichtung
durch die Kraft einer Feder eingeschaltet läßt. Beim Stillstand des Gebers wird
der Kontakt geschlossen und über einen Elektromagneten die Ausrastung gegen die
Kraft der Feder bewirkt.
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Umgekehrt kann der Schaltkontakt auch in Arbeitsstellung geschlossen
sein, und die Feder kann die Ausrastung bewirken.
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Die mechanische Auslösung kann darin bestehen, daß eine durch das
Turbinenrad angetriebene Rutschkupplung über einen Hebel oder dergleichen gegen
die Kraft einer Feder die Rastvorrichtung eingeschaltet hält. Auch hier bewirkt
im Stillstand die Feder die Ausrastung.
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Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist es hierbei, wenn der Steuerschieber
in an sich bekannter Weise durch eine Rückstellfeder beaufschlagt wird, die ihn
in die Neutralstellung nach Ausrasten der Rastvorrichtung bringt. Diese Rückstellfeder
kann auch durch eine Hydraulikanordnung ersetzt sein, die an dem Pumpenkreislauf
oder an einen gesonderten Steuerdruekkreislaui angeschlossen ist.
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Die Rastvorrichtung kann in an sich bekannter Weise aus in umlauf
ende Rastnuten eines Abschnittes des Steuerschieberkolbens eingreifenden Kugeln
bestehen, die beidseits einer Rastfeder angeordnet sind. Hierbei ist es vorteilhaft,
wenn die dem Rastabschnitt des Steuerschieberkolbens abgewandte Seite der Rastfeder
von einer Steuerkurve beaufschlagt ist, die ihrerseits vom Geber betätigbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Steuerkurve mit einem in
der Pumpenzuleitung angeordneten Betätigungskolben verbunden ist, der von einer
Rückstellfeder gegen die Strömungsrichtung beaufschlagt ist, wobei bei nicht vorhandener
Strömung die Steuerkurve die Ausrastung bewirkt. Damit wird erreicht, daß der Betätigungskolben
bei auftretender Strömung gegen die Kraft seiner Rückstellfeder verschoben wird,
wobei gleichzeitig in diesem Betätigungszustand die Einrastung vorgenommen wird.
Wenn der Arbeitszylinder zum Stillstand gekommen ist, herrscht vor und hinter dem
Betätigungskolben in der Pumpenzuleitung derselbe Druck, so daß sich jetzt die Kraft
der R>ckstellfeder auswirken kann und den Betätigungskolben und damit die Steuerkurve
in Gegenrichtung verschiebt, wobei es die Steuerkurve nunmehr ermöglichst, daß sich
die Rastfeder entspannt und damit die Ausrastung erfolgt.
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Zweckmäßigerweise ist hierzu die Steuerkurve als ein Drehteil ausgebildet,
welches im Bereich der Rastfeder mit einem Abschnitt verringerten Durchmessers versehen
ist, in welche die Kugel an dem dem Rastabschnitt des Steuerschieberkolbens zugewandten
Ende der Rastfeder eintreten kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Betätigungskolben gleichzeitig
als das bewegliche Teil eines Rückschlagventiles
ausgebildet ist,
welches gegen die Strömungsrichtung durch seine Rückstellfeder geschlossen wird.
Solche Rückschlagventile werden üblicherweise bei handbetätigten Hydraulikanordnungen
benötigt, da dort negative Überdeckungen auftreten könnens welche zu einem Rückströmen
des Hydrauliköles in Pumpenriehtung führen können. Auf diese Weise kann mit der
erfindungsgemäßen Anordnung dieses Bückschlagventil unter entsprechenden Kosteneinsparungen
gleichzeitig zur erfindungsgemäßen Schaltung herangezogen werden.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
daß bei abgeschalteter Pumpe, wenn also keine Strömung vorhanden ist, unabhängig
von dem jeweils verwendeten Geber, sich der Steuerschieber in der Ausraststellung
befindet, d.h.
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also von der Rückstellfeder oder der hydraulischen Rückstellung in
seiner neutralen Lage gehalten wird. Das bedeutet, daß bei stillstehender Pumpe
sich der Steuerschieber nicht in eine der beiden Arbeitsstellungen einschalten läßt,
sondern immer wieder in seine Neutrallage automatisch zurückgeführt wird.
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Die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Gefährdungen, die darin
bestehen, daß auch bei stillstehender Pumpe bereits eine Arbeitsstellung einschaltbar
ist und bei nachfolgendem Einschalten des Antriebsmotors dann die Hydraulik sofort
zu srbeiten beginnt, sind mithin bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht vorhanden.
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Außerdem ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung immer sichergestellt,
daß die Bedienungsperson stets davon ausgehen kann, daß sich bei abgeschaltetem
Motor bzw. abgeschalteter Pumpe der Bedienungshebel stets in Neutralstellung befindet,
so daß die Bedienbarkeit narrensicher ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
daß eine gute Feinsteuerung vor dem eigentlichen Rastvorgang möglich ist, weil in
den Anfangsüberdeckungen des Steuerschiebers zunächst relativ wenig Flüssigkeit
an dem beweglichen Teil des Rückschlagventiles vorbeiströmt, so daß zunächst noch
die Rastvorrichtung ausgerastet gehalten wird. In diesem Bereich liegt kein Druck
der Raste bzw. der Kugel auf den Rastnutkanten, so daß ein automatisches Einrasten
zunächst noch nicht erfolgt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Steuerschiebers in
erfindungsge mäßer Ausbildung.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform zur
elektrischen Übertragung des Signales eines umlaufenden Gebers.
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Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform
zur elektrischen Übertragung.
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Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform zur
mechanischen Übertragung.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform zur mechanisch/ hydraulischen Übertragung.
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Fig. 6 zeigt die konstruktive Ausbildung der Anordnung nach Fig.
5.
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Gemäß Fig. 1 ist ein in an sich bekannter Weise ausgebildeter Steuerschieber
1 einem oder mehreren Arbeitszylindern 2 vorgeschaltet, der durch einen Handschalthebel
3 betätigbar ist. Der Steuerschieber 1 ist in Fig. 1 in seiner Neutralstellung wiedergegeben,
in welcher eine Pumpe 4 aus dem Ölbehälter 5 wieder in diesen hineinfördert. Bei
einer Verschiebung des Steuerschiebers 1 nach links in Fig. 1 wird der Kolben des
Arbeitszylinders 2 kolbenstangenseitig beaufschlagt und bewegt sich mithin bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten, während er bei einer Verschiebung
des Steuerschiebers 1 nach rechts in Fig. 1 kolbenbodenseitig
beaufschlagt
wird und sich demgemäß nach oben bewegt.
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In der Pumpenznleitung 6 zum Arbeitszylinder 2 vor dem Steuerschieber
1 ist ein Geber 7 angeordnet, der feststellt, ob das hydraulische Medium in dieser
Zuleitung 6 fließt oder nicht und der bei Nichtfluß die Rückstellung des Schieberkolbens
des Steuerschiebers 1 in die in Fig. 1 wiedergegebene Neutralstellung auslöst.
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Zu diesem Zweck ist der Geber 7 über eine Übertragungseinrichtung
8 mm% einer Rastvorrichtung 9 verbunden, die aus Rastnuten 10 und 11 in einem Rastabschnitt
12 des Steuerschieberkolbens bestehen kann, in welche eine Raste 13 eingreift. Die
beiden Rastnuten 10 und 11 entsprechen den beiden nach rechts und nach links in
Fig. 1 verschobenen Schaltstellungen, in denen der Arbeitszylinder 2 in der beschriebenen
Weise beaufschlagt wird. In diesen Schaltstellungen greift die Raste 13 in die Nuten
ein und hält den Steuerschieberkolben dort gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung,
beispielsweise einer Rückstellfeder 14 in der jeweiligen Schaltstellung fest.
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Mittels des Gebers 7 wird jedoch die Rastvorrichtung 9 über die Übertragungseinrichtung
8 derart ausgelöst, daß die Rastung ausgeschaltet wird, 8o daß unter der Kraft der
Rückstelleinrichtung 14
der Steuerschieberkolben in die in Fig.
i wiedergegebene Neutralstellung geführt wird.
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In Fig. 1 ist noch ein Druckbegrenzungsventil 15 in einer Nebenleitung
16 zur Pumpenzuleitung 6 wiedergegeben, das in an sich bekannter Weise bei zu hohen
Drücken anspricht und die Förderung in den Ölvorratsbehälter 5 erlaubt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgendes Wenn bei
einer Einschaltung des Steuerschiebers 1 nach rechts oder nach links in Fig. 1 und
der dadurch bedingten Beaufschlagung des Arbeitszylinders 2 sich dieser bewegt,
findet zunächst eine Strömung des Hydraulikmediums durch den Geber 7 statt. Dies
bewirkt, daß die Rastvorrichtung 9 in der jeweiligen Schaltstellung eingerastet
bleibt. Wenn der Kolben des Arbeitszylinders 2 die eine oder andere Endstellung
erreicht, kommt die Strömung durch den Geber 7 zum Stillstand, wodurch erz in dungsgemäß
die Rastvorrichtung 9 ausgerastet wird, so daß nunmehr unter der Kraft der Rückstellvorrichtung
14 der Kolben des Steuerschiebers 1 in seine in Fig. 1 dargestellte Neutralstellung
selbsttätig zurückgeführt wird. In dieser Stellung kann nun die Pumpe 4 wieder in
den Vorratsbehälter fördern, ohne daß Erwärmungen oder Beschädigungen auftreten
können. Diese selbsttätige Rückstellung in die Neutralstellung geschieht, bevor
das
Druckbegrenzungsventil 15 anspricht.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der
Übertragungseinrichtung 8 und des Gebers 7. Bei dieser Ausführungsform ist der-Geber
7 als ein in der Pumpenzuleitung 6 angeordnetes Turbinenrad 17 ausgebildet, welches
über eine Welle 18 ein tachometerähnliches Gerät 19 mit umlaufendem Magneten oder
Weicheisenteil antreibt, welches ein Element 20 eines Schaltkontaktes 21 bewegt
und im Arbeitszustand, wenn sich also das Turbinenrad 17 in Richtung des Pfeiles
22 dreht - wie dargestellt - geöffnet hält.
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Kommt die Strömung zum Stillstand, wird der Kontakt 21 geschlossen,
8o daß die von einer Stromquelle 23a versorgte Spule 23 eines Elektromagneten 24
beaufschlagt wird und die Raste 13 gegen die Kraft einer auf sie wirkenden Druckfeder
25 auslöst, d.h. aus den ihr zugeordneten Nuten 10 und 11 (vgl.
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Fig. i) herauszieht.
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Diese Anordnung kann selbstverständlich auch umgekehrt arbeiten, indem
im Arbeitszustand der Schaltkontakt 21 geschlossen ist und der Magnet 24 die Einrastung
bewirkt, während bei Öffnung des Kontaktes im Stillstand die jetzt in Gegenrichtung
wirkende
Feder 25 die Ausrastung bewirkt. Die zuletzt genannte
Anordnung hat den Vorteil, daß für die Ausrastung und damit für die Rückführung
in Neutralstellung kein Strom benötigt wird, so daß die Neutralstellung auch bei
Abschaltung aller Aggregate erreicht wird.
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Diese Ausführungsform (beaufschlagter Magnet im Arbeitszustand) ist
im Zusammenhang mit der Anordnung nach Fig. 3 wiedergegeben.
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Dort besteht der Geber aus einer bei Durchflußmeßgeräten an sich bekannten
Anordnung, bei welcher ein Schweimmkörper 26 in einem sich in Durchflußrichtung
öffnenden Konusrohr 27 angeordnet ist, der unter der Kraft einer gegen die Strömungsrichtung
wirkenden Feder 28 steht. Durch den Strömungsdruck wird er in Richtung zu gröBeren
Öffnungen des Konusrohres 27, also in Richtung des Pfeiles 29, verschoben. Dieser
Schwimmkörper beaufschlagt induktiv einen außerhalb des Konusrohres angeordneten
Ring 30, der in einem äußeren Glaszylinder 31 schwimmend gelagert istc Bei einer
Bewegung des Schwimmkörpers 26 in Richtung des Pfeilen 29 gegen die Kraft der Feder
28 wird die Spule 23 des Magneten 24 über die Stromquelle 23a aufgrund der Änderung
der Induktivität im Ring 30 beaufschlagt, so daß der Magnet 24 anspricht und die
Raste 13 gegen die Kraft ihrer Feder 25 in Richtung des Pfeiles 32 bewegt. Kehrt
bei Stillstand der Strömung der Schwimmkörper 26
in seine in Fig.
3 dargestellte Ausgangslage aufgrund der Kraft der Feder 28 zurück, so wird die
Spule 23 des Magneten 24 stromlos und die Raste 13 aus der jeweiligen Rastnut 10
oder 11 entfernt.
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Im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 2 bewegt also hier die Feder
25 die Raste 13 nicht in die Rastnuten 10 oder 11 hinein, sondern aus diesen heraus,
so daß bei Abschaltung aller Aggregate der Steuerschieber in seine Ausgangslage
zurückkehren kann.
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Bei der Au g übrungsform nach Fig. 4 ist die Übertragung vom Geber
auf die Rastvorrichtung mechanisch ausgebildet, wobei hier das sich in Richtung
des Pfeiles 22 drehende Turbinenrad 17 über ein Kettengetriebe 33 oder dergleichen,
welches mit einer Rutschkupplung 34 versehen ist, einen Hebel 35 in Richtung des
Pfeiles 36 bewegt, der die Raste 13 gegen die Kraft der ihr zugeordneten Druckfeder
25 in Eingriff mit einer der Rastnuten 10 oder 11 hält.
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Kommt das Turbinenrad 17 zum Stillstand, so zieht die Feder 25 die
Raste 13 aus der Rastnut heraus, so daß der Steuerschieber in seine Ausgangslage
zurückkehrt.
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Bei der Anordnung nach Fig. 5 besteht der Geber aus einem in der Pumpenzuleitung
angeordneten Betätigungskolben 37, der durch die Strömung in Richtung des Pfeiles
38 gegen die Kraft einer Feder 39 verschiebbar ist. Der Betätigungskolben 37 ist
mit einer Steuerkurve
40 verbunden, welche über eine zwischengeschaltete
Feder 41 die Raste 13 beaufschlagt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgendes
Wenn in der jeweiligen Einschaltstellung der Kolben des Arbeitszylinders 2 seine
Endstellung erreicht hat und damit die Strömung in der Pumpenzuleitung 6 zum Stillstand
kommt, ist der Druck beidseits des Betätigungskolbens 37 gleich, so daß die Feder
39 diesen nach links in Fig. 5 in die dort wiedergegebene Lage verschiebt. In dieser
Lage wird die Feder 41 entspannt, so daß die Raste 13 aus den ihr zugeordneten Rastnuten
10 und 11 heraustreten bzw. durch die Kraft der Rückstellfeder 14 herausgedrückt
werden kann.
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Im Arbeits- bzw. Strömungszustand dagegen wird der Betätigungskolben
37 nach rechts in Fig. 5, also in Richtung des Pfeiles 42, verschoben, so daß die
Steuerkurve 40 die Feder 41 beaufschlagt und damit die Raste 13 in eine der Rastnuten
10 oder 11 eindrückt.
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Anstelle der Rückstellfeder 14 kann - wie bei 43 gestrichelt angedeutet
- auch eine hydraulische Rückstellung vorgesehen sein.
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Fig. 6 zeigt eine konstruktive Ausführungsform für die Anordnung nach
Fig. 5. Danach ist in einem Gehäuse 44 ein Kolben 1a eines
Steuerschiebers
angeordnet, der von der Rückstellfeder 14 beaufschlagt wird und durch die Handhabe
3 betätigbar ist.
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An seinem einen Ende weist er den Rastabschnitt 12 auf, der mit den
Rastnuten 10 und 11 versehen ist. Den Rastnuten 10 und 11 ist eine Kugel 45 zugeordnet,
die sich an dem einen Ende einer Rastfeder 46 befindet, an deren anderem Ende eine
weitere Kugel 47 angeordnet ist. Die Kugel 47 greiit in einen im Durchmesser verringerten
Abschnitt 48 eines Drehteiles 49 ein, welches die Kurvensteuerung gemäß Fig. 5 bildet.
Das Drehteil 49 steht über eine Verbindungsstange 50 mit dem Betätigungskolben 37
(vgl. Fig. 5) in Verbindung, wobei sich die Verbindungsstange 50 in der Pumpenzuleitung
6 befindet. Der Betätigungskolben 37 wird von seiner Rückstellfeder 39 beaufschlagt.
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Bei dieser Ausführungsform bildet der Betätigungskolben 37 gleichzeitig
ein Rückschlagventil in der Pumpenzuleitung 6.
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In der in Fig. 6 dargestellten Neutralstellung ist die Rastieder 46
entspannt, so daß aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 14 die Kugel 45 aus den
Rastnuten 10 oder 11 in die Neutralstellung hinein heraus gedrückt werden kann.
Das Rückschlagventil
wird durch die Dichtkanten 51 des Schiebergehäuses
einerseits und durch den Kegel stumpf 52 am Betätigungskolben 37 andererseits gebildet0