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Schieber-Ventilanordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schieber-Ventil anordnung mit
einem Gehäuse und einem zwei parallele Flächen aufweisenden Schieber in einer zwei
parallele Flächen aufweisenden Kammer des Gehäuses, wobei zwei benachbarte Flächen
von Schieber und Gehäuse als Ventil zusammenwirkende Steueröffnungen enthalten und
einen an eine Hochdruckzone angrenzenden ersten Drosselspalt zwischen sich bilden
und wobei zwischen den anderen benachbarten Flächen von Schieber und Gehäuse eine
Zwischendruckzone gebildet ist, die zwischen den ersten Drosselspalt und einen sich
gegensinnig hierzu verändernden, zur Niederdruckseite führenden zweiten Drosselspalt
geschaltet ist.
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Eine bekannte Schieber-Ventilanordnung dieser Art (DE-AS 25 44 849)
dient als Verteilerventil für eine Radialkolbenmaschine. Ein Drehschieber hat die
Form einer Ringscheibe mit Sacklöchern. Diese verbinden Steueröffnungen, welche
zu je einem Radialzylinder führen, abwechselnd mit auf der gleichen Kreisbahn befindlichen
Zu- und Abflußöffnungen. Die Hochdruckzone
ist durch eine Ringnut
an einer Gehäusefläche, der erste Drosselspalt zwischen dieser Ringnut und dem Umfang
der Ringscheibe, die Zwischendruckzone durch die gesamte gegenüberliegende Fläche
der Ringscheibe und der zweite Drosselspalt durch einen Ringbereich, der in der
gleichen Ebene wie der erste Drosselspalt liegt und eine zentrische Abflußbohrung
umgibt, gebildet. Da sich der Drosselwiderstand der beiden Drosselspalten bei einer
Verlagerung der Ringscheibe gegensinnig ändert, steigt der Zwischendruck, wenn sich
der Drehschieber von den Steueröffnungen abhebt, so daß er annähernd seine Ausgangslage
beibehält und bei der Verstellung praktisch keine Reibungskräfte zu überwinden sind.
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Bei diesen und anderen Schieber-Ventilanordnungen ist jedoch häufig
die Axialbelastung des Schiebers, die von der Lage der druckführenden Steueröffnungen
abhängt, unsymmetrisch. Dies führt zu einer einseitigen Belastung des Schiebers
und daher trotz des Vorhandenseins der Zwischendruckzone zum Kippen und Verklemmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schieber-Ventilanordnung
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der bei asymmetrischer Belastung des
Schiebers ein Verklemmen verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischendruckzone
in mindestens zwei voneinander getrennte Segmente unterteilt ist, deren Flächenschwerpunkte
außerhalb der Schiebermitte liegen, und daß jedem Segment mindestens ein erster
und ein zweiter Drosselspalt zugeordnet sind, die der Lage der Segmente entsprechen.
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Bei dieser Konstruktion können in den einzelnen Segmenten der Zwischendruckzone
unterschiedliche Zwischendrücke erzeugt werden. Beim Kippen des Schiebers steigt
der Zwischendruck in einem Segment, während er im anderen Segment sinkt. Hierdurch
wird der Kippneigung des Schiebers entgegengewirkt und auch bei asymmetrischer Belastung
durch den über die Steueröffnungen zugeführten Druck eine praktisch reibungsfreie
Verstellung gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise liegen die ersten Drosselspalte den zugehörigen
Segmenten axial gegenüber und sind über einen Axialkanal damit verbunden. Dies ergibt
eine besonders einfache Ausführungsform.
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Die zweiten Drosselspalte schließen vorzugsweise an die zugehörigen
Segmente an. Dies hat zur Folge, daß sich der Zwischendruck unmittelbar dort erhöht,
wo der zweite Drosselspalt verkleinert wird.
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Bei einer Anordnung mit drehbarem Schieber sollte die Zwischendruckzone
durch mindestens drei Kreissegmente gebildet sein. Auf diese Weise kann einer außermittigen
Belastung des Schiebers entgegengewirkt werden, gleichgültig, welche Winkellage
diese Belastung hat.
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Bei einer Anordnung mit geradlinig bewegbarem Rechteckschieber sollte
die Zwischendruckzone durch vier je einer Ecke zugeordnete Segmente gebildet sein.
Dies erlaubt es ebenfalls, asymmetrische Belastungen des Schiebers auszugleichen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hochdruckzone durch
eine Ringnut gebildet, die im Bereich der Axialkanäle Aufweitungen besitzt, wobei
die ersten
Drosselspalte durch Ringflächen zwischen den Mündungen
der Axialkanäle und der Hochdruckzone begrenzt sind.
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Auf diese Weise ergibt sich eine definierte Hochdruckzone und eine
genaue Position der ersten Drosselspalte mit Bezug auf die Segmente.
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Bei einer Alternative ist dafür gesorgt, daß spiegelgelbildlich zur
Längs- und Querachse des Schiebers vier mit je einem Axialkanal verbundene Nuten
vorgesehen sind und daß die ersten Drosselspalte durch Stege zwischen diesen Nuten
und der Hochdruckzone begrenzt sind. Auch mit dieser Anordnung erreicht man eine
genaue Zuordnung der ersten Drosselspalte zu den Segmenten.
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Vorteile bietet es ferner, wenn der Raum außerhalb des Schiebers mit
der Niederdruckseite verbunden ist, und die zweiten Drossel spalte durch einen Randsteg
begrenzt sind. Die zweiten Drosselspalte haben dann einen verhältnismäßig großen
Abstand von der Mittelachse des Schiebers, so daß sie sich bei Kippbewegungen entsprechend
stark verändern.
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Hierbei können die Kreissegmente durch Radialstege begrenzt sein,
die eine Radialnut aufweisen, welche vom Rand zu einem mittigen, mit der Niederdruckseite
verbundenen Kanal führt. Es kann dann der gesamte Umfang der Kreissegmente für den
zugehörigen zweiten Drosselspalt verwendet werden. Außerdem genügt ein einziger
mittiger Kanal, um die Verbindung zur Niederdruckseite herzustellen.
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Des weiteren ist es günstig, wenn der Schieber mit einem äußeren Betätigungsorgan
über eine Kupplung verbunden ist, die eine Gelenkbewegung erlaubt und eine
Kraftübertragung
in Richtung senkrecht zu den Schieber flächen verhindert. Auf diese Weise ist sichergestellt,
daß nicht über das Betätigungsorgan Kräfte auf den Schieber übertragen werden, die
zu einem Verklemmen führen oder die Kompensationswirkung der Zwischendruckzone behindern.
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Mit besonderem Vorteil ist das axiale Spiel des Schiebers so gering,
daß in der Sperrstellung der Steueröffnungen auch bei fehlendem Druck in der Hochdruck-und
Zwischendruckzone die niederdruckseitigen Steueröffnungen gegenüber den anderen
Steueröffnungen abgedichtet sind. Für die Praxis genügt eine solche Dichtheit, daß
Arbeitsmotor und/oder Meßmotor nicht in nennenswertem Maße Flüssigkeit verlieren.
Vorzugsweise sollte das axiale Spiel nur etwa 5 bis 50 Mikrometer, vorzugsweise
etwa 10 Mikrometer, betragen. Trotz des so geringen Spiels läßt sich der Schieber
wegen der beanspruchten Druckbalancierung praktisch reibungsfrei verstellen.
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Empfehlenswert ist die Anwendung als Richtungsventil bei einer hydrostatischen
Lenkeinrichtung mit Meßmotor, wobei das Motorgehäuse den Schieber bildet und eine
als Betätigungsorgan dienende Lenkwelle mit dem relativ zum Motorgehäuse drehbaren
Motorteil verbunden ist.
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Hiermit erreicht man bei einer Lenkeinrichtung; daß das Richtungsventil
nur einseitig Steueröffnungen aufweist und daher ein Schieber mit Druckbalancierung
verwendet werden kann. Dies ist für eine solche Lenkeinrichtung von besonderer Wichtigkeit,
weil jeweils die Verstellung des Schiebers aus der Neutralstellung mittels Handkraft
bewirkt werden muß und, wenn anfänglich Reibung überwunden werden muß, anschließend
eine Übersteuerung stattfindet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter,
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine hydrostatische Lenkeinrichtung mit einem Richtungsventil entsprechend
der erfindungsgemäßgen Schieber-Ventilanordnung, Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung
der Schieber-Ventilanorndung der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Schieber
der Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht von oben auf den Schieber der Fig. 2, Fig. 5 einen
Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schieber-Ventilanordnung gemäß
der Erfindung, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 einen
Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 5 und Fig. 8 ein Schaltbild für die Ventilanordnung
der Fig. 5 bis 7.
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Bei der Lenkeinrichtung der Fig. 1 ist ein topfförmiges Außengehäuse
1 vorgesehen, das am offenen Ende durch eine Anschlußplatte 2 verschlossen ist.
Diese weist
einen mit einer Pumpe P verbundenen Pumpen-Anschluß
3, einen mit einem Behälter T verbundenen Behälter-Anschluß 4 und zwei Arbeitsmotor-Anschlüsse
auf, von denen lediglich der Anschluß 5 veranschaulicht ist und die mit den Anschlüssen
S1 und S2 eines Lenk-Arbeitsmotors 6 verbunden sind. In der Anschlußplatte sind
ferner Verteilerkanäle 7 vorgesehen, welche die einzelnen Anschlüsse mit Steueröffnungen
8 in der Stirnfläche 9 verbinden.
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Ein Drehschieber 10 weist eine erste Fläche 11 auf, die Steueröffnungen
12 besitzt und zusammen mit der Fläche 9 ein Richtungsventil 50 bildet. Der Schieber
10 wird durch das Motorgehäuse eines Meßmotors 13 gebildet, der einen innen verzahnten
Zahnring 14 und ein drehendes und kreisendes, außen verzahntes Zahnrad 15 aufweist,
zwischen denen Verdrängerkammern 16 gebildet werden. Der als Motorgehäuse ausgebildete
Schieber 10 hat außer dem Zahnring 13 eine Endwand 17 und eine Ventilplatte 18,
welche durch Schrauben 19 zusammengehalten sind. Zwischen der Ventilplatte 18 und
dem Zahnrad 15 ist ein an sich bekanntes Verteilerventil 20 ausgebildet. Das Zahnrad
15 steht über eine Gelenkwelle 21 mit einer Lenkwelle 22 in Verbindung. Letztere
ist über ein Axiallager 23 im Außengehäuse 1 gelagert.
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Der Aufbau der bis hierher beschriebenen Lenkeinrichtung ergibt sich
im einzelnen aus der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Hydrostatische
Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung" (DA 634) der Anmelderin.
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Wie sich in Verbindung mit den Fig. 2 bis 4 ergibt, trägt der Schieber
10 auf der Fläche 11 eine Ringnut, die eine Hochdruckzone 24 bildet. Die Ringnut
besitzt Aufweitungen 25, in welchen sich von einer Ringfläche 26 umgebene Mündungen
27 von Axialkanälen 28 befinden.
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Jede Ringfläche 26 bildet zusammen mit der Fläche 9 der Anschlußplatte
2 jeweils einen ersten Drosselspalt 29. Auf der gegenüberliegenden Seite wird zwischen
der Fläche 30 des Schiebers 10 und der Fläche 31 des Außengehäuses 1 eine Zwischendruckzone
32 gebildet, die drei Kreissegmente 34, 35 und 36 in der Form von Vertiefungen in
der Fläche 30 besitzt. In jedes Kreissegment mündet ein Axialkanal 28. Jedes Kreissegment
ist durch einen äußeren Randsteg 37 und zwei Radialstege 38 begrenzt. In den Radialstegen
gibt es Radialnuten 39, die zu einem mittigen Kanal 40 führen. Infolgedessen wird
ein zweiter Drosselspalt 41 zwischen der Fläche 31 und den genannten Stegen 37,
38 gebildet.
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Der Außenraum 42 ist über die Radialnuten 39 und den mittigen Kanal
40 mit dem Behälter T verbunden.
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Wenn der Schieber 10 aufgrund der Druckverhältnisse an den Steueröffnungen
8, 12 in Axialrichtung x verschoben wird, verkleinern sich alle ersten Drosselspalte
29 und vergrößern sich alle zweiten Drosselspalte 41.
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Der Zwischendruck in der Zwischendruckzone 32 sinkt.
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Der Schieber 10 kann sich daher nur unwesentlich aus seiner Ursprungsstellung
bewegen. Umgekehrt sind die Verhältnisse, wenn sich der Schieber 10 in der entgegengesetzten
Axialrichtung verlagert.
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Wenn der Schieber aufgrund der Druckverhältnisse an den Steueröffnungen
8, 12 kippt, beispielsweise in Fig. 2 im Uhrzeigersinn, sinkt der Zwischendruck
im Kreissegment 35, während er in den Kreissegmenten 34 und 36 ansteigt. Demzufolge
wird der Kippneigung entgegengewirkt. Wegen der rotationssymmetrischen Anordnung
der drei Segmente 34, 35, 36, kann ein Kippen in jeder Radialrichtung kompensiert
werden.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 5 bis 8 werden für entsprechende
Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. In diesem Fall ist im Gehäuse 101
ein Schieber 110 vorgesehen, der durch eine Betätigungsstange 122 gradlinig verschoben
werden kann. Hier ist eine Hochdruckzone 124 durch eine Vertiefung in der Fläche
109 vorgesehen. Die Zwischendruckzone 132 weist vier rechteckige Segmente 134 in
der Fläche 130 auf. Die ersten Drosselspalte 129 werden zwischen der Fläche 109
und Stegen 126 gebildet, die sich zwischen Fortsätzen 125 der Hochdruckzone 124
und jeweils mit einem Axialkanal 128 verbundenen Nuten 127 erstrecken. Die zweiten
Drosselspalte 141 werden zwischen der Fläche 131 und einem Randsteg 137 gebildet,
der die einzelnen Segmente 134 umgibt. Der Pumpen-Anschluß 103 steht mit der Hochdruckzone
124 in Verbindung.
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Bei einer Verstellung des Schiebers kommt eine zugehörige Steueröffnung
12 mit einer Steueröffnung 108 des Schiebers 110 in Verbindung, so daß dem Arbeitsmotor
106 Druckflüssigkeit vom Pumpen-Anschluß 103 zugeführt werden kann. Eine andere
Steueröffnung 108a kommt dabei in Verbindung mit der Behälter-Steueröffnung 112a,
die über einen Kanal 143 mit dem Außenraum 142 und damit mit dem Behälter T in Verbindung
steht.
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Auch bei dieser Konstruktion wird einer Verlagerung des Schiebers
110 senkrecht zu den Schieberflächen 111, 130 durch eine entsprechende Änderung
des Zwischendrucks in den Segmenten 134 entgegengewirkt, Bei einem Kippen des Schiebers
nehmen die Zwischendrücke in den Segmenten 134 unterschiedliche Werte der Art an,
daß der Kippneigung entgegengewirkt wird.
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Da es nur auf die Relativbewegung zwischen Schieber und Gehäuse ankommt,
kann auch der Schieber feststehen und das Gehäuse verstellbar sein oder beide Teile
sind unter Aufrechterhaltung der relativen Verstellbarkeit beweglich gelagert.