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Hydraulische oder pneumatische Drei-Wege-Weiche mit Hauptsteuerventil
Die Erfindung betrifft eine Drei-Wege-Weiche für hydraulische oder pneumatische
Druckmittelversorgung mindestens eines Verbrauchers mit einem Stellteil, das in
seiner Nullstellung die Zuleitung für das Druckmittel geschlossen und die Rückleitung
geöffnet und in seiner Druckstellung die Zuleitung geöffnet und die Rüclrleitung
geschlossen hält, wobei im Stellteil eine die Zuleitung mit einer Verbraucherleitung
verbindende Zentralbohrung mit einem in Richtung des Verbrauchers sich öffnenden
Ruckschlag ventil vorgesehen ist.
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Aus der XT-OS 20 17 736 ist bereits eine hydraulische oder pneumatische
Drei-Wege-tVeiche bekannt, bei der das Stellteil und das Rückschlagventil durch
das zum Verbraucher strömende Druckmittel verstellt werden. Das Druckmittel hat
somit sowohl eine Steuerfunktion in der Weiche, als auch eine Arbeitsfunktion im
Verbraucher. Der gesamte Druckmittelstrom muß daher durch das Vorsteuerventil geleitet
werden, so daß dieses groß und aufwendig ausgeführt sein muß. Da ferner zum Verstellen
des Stellteiles relativ große Druckmittelmengen verdrängt werden müssen, ist die
Verstellung des Stellteiles und somit die Steuerung verhältnismäßig träge, was sich
vor allem bei plötzlichem Lastwechsel am Verbraucher nachteilig auswirkt, da weiterhin
Druckmittel aus der Zuleitung nachströmt. Die möglichst genaue Anpassung der Drei-Wege-Weiche
und des zugeordneten Vorsteuerventils an die Fördermenge ist daher zwingend, um
eine befriedigende Steuerung zu erreichen. Dies bedeutet wiederum eine Vielfalt
von Gerätegrößen der Drei-Wege-Weiche und des Vorsteuerventils mit entsprechend
umfangreicher Lagerkapazität. Die bekannte Drei-Wege-Weiche besitzt somit Nachteile,
die der optimalen Anwendung im Wege stehen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Beseitigung dieser Nachteile und
die Schaffung einer Drei-Wege-Weiche mit kurzer Reaktionszeit und hoher Anpaßbarkeit
an das zu steuernde Druckmittelsystem.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Stellteil an einem
Ende in einer an eine Steuerleitung angeschlossenen Kammer axial verschiebbar gelagert
und durch ein Steuerdruckmittel in die Druckstellung stellbar ist.
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Eine besonders hohe Schaltempfindlichkeit ergibt sich in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß das Stellteil mit einer Rückstellfeder
zum Verstellen in Richtung Nullstellung verbunden ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin,
daß das Verstellen des Stellteiles durch ein Steuerdruckmittel erfolgt, das allein
diese einzige Funktion hat. Verbraucher-und Steuerdruckmittel sind so getrennt voneinander.
Da für die Steuerzwecke relativ geringe Mengen benötigt werden, ist der Steuerdruckmitteldurchsatz
entsprechend niedrig, so daß auch das Vorsteuerventil klein ausgebildet und leicht
untergebracht werden kann. Ferner läßt sich für verschiedene Drei-Wege-Ventil-Größen
die gleiche Vorsteuerventilgröße verwenden, so daß der Steuerkreis weitestgehend
aus gleicartigen Teilen zusammengesetzt ist, wodurch die Lagerhaltung und die Wartung
vereinfacht werden.
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Die Angleichung der Drei-Wege-Weiche an unterschiedliche Druckmittelmengen
bzw. Verbraucher läßt sich ferner im weiten Bereich durch Querschnittsveränderung
der Leitungen in der Drei- Wege-Weiche einfach unter Beibehaltung von einheitlichen
Stellt eilen erreichen. Durch die Anordnung einer Rückstellfeder für das Stellteil
erfolgt eine besonders feinfühlige und schnelle Rückstellung in die Nullstellung,
so daß auch bei plötzlichem und schnellem Lastwechsel am Verbraucher mit Druckzusammenbruch
in der Zuleitung die Druckmittelzufuhr schlagartig unterbrochen und Nachsaugen eingestellt
wird. Dieser Vorgang wird unterstützt dadurch, daß mit den Stell teilen nur geringe
Massen beschleunigt werden müssen.
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Die Drei-Wege-iVeiche nach der Erfindung kann somit auf Grund ihrer
einfachen Bauweise und eindeutigen sowie schnellen Funktionsweise vielfach und mit
hoher Zuverlässigkeit eingesetzt werden wobei zusätzlich das Hauptsteuerventil integriert
ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Schnittansicht
durch die Drei-WegeWeiche in Doppelanordnung; Figur 2 die Teilansicht des Stellteiles
mit abgesetzter Steuerfläche.
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In pneumatischen oder hydraulischen Drucksystemen dienen Drei-Wege-Weichen
zum Lenken des Drucknittels zum und vom Verbraucher.
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Die Figur 1 zeigt in einem Gehäuse 1 angebrachte und gleichartig ausgebildete
Drei-Wege-Einheiten 2 und 2'. Jede dieser Einheiten 2 und 2 besteht aus einem in
einer Bohrung 1 im Gehäuse 1 axial verschiebbar gelagerten hohlzylindrischen Stellteil
3, dessen geschlossener Boden 3 die Decke einer Kammer 4 im Gehäuse 1 bildet, die
nach unten durch ein mit einer Bohrung 5 versehenes Bodenteil 6 geschlossen ist.
An die Bohrung 5 ist eine Steuerleitung 7 bzw.
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7 angeschlossen. Oberhalb des Bodens 31 führen Radialbohrungen 8 nach
innen zu einer Zentralbohrung 9, die in eine erweiterte, oben offene Zentralbohrung
9 mündet. In der erweiterten Zentralbohrung 9t ist ein Rückschlagventil 10 vorgesehen,
das die Zentralbohrung 9 verschließt und bei Gegendruck diese öffnet. Das Rückschlagventil
10 besteht aus einem in der erweiterten Zentralbohrung 98 gleitenden Schieber 11
mit einem nach unten ragenden zentralen, abgesetzten Fortsatz 12, in dem von außen
radiale Bohrungen 13 in eine nach oben offene Zentralbohrung 14 münden und an dem
unten ein Kegelsitz 15 zum Verschließen der Zentralbohrung 9 vorgesehen ist.
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In einer Erweiterung 14 am oberen Ausgangsende der Zentralbohrung
14 sitzt eine Schließfeder 16, die sich anderenends an einer Druckplatte 17 abstützt,
die in ein Innengewinde 18 am oberen Ende der erweiterten Zentralbohrung 9 des Stellteiles
3 eingeschraubt ist und eine Durchgangsbohrung 19 aufweist. Das obere Ende des Stellteiles
3 eist einen Kegelsitz 20 auf, der sich dichtend an eine Gegenfläche einer Anschlußbohrung
21 in einem in das Gehäuse 1 eingeschraubten Kopfteil 22 anlegen kann. Ausgangsseitig
ist an die Anschlußbohrung 21 eine Verbraucherleitung 23 bzw. 23' angeschlossen,
die in die eine Kammer 24 bzw. 24' eines Verbrauchers 25, z.B. eines Stellzylinders,
führt. Am Kopfteil 22 stützt sich eine Rückstellfeder 40 ab, die anderenends an
der Druckplatte 17 anliegt und so das Stellteil 3 in der unteren Endstellung, nämlich
der Nullstellung zu halten sucht.
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Die Radialbohrungen 8 sind durch eine Ringnut 26 miteinander
verbunden,
die in der unteren Nullstellung des Stellteiles 3 abgeschlossen in der Kammer 4
ruht, wie bei der Einheit 2 gezeigt ist, und in der oberen Druckstellung sich im
Bereich eines Ringraumes 27 im Gehäuse 1 befindet, wie bei der Einheit 2' angedeutet
ist. Der Ringraum 27 jeder Einheit 2 und 2 steht über einen Zuleitungskanal 28 mit
einer Zuleitung 29 für das Druckmittel in Verbindung, das durch eine Rohrleitung
30 von einer Pumpe 3t aus einem Vorratsbehälter 32 herangeführt wird. Ein vreiterer
Ringraum 33 ist jeweils am oberen Ende des Stellteiles 3 unterhalb des Sitzes für
den Kegelsitz 20 im Gehäuse 1 vorgesehen. Jeder Ringraum 33 ist über einen Kanal
34 mit einer Rückleitung 35 verbunden, die über eine Rohrleitung 36 in den Vorratsbehälter
32 mündet.
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Druckseitig ist an die Rohrleitung~30 eine Vorsteuerzuleitung 39 angeschlossen,
die zu einem Vorsteuerventil 38 üblicher Bauart führt, das wiederum durch eine Vorsteuerrückleitung
37 mit der Rohrleitung 36 bzw. unmittelbar mit dem Vorratsbehälter 32 verbunden
ist.
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Es ist ersichtlich, daß bei Verstellung des Vorsteuerventils 38 aus
der dargestellten Neutralstellung nach links die Ventilstellung 38 zur Wirkung kommt
und das Steuerdruckmittel durch die Steuerleitung 7 in die Kammer 4 unter dem Stellteil
3 der Einheit 2 geleitet wird. Durch den Druckaufbau hebt sich das Stellteil 3 gegen
den Druck der Rückstellfeder 40 an, wobei jedoch das Rückschlagventil 10 noch geschlossen
bleibt. In der dargestellten oberen Endstellung, der Druckstellung, schließt der
Kegelsitz 20 durch Anlage an der Gegenfläche am Kopfteil 22 die Verbindung zwischen
der Anschlußbohrung 21 und der Rückleitung 35. Gleichzeitig sind die radialen Bohrungen
8 mit ihrer Ringnut 26 in den Bereich des Ringraumes 27 eingetreten und die Druckverbindung
zwischen Zuleitung 29 und Zentralbohrung 9 ist hergestellt. Da sich nunmehr der
vo'le Druck auf das Rückschlagventil 10 auswirken kann, öffnet dieses und das Druckmittel
kann
am Kegelsitz 15 vorbei in die erweiterte Zentralbohrung 9
und von dieser durch die radialen Bohrungen 13 in die Zentralbohrung 14 des Rückschlagventils
10 strömen, um dann durch die Durchgangsbohrung 19 der Druckplatte 17, die Anschlußbohrung
21, die Verbraucherleitung 23' in die Kammer 24' des Verbrauchers 25 zu fließen,
so daß der Kolben 41 mit der Kolbenstange 42 nach links gedrückt wird. Dabei strömt
aus der gegenüberliegenden Kammer 24 Druckmittel durch die Verbraucherleitung 23
in die Einheit 2 zurück, wo es, da, wie dargestellt, das Stellteil 3 seine untere
Nullstellung einnimmt und so das Rückschlagventil 10 geschlossen ist und der Kegelsitz
20 nicht anliegt, in die Rückleitung 35 und durch die Rohrleitung 36 zum Vorratsbehälter
32 zurückströmt.
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Wird das Vorsteuerventil 38 nach links in die Stellung 38" gestellt,
dann schließt das Rückschlagventil 10 und das Stellteil 3 der Einheit 2 sinkt in
seine Nullstellung ab, während das Stellteil 3 und das Rückschlagventil 10 der Einheit
2 dem beschriebenen Öff nungsspiel unterworfen sind.
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Sollte ein plötzlicher Lastwechsel am Verbraucher 25 eintreten, dann
bricht der Druckmitteldruck zusammen und das Stellteil 3 schnellt sofort in seine
Nullstellung zurück, wobei sich gleichzeitig das Rückschlagventil 10 schließt, so
daß die Rückleitung 35 an die jeweils unter Druck gestandene Kammer 24 oder 24 angeschlossen
ist und Nachsaugung eintritt, um unkontrolliertes Vorschnellen des Kolbens 41 zu
verhindern. Je nach Druckmitteldruck und erforderlichem Verbraucherdruck bzw. Art
des Verbrauchers 25 bzw. der von diesem Verbraucher 25 zu bewegenden Vorrichtung
kann die Stellbewegung von Stellmittel 3 und Rückschlagventil 10 durch Einstellen
der Druckplatte 17 verändert und optimal eingestellt werden. Ferner kann das Vorsteuerventil
38 mit kleinster Nennweite ausgelegt sein, um die Steuermittelmenge so gering wie
möglich zu halten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Verbraucherleitungen
23 und 232 bzw. die Anschlußbohrung 21 mit den Durchlässen im Stellteil 3 und Rückschlagventil
10 dem jeweiligen Verbraucher 25 bzw. der benötigten Druckmittelmenge angepaßt,
also im Durchmesser unterschiedlich sein, insbesondere kann dadurch das Ubersetzungsverhältnis
zwischen den beiden Kammern 24 und 24 infolge der durch die Kammer 24 hindurchragenden
Kolbenstange 42 kompensiert werden, so daß in beiden Richtungen gleichartige Stellwirkung
eintritt. Diese Angleichung ist unabhängig vom Vorsteuerventil 38. So zeigt z.B.
die Figur 2 ein Stellteil 3, das unten einen im Durchmesser abgesetzten Steuerkolben
43 aufweist, der durch die Bohrung 5 vom Steuermittel beaufschlagt wird. Durch den
großen Durchmesser des Stellteiles 3 können so entsprechend größere Zentralbohrungen
9 und 9t angeordnet und demzufolge größere Druckmittelmengen gefördert werden als
mit kleineren Durchlässen. Endlich kann auch jede Einheit 2 und 2 in einem separaten
mit Zuleitung 29 und Rückleitung 35 versehenen Gehäuse 1 angeordnet sein, so daß
jede Einheit 2 und 28 raumsparend an der geeigneten Stelle untergebracht werden
kann, wobei die Anordnung des Vorsteuerventils 38 entsprechend erfolgt.
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Andererseits können auch mehr als zwei Einheiten 2 und 2 in einem
Gehäuse 1 gemeinsam vorgesehen sein, wenn ein gemeinsamer Plattenaufbau wünschenswert
erscheint, wobei für alle oder gruppenweise ein Vorsteuerventil 38 vorgesehen ist,
um in Blockbauweise ganze Steuerserien zu erhalten, wobei wiederum bei einheitlichem
Vorsteuerventil 38 jede Einheit dem zugeordneten Verbraucher oder den zugeordneten
Verbrauchern entsprechend im Durchgangsquerschnitt angepaßt ist, um die wirtschaftlichste
Druckmittelversorgung zu erhalten. Bei allen Ausführungsformen wirkt sich vorteilhaft
aus, daß das auch als Hauptsteuerventil arbeitende Stellteil 3 mit Kammer 4 in die
Drei-Wege-Weiche integriert ist, also eine kompakte Baueinheit bildet, die lediglich
das vorgeschaltete Vorsteuerventil 38 benötigt. Als Druckmittel kann ein hydraulisches
oder auch ein pneumatisches verwendet werden.