DE10040737A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Ventilanordnung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit einem Druckmittel, wobei über ein Vorspannventil ein zur Verstellung einer Verstellpumpe erforderlicher Mindestdruck einstellbar ist. Der maximale Verbraucherdruck wird über ein Druckbegrenzungsventil begrenzt, wobei dem Druckbegrenzungsventil eine Pilotventilanordnung zugeordnet ist, über die der in Schließrichtung eines Staukörpers des Druckbegrenzungsventils wirksame Steuerdruck veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Ventilanordnung ist beispielsweise aus der DE 42 11 551 C2 und der DE 43 34 167 A1 bekannt und wird bei hydraulischen Systemen eingesetzt, bei denen ein Verbraucher über eine Verstellpumpe mit einem Druckmittel versorgt wird. Dabei ist zwischen der Verstell­ pumpe und dem Verbraucher ein Vorspannventil vorgesehen, das bei einem zur Verstellung des Fördervolumens der Verstellpumpe erforderlichen Mindestdruck die Verbindung zum Verbraucher öffnet. Dadurch ist si­ chergestellt, daß zwischen dem Druckanschluß der Verstellpumpe und dem Vorspannventil der zur Betätigung eines Stellgliedes der Verstellpumpe erforderliche Mindestdruck herrscht. Dieser Mindestdruck wird über das Stauventil abgedrosselt, so daß auch unterhalb dieses Druckes liegende Verbraucherdrücke einstellbar sind.

Bei den bekannten Lösungen ist das Vorspannventil mit einem Stau­ körper ausgeführt, der über eine Vorspannfeder gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Die von der Feder aufgebrachte Kraft entspricht dem Mindestdruck zur Verstellung der Verstellpumpe. Der Staukörper ist mit einem Ventilsitz ausgeführt, gegen den über die Vorspannfeder ein Ven­ tilkörper eines Druckbegrenzungsventils vorgespannt ist. Da die Wirk­ fläche des Ventilkörpers geringer ist, als diejenige des Staukörpers öffnet der Ventilkörper gegen die Kraft der Vorspannfeder erst bei Er­ reichen eines maximalen Verbraucherdruckes, bei dem über das Druckbe­ grenzungsventil eine Verbindung zu einem Tank aufgesteuert wird. Die Federrate der Vorspannfeder und die Flächenverhältnisse des Ventilkör­ pers und des Staukörpers werden in Abhängigkeit vom einzustellenden maximalen Verbraucherdruck und vom Mindestdruck gewählt.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß eine bei bestimmten Be­ triebszuständen des Verbrauchers erforderliche Änderung der Vorspann- und Maximaldrücke nicht möglich ist. Des weiteren muß bei der Ausle­ gung der Vorspannfeder ein geeigneter Kompromiß gefunden werden, der auf der einen Seite eine zuverlässige Begrenzung des maximalen Ver­ braucherdruckes gewährleistet auf der anderen Seite jedoch auch bei der Einstellung des Mindestdruckes ein weiches Ansprechen beim Abheben des Staukörpers von seinem Ventilsitz ermöglicht. Bei derartigen Lö­ sungen ist die Federrate der Vorspannfeder relativ hoch, so daß die Federkraftdifferenz in dem Bereich zwischen gerade abgehobenem Stau­ körper und vollständig aufgesteuertem Vorspannventil relativ hoch sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, daß die Ausbildung des Staukörpers mit integriertem Druckbegrenzungsventil einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ven­ tilanordnung zu schaffen, die eine Anpassung des maximalen Verbrau­ cherdruckes an unterschiedliche Betriebsbedingungen mit minimalem vor­ richtungstechnischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Ventilanordnung mit Druckbegrenzungsventil und einem Vorspannventil ausgeführt, dessen Staukörper als Ventilkör­ per über eine Vorspannfeder und über eine Pilotventilanordnung in Schließrichtung beaufschlagt ist. Die Pilotventilanordnung ist derart ausgelegt, daß sie eine Änderung des in Schließrichtung wirksamen Steuerdruckes ermöglicht, so daß entsprechend der maximal einstellbare Verbraucherdrucks variabel ist. Da der Staukörper erfindungsgemäß zu­ sätzlich von einem Steuerdruck in Schließrichtung vorgespannt ist, kann die Vorspannfeder schwächer als beim eingangs beschriebenen Stand der Technik ausgelegt werden.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der dem Staukörper zugeordnete Federraum über eine Düse mit dem Druckanschluß verbunden, wobei der Steuerdruck im Federraum durch ein parallel zur Pilotventilanordnung geschaltetes Stauventil begrenzbar ist, das zur Einstellung des zur Verstellung der Verstellpumpe erforderlichen Min­ destdruckes wirksam ist.

Hierzu kann beispielsweise der Staukörper mit einer ersten Steuer­ kante ausgeführt werden, über die eine die Verbindung zum Stauventil ermöglichender Drosselquerschnitt mit steigendem Verbraucherdruck zu­ steuerbar ist, so daß bei Erreichen des maximalen Verbraucherdruckes der den Staukörper in Schließstellung beaufschlagende Steuerdruck nur durch die Pilotventilanordnung vorgegeben ist, während im darunterlie­ genden Bereich der Steuerdruck durch das Stauventil und das Stromre­ gelventil vorgegeben ist.

Erfindungsgemäß kann der Staukörper mit einer weiteren Steuerkante ausgeführt werden, über die bei Überschreiten des über die Pilotven­ tilanordnung eingestellten maximalen Steuerdruckes ein Tankanschluß aufsteuerbar ist, so daß das Druckmittel direkt mit minimalen Druck­ verlusten zum Tank abströmen kann. D. h., bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist der vergleichsweise großflächige Staukörper auch Teil des Druckbegrenzungsventils, über das die Druckmittelströmung bei Erreichen des Maximaldruckes gesteuert wird. Die Pilotventilanordnung dient lediglich zur Einstellung des in Schließrichtung wirksamen Vor­ steuerdruckes, so daß diese mit geringen Querschnitt ausgelegt werden kann.

Das zur Einstellung des Mindestdruckes wirksame Stauventil wird vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildet, dessen Schließfeder ge­ meinsam mit der den Staukörper in Schließrichtung vorspannenden Vor­ spannfeder den Mindestdruck bestimmt.

Die Pilotventilanordnung kann beispielsweise als elektrisch ver­ stellbares Druckbegrenzungsventil oder durch eine Vielzahl von paral­ lel geschalteten Druckbegrenzungsventilen ausgeführt sein, die wahl­ weise über ein Wegeventil zuschaltbar sind.

Bei einem besonders einfach herstellbaren Ausführungsbeispiel ist der Staukörper mit einem die zweite Steuerkante ausbildenden Mantel­ durchbruch ausgeführt, über den bei Erreichen des maximalen Verbrau­ cherdruckes die Verbindung zum Tank aufsteuerbar ist.

Die Düse ist vorteilhafterweise im Boden des tassenförmig ausge­ bildeten Staukörpers ausgebildet.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung zur Verbindung eines Verbrauchers mit einer Verstellpumpe;

Fig. 2 bis 4 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Ven­ tilanordnung in unterschiedlichen Betriebszuständen.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltschema einer Ventilanordnung 1, über die ein hydraulischer Verbraucher 2, beispielsweise ein Aggre­ gat einer Spritzgußmaschine mit einer Verstellpumpe 4 verbindbar ist. Über die Ventilanordnung 1 kann der maximale Verbraucherdruck begrenzt und ein zur Betätigung der Stellglieder 6 der Verstellpumpe 4 erfor­ derlicher Mindestdruck eingestellt werden. Die Verstellpumpe 4 kann beispielsweise als Kolbenpumpe, vorzugsweise Axialkolbenpumpe oder Ra­ dialkolbenpumpe ausgeführt sein, wobei das Stellglied 6 durch einen Stellzylinder mit zugeordnetem Regelventil gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 hat einen Eingangsanschluß P, an den der Druckanschluß der Verstellpumpe 4 angeschlossen ist. Der Verbraucher 2 ist an einen Verbraucheranschluß A angeschlossen, wäh­ rend ein Tank 8 an einen Tankanschluß T angeschlossen ist.

Zur Einstellung des zur Verstellung der Verstellpumpe 4 erforderlichen Mindestdruckes ist in einer den Druckanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A verbindenden Druckleitung 10 ein Vorspannventil 12 angeordnet, dessen Staukörper über eine Vorspannfeder 14 in Schließ­ richtung und über den Druck in der Druckleitung 10 in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.

Zur Begrenzung des maximalen Verbraucherdruckes ist ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 16 vorgesehen, das in Schließ­ richtung durch einen über eine Pilotventilanordnung 18 vorgegebenen Vorsteuerdruck beaufschlagt ist. In der der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1 sind Ventil 12 und Druckbegrenzungsventil 16 getrennt vonein­ ander dargestellt - wie sich aus den nachfolgenden Erläuterungen er­ gibt, sind die beiden Bauelemente 12, 16 in einer gemeinsamen Ventil­ anordnung integriert, wobei die Vorspannfeder 14 auch den Ventilkörper des Druckbegrenzungsventil 16 in Schließrichtung vorspannt.

Über die Pilotventilanordnung 18 läßt sich der über eine Steuer­ leitung 20, in der sich eine Düse befindet, von der Druckleitung 10 abgegriffene Verbraucherdruck individuell in Abhängigkeit von den Be­ triebsbedingungen begrenzen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Pi­ lotventilanordnung drei parallel geschaltete, als Druckbegrenzungsven­ tile ausgeführte Vorsteuerventile 22, 23, 24, wobei das eine Vorsteu­ erventil 22 direkt in die Steuerleitung 20 geschaltet ist, während den beiden verbleibenden Vorsteuerventilen 23, 24 ein vorzugsweise elek­ trisch verstellbares Wegeventil 26 vorgeschaltet ist, über das eines der beiden Vorsteuerventile 23, 24 wahlweise zuschaltbar ist. In der dargestellten Grundstellung des Wegeventils 26 ist das Vorsteuerventil 22 wirksam, über das der maximal wirksame Verbraucherdruck auf einen Höchstdruck begrenzbar ist. Die beiden Vorsteuerventile 23, 24 begren­ zen den maximalen Verbraucherdruck auf niedrigere Drücke als das Vor­ steuerventil 22, so daß durch Umschalten des Wegeventils 26 und durch entsprechendes Zuschalten des Vorsteuerventils 23 oder 24 entsprechend veränderte Maximalverbraucherdrücke einstellbar sind.

Anstelle mehrerer parallel geschalteter Druckbegrenzungsventile kann - wie in Fig. 1 angedeutet - auch ein elektrisch verstellbares Druckbegrenzungsventil 28 als Pilotventil verwendet werden. Der Aus­ gangsanschluß der Pilotventilanordnung 18 ist an den Tankanschluß T angeschlossen.

Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung durch ei­ ne Ventilanordnung 1, mit der die in Fig. 1 dargestellte Schaltung realisiert ist. Demgemäß hat die Ventilanordnung 1 ein Ventilgehäuse 30, in dessen Ventilbohrung 32 ein Staukörper 34 geführt ist. Dieser ist über die Vorspannfeder 14 gegen einen Ventilsitz 36 vorgespannt, so daß der Druckanschluß P gegenüber dem Arbeitsanschluß A abgesperrt ist. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, wirkt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Staukörper 34 als gemein­ sames Ventilglied sowohl für das Ventil 12 als auch für das Druckbe­ grenzungsventil 16.

Der Staukörper 34 ist als tassenförmiger Kolben ausgeführt, in dessen Boden die Düse 38 angeordnet ist, über die der Innenraum 40 des Kolbens mit einem Federraum 42 der Ventilanordnung 1 verbindbar ist. D. h., der Druck am Druckanschluß P wird in Schließstellung des Stau­ körpers 34 über den Innenraum 40 und die Düse 38 in den Federraum 42 übertragen, so daß der Staukörper 34 neben der Kraft der Vorspannfeder 14 durch den Steuerdruck im Federraum 42 in Schließstellung vorge­ spannt ist.

Im Federraum 42 mündet ein Vorspannanschluß 44, der über eine Tankleitung 46 mit dem Tank 8 verbunden ist. In der Tankleitung 46 ist ein als Stauventil wirksames Rückschlagventil 48 vorgesehen, dessen Schließfeder 50 in Abhängigkeit von dem zur Verstellung der Verstell­ pumpe 4 einzustellenden Mindestdruck gewählt ist. Der Vorspannanschluß 44 bildet einen Drosselquerschnitt 52 aus, der während der Axial bewe­ gung des Staukörpers 34 durch dessen bodenseitige Umfangskante 54 zu- bzw. aufsteuerbar ist.

Im Bereich zwischen dem Ventilsitz 36 und dem Vorspannanschluß 44 mündet in der Axialbohrung 32 ein Druckbegrenzungsanschluß 56, der stromabwärts des Rückschlagventils 48 mit der Tankleitung 46 verbunden ist. Dieser Druckbegrenzungsanschluß 56 kann beim Abheben des Staukör­ pers 34 vom Ventilsitz 36 durch eine weitere Steuerkante 58 aufgesteu­ ert werden, die durch einen Durchbruch 60 im Mantel des Staukörpers 34 gebildet ist.

Im Federraum 42 der Ventilanordnung 1 mündet des weiteren eine zum elektromagnetisch proportional verstellbaren Druckbegrenzungsventil 28 führende Vorsteuerleitung 62.

Fig. 2 zeigt die Ventilanordnung in ihrer Grundposition, in der der Druck am Arbeitsanschluß A geringer als der für die Verstellung der Verstellpumpe 4 erforderlichen Mindestdruck ist. Es sei angenom­ men, daß das Druckbegrenzungsventil 28 auf 192 bar eingestellt ist und die Kraft der Vorspannfeder 14 einem Druck von 8 bar und die Kraft der Schließfeder 50 einem Druck von 10 bar entspricht. Demgemäß öffnet das Rückschlagventil 48 bei einem Druck von 10 bar im Federraum 42, so daß die Rückseite des Staukörpers 34 mit einer Kraft in Schließrichtung beaufschlagt ist, die einem Druck von 18 bar (Schließfeder 14 8 bar, Rückschlagventil 48 10 bar) entspricht. Bei Erreichen dieses Mindest­ druckes im Druckanschluß P wird der Staukörper 34 gemäß der Darstel­ lung in Fig. 2 von seinem Ventilsitz 36 abgehoben und die Verbindung zum Verbraucheranschluß A aufgesteuert. Dabei wird durch das sich öff­ nende Stauventil 16 der Mindestdruck auf den vom Verbraucher benötig­ ten Lastdruck abgedrosselt. Die Ventilanordnung ist in Staufunktion. Es fließt ein Steuerölstrom, dessen Größe vom Querschnitt der Düse 38 und der Druckdifferenz (von 8 bar) über der Düse bestimmt ist, über die Düse 18 und das Rückschlagventil 48 zum Tank.

Auch bei einem Lastdruck höher als 18 bar im Arbeitsanschluß A herrscht am Staukörper 34 nur dann ein Kräftegleichgewicht, wenn der Druck im Federraum 42 um 8 bar, nämlich um das Druckäquivalent zur Kraft der Vorspannfeder 14, kleiner ist als der Lastdruck. Bei einem über 18 bar liegenden Lastdruck nimmt somit der Staukörper 34 eine Po­ sition nahe der nach Fig. 2 ein, in der er mit seiner Umfangskante 54 einen Drosselquerschnitt 52 zwischen dem Federraum 42 und dem Vor­ spannanschluß 44 so steuert, daß die bei einer Druckdifferenz von 8 bar über die Düse 38 dem Federraum 42 zufließende Steuerölmenge gleich der bei einer Druckdifferenz von Lastdruck minus 8 bar (= Druck im Federraum 42) minus 10 bar (= Vorspanndruck des Rückschlagventils 48) aus dem Federraum 42 über das Rückschlagventil 48 zum Tank 8 ab­ fließenden Ölmenge ist.

Die Ventilanordnung hat in einem solchen Betriebszustand praktisch keine Funktion.

Mit ansteigendem Druck am Verbraucheranschluß A wird der Drossel­ querschnitt 52 immer mehr zugesteuert. Solange der Lastdruck ein Ni­ veau hat, das das Druckbegrenzungsventil 28 nicht ansprechen läßt, verbleibt der Staukörper 34 in einer Position unterhalb der in Fig. 3 gezeigten Position, in der der Drosselquerschnitt 52 gerade noch etwas offen sein möge.

Bei Überschreiten des über das Druckbegrenzungsventil 28 einge­ stellten Maximaldruckes im Federraum 42 von 192 bar, d. h. einem am Verbraucher wirksamen maximalen Lastdruck von 200 bar (8 bar Vorspann­ feder 14, 192 bar Druckbegrenzungsventil 28), öffnet das Druckbegren­ zungsventil 28, so daß das dem Federraum 42 zufließende Steueröl über die Vorsteuerleitung 62 zum Tank 8 fließen und der Druck im Federraum 42 nicht weiter ansteigen kann. Der Vorsteuerkörper 34 kann dann gemäß Fig. 4 über die in Fig. 3 dargestellte Position hinausbewegt werden, so daß nach einem vorbestimmten Hub über die weitere Steuerkante 58 der Druckbegrenzungsanschluß 56 aufgesteuert wird. Es kann Druckmittel direkt über den Innenraum 40 und den Durchbruch 60 in die Tankleitung 46 und somit zum Tank 8 hin abströmen, so daß der Druck im Verbrau­ cheranschluß A einen Wert knapp über 200 bar nicht überschreiten kann. Die Ventilanordnung befindet sich in ihrer Druckbegrenzungsfunktion.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind somit das Stauventil 12 und das Druckbegrenzungsventil 16 ineinander integriert, wobei der Stau­ körper 34 als gemeinsames Ventilglied für beide Bauelemente wirkt. Der zu begrenzende Systemdruck kann auf einfache Weise über das Pilotven­ til 28 eingestellt werden, so daß die Ventilanordnung an unterschied­ liche Betriebsbedingungen anpaßbar ist.

Wie eingangs erwähnt, kann anstelle des elektrisch verstellbaren Druckbegrenzungsventils 28 auch eine Parallelschaltung von festeinge­ stellten Druckbegrenzungsventilen oder eine ähnliche Ventilanordnung verwendet werden.

Offenbart ist eine Ventilanordnung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit einem Druckmittel, wobei über ein Vor­ spannventil ein zur Verstellung einer Verstellpumpe erforderlicher Mindestdruck einstellbar ist. Der maximale Verbraucherdruck wird über ein Druckbegrenzungsventil begrenzt, wobei dem Druckbegrenzungsventil eine Pilotventilanordnung zugeordnet ist, über die der in Schließrich­ tung eines Staukörpers des Druckbegrenzungsventils wirksame Steuer­ druck veränderbar ist.

Bezugszeichenliste

1

Ventilanordnung,

2

Verbraucher

4

Verstellpumpe

6

Stellglied

8

Tank

10

Druckleitung

12

Vorspannventil

14

Vorspannfeder

16

Druckbegrenzungsventilanordnung

18

Pilotventilanordnung

20

Steuerleitung

22

Vorsteuerventil

23

Vorsteuerventil

24

Vorsteuerventil

26

Wegeventil

28

elektrisch betätigbares Druckbegrenzungsventil

30

Ventilgehäuse

32

Ventilbohrung

34

Staukörper

36

Ventilsitz

38

Düse

40

Innenraum

42

Federraum

44

Vorspannanschluß

46

Tankleitung

48

Rückschlagventil

50

Schließfeder

52

Drosselquerschnitt

54

Umfangskante

56

Druckbegrenzungsanschluß

58

weitere Steuerkante

60

Durchbruch

62

Vorsteuerleitung

Claims (10)

1. Ventilanordnung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers (2) mit Druckmittel, das von einer Verstellpumpe (4) aus einem Tank (8) ansaugbar ist, mit einem Vorspannventil (12), dessen über eine Vorspannfeder (14) gegen einen Ventilsitz (36) vorgespannter Staukörper (34) bei Erreichen eines zur Verstellung der Verstellpumpe (4) erforderlichen Mindestdruckes die Verbindung zum Verbraucher aufsteuert, und mit einem Druckbegrenzungsventil (16) zur Begrenzung des maximalen Verbraucherdruckes, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Druckbegrenzungsventil (16) eine Pilotventilan­ ordnung (18, 28) zur Veränderung des über das Druckbegrenzungsven­ til (16) einstellbaren maximalen Verbraucherdruckes zugeordnet ist.

2. Ventilanordnung nach Patentanspruch 1, mit einem Druckbegrenzungs­ anschluß (56), der durch den Staukörper (34) aufsteuerbar ist und der eine Verbindung zwischen einem Druckanschluß (P) und einem Tankanschluß (T) ermöglicht.

3. Ventilanordnung nach Patentanspruch 2, wobei die Pilotventilanord­ nung (18, 28) über eine Vorsteuerleitung (62) an einen dem Stau­ körper (34) zugeordneten Federraum (42) angeschlossen ist, der über eine Düse (38) mit dem Druckanschluß (P) der Ventilanordnung (1) und der über ein Stauventil (48) und einen veränderbaren Dros­ selquerschnitt (52) mit dem Tank (8) verbindbar ist.

4. Ventilanordnung nach Patentanspruch 3, wobei der Staukörper (34) eine erste Steuerkante (54) hat über die der Drosselquerschnitt (52) mit steigendem Verbraucherdruck zusteuerbar ist.

5. Ventilanordnung nach Patentanspruch 4, wobei der Staukörper (34) eine weitere Steuerkante (58) hat, über die bei Überschreiten des über die Pilotventilanordnung (18, 28) eingestellten maximalen Verbraucherdruckes der Druckbegrenzungsanschluß (56) aufsteuerbar ist.

6. Ventilanordnung nach Patentanspruch 5, wobei die weitere Steuer­ kante (58) durch einen Durchbruch (60) im Mantel des Staukörpers (34) gebildet ist.

7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wo­ bei das Stauventil ein Rückschlagventil (48) ist.

8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wo­ bei die Pilotventilanordnung ein elektrisch verstellbares Druckbe­ grenzungsventil (28) hat.

9. Ventilanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei die Pilotventilanordnung (18) eine Vielzahl von Druckbegrenzungsventi­ len (22, 23, 24) hat, die über ein Wegeventil (26) wahlweise zu­ schaltbar sind.

10. Ventilanordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 9, wobei die Düse (38) im Boden des Staukörpers (34) angeordnet ist.