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Die
Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit
einer als Sitzventil ausgebildeten Leistungsstufe und einer ein
Vorsteuerventil aufweisenden Vorsteuerstufe, wobei eine Fühlleitung
von der Druckseite der Leistungsstufe an dem Sitzventil vorbei zum
Steuerraum des Vorsteuerventils geführt und der Federraum des Sitzventils
mittels einer Steuerleitung über
das Vorsteuerventil mit einem nachgeschalteten Tankanschluss verbindbar
ist.
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Ein
vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil ist beispielsweise aus dem
Katalog „Industriehydraulik" der Parker Hannifin
GmbH als Serie DSDU (Blatt 4–27)
bekannt. Bei dem bekannten Druckbegrenzungsventil besteht die Vorsteuerstufe
aus einem Sitzventil mit einem federvorgespannten Ventilkörper, bei
welchem neben der zwischen dem Federraum des Sitzventils der Leistungsstufe
und einem vor dem beweglichen Ventilelement befindlichen Steuerraum
des Vorsteuer-Sitzventils bestehenden Verbindung eine von der in
dem jeweils anstehenden Druck zu überwachenden Druckseite der
Leistungsstufe zu dem Vorsteuerventil geführte Fühlleitung angeordnet ist. Über eine
den Ventilkörper
des Sitzventils der Leistungsstufe durchstoßende Verbindung steht der
zu überwachende
Druck auch in dem Federraum des Sitzventils an. Mit Ansteigen des
druckseitig der Leistungs stufe des Druckbegrenzungsventils zu überwachenden
Drucks steht der Druck über den
im Federraum des Sitzventils anstehenden Druck unmittelbar auf einer
Teilfläche
des beweglichen, federabgestützten
Ventilelementes des Vorsteuerventils an, wobei der Druck über die
zusätzliche
Fühlleitung
auf eine verstärkende
Kolbenfläche des
Ventilelementes aufgebracht wird.
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Soweit
bei Druckbegrenzungsventilen generell angestrebt wird, einen konstanten
vor dem Ventil anstehenden Druck unabhängig von der Größe des durch
das Ventil fließenden
Volumenstroms einzustellen, wobei jedoch bei steigendem Volumenstrom wirksamen
Strömungskräfte einen
entsprechenden Druckanstieg zur Folge haben, soll mit dem bekannten
Druckbegrenzungsventil bereits eine flache p/Q-Kennlinie erreichbar
sein, die jedoch mit ansteigendem Volumenstrom immer noch einen
Druckanstieg mit sich bringt.
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In
der
DE 101 20 643
A1 ist ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit den
gattungsgemäßen Merkmalen
beschrieben, bei dem die Vorsteuerstufe unmittelbar an die Hauptstufe
angeschlossen ist, indem der Kolben der Hauptstufe mit einer Bohrung
durchsetzt ist, über
welche der am Eingangsanschluss anstehende Druck auch an der Vorsteuerstufe
anliegt. Die Vorsteuerstufe weist bereits eine bei der Schließbewegung
des Vorsteuerventilkörpers wirksame
Dämpfung
in Form einer Drossel auf.
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Weiterhin
ist aus der
DE 43 04
796 A1 ein der Gattung entsprechendes vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
bekannt, dessen als Sitzventil ausgebildetes Vorsteuerventil über zwei
Steuerkreise mit der Hauptstufe und mit einer weiteren zum Tank
führenden
Leitung verbunden ist. Der erste Steuerkreis umfasst die von der
Druckseite der Hauptstufe zum Vorsteuerventil geführte Fühlleitung,
in welche mindestens eine Dämpfungsdüse eingeschaltet
ist. Der andere Steuerkreis umfasst eine Steuerleitung, die über eine
Düsenanordnung
von der Druckseite der Hauptstufe über den Federraum der Hauptstufe
bis zum Vorsteuerventil geführt
ist.
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Bei
dem aus der
DE 23 22
421 A bekannten Druckbegrenzungsventil weist das mit einer
mehrfach abgesetzten Längsbohrung
versehene Vorsteuerventil Anschlüsse
jeweils für
die mit der Druckseite des Hauptsteuerventils verbundene Fühlleitung,
für eine
zum Tank führende
Leitung sowie für
eine zum Federraum des Hauptsteuerventils führende Leitung auf, wobei jeweils
Zulaufdrosseln und Rücklaufdrosseln
in die Fließwege
eingeschaltet sind.
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Die
DE 19 64 338 A offenbart
ein vorgesteuertes Druckventil, wobei die Steuerung des Hauptventils über ein
System von zwischen dem Druckraum vor dem Hauptventilkörper und
dem Vorsteuerventil einerseits und zwischen dem Hauptventilkörper und
dem Vorsteuerventil andererseits angeordnete Drosselstellen erfolgt.
Hierzu ist ein in einem Zylinderraum des Vorsteuerventils beweglicher
und der Öffnungsbewegung
des Vorsteuerventilkörpers
folgender kolbenartiger Körper
angeordnet, in welchem wenigstens eine vorsteuerventilseitige Drosselstelle ausgebildet
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
mit den gattungsgemäßen Merkmalen
so auszubilden, dass bei stabilem Steuerungsverhalten jeweils ein
nahezu gleich bleibender, unabhängig
von dem Volumenstrom anstehender Druck gegeben ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche
dieser Beschreibung nachgestellt sind.
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Die
Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass das Vorsteuerventil
als ein eine Dämpfung aufweisendes
Druckminderventil in einer vier Anschlüsse für die Fühlleitung, für eine Verbindung
zum Federraum des Sitzventils und für den Tankanschluss sowie zwei
Steuerkanten für
den Tankanschluss sowie einen Anschluss der Fühlleitung aufweisenden Kolbenschieber-Bauweise
ausgebildet ist, wobei die Fühlleitung
in einer Verzweigung geteilt und in den zum stirnseitigen, von der
Stirnfläche
des Kolbenschiebers begrenzten Steuerraum führenden Ast der Fühlleitung
hinter der Verzweigung ein federbelastetes Rückschlagventil mit einer Durchlassrichtung
zum Vorsteuerventil hin eingeschaltet und der zweite Ast der Fühlleitung
zu dem von der zugeordneten Steuerkante des Kolbenschiebers überfahrenen
Anschluss geführt
ist.
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Somit
beruht die Erfindung auf dem Grundgedanken, zur Vorsteuerung der
Leistungsstufe bei einem Druckbegrenzungsventil ein mit einer Dämpfung versehenes
Druckminderventil einer an sich bekannten Bauart einzusetzen, wobei
durch die zusätzliche
Einschaltung eines Rückschlagventils
in einen Ast der zum Druckminderventil verlaufenden Fühlleitung
in vorteilhafter Weise dafür
Sorge getragen wird, dass die bei einem Druckbegrenzungsventil bei
der gewünscht
flachen p/Q-Kennlinie gegebenen vergleichsweise kleinen Druckunterschiede
nicht zu einem instabilen Verhalten des als Vorsteuerstufe eingesetzten
Druckminderventils führen,
vielmehr der Kolbenschieber des Druckminderventils bei ansteigendem
Druck schnell in eine Stellung verfährt, in welcher der Federraum
des Sitzventils der Leistungsstufe zum Tank entlastet ist, während die
Verstellung des Kolbenschiebers in der Gegenrichtung vergleichsweise
langsam erfolgt, da das in dem von einem Ast der Fühlleitung
versorgten Steuerraum anstehende Volumen nur langsam aufgrund der
vorhandenen Dämpfung
abfließen
kann. Somit lässt sich
ein im wesentlichen paralleler Verlauf der p/Q-Kennlinie zur Q-Achse
einstellen. Ein derartiges, eine Dämpfung aufweisendes Druckminderventil
ist in einer Bauweise als direktgesteuertes Druckminderventil aus
dem Katalog „Industriehydraulik" der Parker Hannifin
GmbH als Serie VM (Blatt 4–71)
bekannt.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfung des Druckminderventils
in dessen Kolbenschieber in dem zwischen dem an die Fühlleitung
angeschlossenen Steuerraum und dem zum Federraum des Sitzventils führenden
Anschluss angeordneten und die Steuerkante zur Steuerung des Anschlusses
für einen
Ast der Fühlleitung
aufweisenden Kolben des Kolbenschiebers angeordnet ist, wie dies
aus dem bereits genannten Druckminderventil gemäß Serie VM der Parker Hannifin
GmbH bekannt ist.
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Im
einzelnen kann hinsichtlich der Ausbildung der Dämpfung vorgesehen sein, dass
die Dämpfung
aus einer konstruktiv einteilig oder zweiteilig ausgeführten Parallelschaltung
von jeweils einseitig arbeitender Drossel und Rückschlagventil besteht. In
einer Ausführungsform
kann dabei vorgesehen sein, dass die Dämpfung aus zwei den Kolben durchsetzenden
Leitungen besteht, von denen eine Leitung mit einer festen Drossel
versehen und in die andere Leitung ein Rückschlagventil mit einer Durchlassrichtung
zum Steuerraum des Vorsteuerventils hin eingeschaltet ist. Es kann
auch vorgesehen sein, sowohl Drossel als auch Rückschlagventil in eine Leitung
zu integrieren.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die Dämpfung
des Druckminderventils in das Gehäuse des Kolbenschieber-Ventils
integriert ist.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Abschnitt der Fühlleitung
zwischen dem Anschluss an die Druckseite der Leistungsstufe und
ihrer Verzweigung eine feste Drossel eingeschaltet ist.
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In
der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes, vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
wiedergegeben, und zwar in 1a in
einer schematischen Darstellung und in 1b in
einer entsprechenden symbolischen Darstellung.
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Wie
sich zunächst
aus 1a ergibt, weist die Leistungsstufe 10 eines
vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils ein Sitzventil 11 auf,
welches einen Druckanschluss 12 für eine den zu überwachenden Druck
führende
Leitung (A) und einen Tankanschluss 13 für eine zum
Tank (B) führende
Leitung aufweist. Das Sitzventil 11 hat einen beweglichen
Ventilkörper 14,
der von einer in einem Federraum 16 angeordneten Feder 15 in
seine geschlossene Stellung vorgespannt ist, in welcher der Druckanschluss 12 gegen den
Tankanschluss 13 gesperrt ist.
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Die
Steuerung der Leistungsstufe 10 geschieht über ein
Vorsteuerventil 17, welches als Kolbenschieber-Ventil mit
einem Kolbenschieber 26 ausgebildet ist. Zu dem Vorsteuerventil 17 führt eine von
der Druckseite (A) des Sitzventils 11 abgehende Fühlleitung 18,
die sich an einer Verzweigung 19 in einen Ast 20 und
einen Ast 22 verzweigt. Der Ast 20 der Fühlleitung 18 führt zu einem
als vierter Anschluss des Vorsteuerventils 17 anzusehenden
Steueranschluss 40, wobei in den Ast 20 der Fühlleitung 18 ein
federbelastetes Rückschlagventil 21 eingeschaltet
ist, welche eine Durchlassrichtung zum Vorsteuerventil 17 hin
hat. Der Ast 22 der Fühlleitung 18 führt zu einem
an dem Vorsteuerventil 17 ausgebildeten Anschluss 23.
Das Vorsteuerventil 17 weist ferner einen Anschluss 24 auf,
von dem eine Verbindung (C) zum Federraum 16 des Sitzventils 11 führt, und schließlich hat
das Vorsteuerventil 17 einen Tankanschluss 25 für eine zum
Tank (Y) führende
Leitung.
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Entsprechend
hat der von einer Vorspannfeder 27 in eine Stellung gegen
den Steueranschluss 40 vorgespannte Kolbenschieber 26 zwei
Kolben 28 und 31, wobei der der Vorspannfeder 27 benachbarte Kolben 28 eine
Steuerkante 29 für
den Tankanschluss 25 ausbildet. Entsprechend hat der zweite Kolben 31 eine
Steuerkante 32 zur Steuerung des Anschlusses 23 für den Ast 22 der
Fühlleitung 18. Ferner
bildet der Kolben 31 stirnseitig eine Begrenzung eines
stirnseitigen Steuerraums 33 aus, an dessen Steueranschluss 40 der
Ast 20 der Fühlleitung 18 angeschlossen
ist. Zwischen den Kolben 28 und 31 liegt ein dem
Anschluss 24 zugeordneter Ringraum 30 derart,
dass in den jeweiligen Stellungen des Kolbenschiebers 26 die
Anschlüsse 23 und 24 beziehungsweise 24 und 25 miteinander
verbindbar sind.
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In
dem Kolben 31 des Kolbenschiebers 26 ist eine
Dämpfung
für die
Kolbenschieberbewegung ausgebildet, die symbolisch zwischen dem
Steuerraum 33 und dem Ringraum 30 durch den Kolben 31 verlaufende
Leitungen dargestellt ist, wobei die eine Leitung 34 mit
einer festen Drossel 36 und die andere Leitung 35 mit
einem Rückschlagventil 37 versehen ist,
welches eine Durchlassrichtung zum Steuerraum 33 hin aufweist.
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In
der in 1 dargestellten Betriebsstellung des
vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils liegt der bei (A) anstehende
Druck unterhalb des bei dem Druckbegrenzungsventil eingestellten Öffnungsdruckes,
so dass der Ventilkörper 14 des
Sitzventils 11 den Druckanschluss 12 gegen den
Tankanschluss 13 sperrt. Dies wird dadurch herbeigeführt, dass
sich der bei (A) anstehende Druck einerseits über die Fühlleitung 18 und den
Ast 20 in den Steuerraum 33 fortsetzt und hier
die Stirnfläche
des Kolbenschiebers 26 des Vorsteuerventils 17 entgegen
der Wirkung der Vorspannfeder 27 beaufschlagt. Andererseits
steht der Druck über
den von der Steuerkante 32 des Kolbens 31 freigegebenen
Anschluss 23 in dem Ringraum 30 und über den
Anschluss 24 auch im Federraum 16 des Sitzventils 11 an,
so dass der Ventilkörper 14 in
seine in 1 ersichtliche geschlossene Stellung
gedrückt
ist. Gleichzeitig wirkt der im Ringraum 30 anstehende Druck
auch auf die zugehörige Ringfläche des
Kolbens 28 des Kolbenschiebers 26 ein, so dass
sich die dadurch definierte Verschiebekraft zu der von dem im Steuerraum 33 herrschenden Druck
ausgehenden Verschiebekraft addiert. Aufgrund der herrschenden Verschiebekräfte wird
in der in 1 dargestellten Stellung
des Druckbegrenzungsventils die Federkraft der den Kolbenschieber 26 vorspannenden
Vorspannfeder 27 überlagert.
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Steigt
nun der Druck auf der Druckseite (A) des Sitzventils an, so wird
zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Zustand erreicht, bei dem die
von dem im Steuerraum 33 wie im Ringraum 30 anstehenden Druck
ausgeübte
Kraft der Federkraft der Vorspannfeder 27 entspricht. Bei
einem insoweit gegebenen Kräftegleichgewicht
stellt sich der Kolbenschieber 26 in eine Schwimmstellung
ein, bei der die Steuerkante 29 und 32 jeweils
eine geringe Öffnung
haben. Bei dieser Schwimmstellung stellt sich ein Druckausgleich
zwischen den Anschlüssen 23, 24 und
dem Steuerraum 33 ein. Dabei wird eine geringe Steuerölmenge über den
Anschluss 25 zum Tank abgeführt; diese Steuerölmenge wird
permanent über
die Fühlleitung 18 nachgeliefert.
Aufgrund des so bewirkten Druckausgleichs wird der Ventilkörper 14 des Sitzventils
nur noch durch die Kraft der Feder 15 in seiner Schließstellung
gehalten.
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Steigt
der Druck bei (A) weiter an, so überschreitet
die durch den in dem Steuerraum 33 anstehenden Druck ausgeübte Kraft
einschließlich
der über
den Ringraum 30 ausgeübten
Kraft die Federkraft der Vorspannfeder 27, so dass der
Kolbenschieber 26 in der Darstellung gemäß 1 nach rechts verschoben wird. Hierbei
wird der Anschluss 23 für die
Fühlleitung 18 durch
die Steuerkante 32 geschlossen und der Tankanschluss 25 von
der Steuerkante 29 freigegeben, so dass über die
nun offene Verbindung der Anschlüsse 24 und 25 der
im Federraum 16 des Sitzventils 11 anstehende
Druck sich abbauen kann. Damit kann sich aufgrund des Druckabfalls
im Federraum 16 der Ventilkörper 14 entgegen der
Wirkung der Feder 15 verschieben und dabei die Verbindung
zwischen dem Druckanschluss 12 und dem Tankanschluss 13 freigeben,
so dass sich der bei (A) anstehende zu hohe Druck zum Tank (B) hin
abbaut.
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Parallel
hierzu wird auch der im Steuerraum 33 anstehende Druck über die
die Drossel 36 aufweisende Leitung 34 in dem Kolben 31 des
Kolbenschiebers 26 zum Tankanschluss 25 hin entlastet.
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Erhöht sich
der Druck am Tankanschluss (B) [beispielsweise aufgrund zu enger
Leitungsquerschnitte] und/oder am Ventilkörper 14[beispielsweise aufgrund
der herrschenden Strömungskräfte], so
wirken sich diese Störkräfte umgehend
durch einen Druckanstieg bei (A) aus. Die zuvor beschriebenen Funktionen
werden durch den zusätzlichen
Druckanstieg bei (A) in eine Erhöhung
der auf den Kolbenschieber 26 einwirkenden Verschiebekräfte entgegen der
Federkraft der Vorspannfeder 27 umgesetzt. Somit werden
die vorgenannten Störkräfte bei
dem vorbeschriebenen, vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil kompensiert.
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Es
ist einsehbar, dass aufgrund der beiden von der Fühlleitung 18 ausgehenden
Anschlüsse 40 und 23 bei
entsprechendem Druckanstieg bei (A) die Bewegung des Kolbenschiebers 26 nach
rechts in die Öffnungsstellung
des Vorsteuerventils 17 entsprechend schnell geschieht.
Fällt der
Druck bei (A) wieder ab, so dass die Kraft der Vorspannfeder 27 in dem
Druckraum 33 wie auch im Ringraum 30 anstehenden,
dem Druck bei (A) entsprechenden Druck überwindet, so geschieht die
Rückstellung
des Kolbenschiebers 26 mit einer gegenüber der Öffnungsbewegung langsameren
Geschwindigkeit, weil sich der im Steuerraum 33 aufgrund
der Sperrung des Astes 20 der Fühlleitung 18 durch
das Rückschlagventil 21 anstehende
Druck nur über
den mit der Drossel 36 versehenen Leitungsweg 34 zum
Tankanschluss 25 abbauen kann, solange dieser noch nicht
vollständig von
der Steuerkante 29 des Kolbens 28 überfahren ist.
Aufgrund dieser unterschiedlich eingestellten Geschwindigkeit der
Bewegung des Kolbenschiebers 26 in dessen Öffnungsstellung
für den
Tankanschluss 25 einerseits und in dessen Schließstellung
dafür andererseits
ist auch bei Druckunterschieden eines nur geringen Ausmaßes eine
instabile Arbeitsweise des Vorsteuerventils 17 mit einem
Flattern von dessen Kolbenschieberbewegung vermieden.