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Die
Erfindung betrifft ein Lasthalteventil für die Betätigung
eines doppelt wirkenden hydraulischen Druckmittelzylinders, mit
einem Ventilblock, enthaltend
- – erste
Leitungsbohrungen, die an den ersten Arbeitsraum des Druckmittelzylinders
anschließbar sind,
- – zweite Leitungsbohrungen, die an den zweiten Arbeitsraum
des Druckmittelzylinders anschließbar sind,
- – ein den ersten Leitungsbohrungen zugeordnetes, aufsteuerbares
erstes Rückschlagventil, dessen im Schließsinne
federbelastetes Verschlussstück den Zufluss von Druckmittel
zum ersten Arbeitsraum des Druckmittelzylinders zulässt
und den Abfluss von Druckmittel aus diesem Arbeitsraum unterbindet,
- – ein den zweiten Leitungsbohrungen zugeordnetes, aufsteuerbares
zweites Rückschlagventil, dessen im Schließsinne
federbelastetes Verschlussstück den Zufluss von Druckmittel
zu dem zweiten Arbeitsraum des Druckmittelzylinders zulässt
und den Abfluss von Druckmittel aus diesem Arbeitsraum unterbindet,
- – wobei die ersten Leitungsbohrungen und die zweiten
Leitungsbohrungen alternierend an eine unter Druck stehende Druckmittelquelle
oder einen drucklosen Druckmitteltank anschließbar sind,
- – und wobei die beiden Rückschlagventile einander
gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Achse angeordnet
sind und zwischen diesen beiden Rückschlagventilen ein
entlang dieser Achse verschiebbaren, doppelt wirkender Aufstoßkolben angeordnet
ist, der bei Druckbeaufschlagung der ersten Leitungsbohrung das
Verschlussstück des zweiten Rückschlagventils
aufsteuert und bei Druckbeaufschlagung der zweiten Leitungsbohrungen
das Verschlussstück des ersten Rückschlagventils
aufsteuert.
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Ein
derartiges Lasthalteventil wird beispielsweise in der
DE 199 25 204 B4 diskutiert.
Es hat den Vorteil, dass der Druckmittelzylinder nach jeder Betätigung
durch Druckbeaufschlagung der ersten bzw. der zweiten Leitungsbohrungen
hydraulisch in der jeweils erreichten Stellung fixiert wird und
durch die auf ihn aufwirkende Last nicht mehr verstellt werden kann.
Eine weitere Verstellung des doppelt wirkenden Druckmittelzylinders
ist nur möglich, wenn entweder die ersten oder die zweiten
Leitungsbohrungen erneut mit Druckmitteldruck beaufschlagt werden.
Dieser Druckmitteldruck steuert dann nämlich mit Hilfe
des Aufstoßkolbens automatisch das im Abflussweg des sich
verkleinernden Druckraums des Druckmittelzylinders liegende Rückschlagventil
gegen die Kraft von dessen Schließfeder in die Öffnungsstellung,
so dass das Druckmittel dort zum drucklosen Tank hin abfließen
kann.
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Ein
Problem bei dem bekannten Lasthalteventil besteht darin, dass wegen
der Blockade der Abflusswege im Lasthaltestatus durch auf den Druckmittelzylinder
einwirkende Kräfte unzulässig hohe Drücke
im Hydrauliksystem entstehen können, die zu Schäden
am Hydrauliksystem führen, beispielsweise durch Aufreißen
von Zylinderkörpern, Platzen von Schläuchen oder
durch die Zerstörung von Dichtungen. Dieses Problem wird üblicherweise
durch an den Druckmittelzylinder angeschlossene Druckbegrenzungsventile
gelöst, mit deren Hilfe bei Überlast Druckmittel
aus den überlasteten Arbeitsräumen des Druckmittelzylinders
abgespritzt werden kann.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine gleichwirkende Überlastsicherung
raumsparend in den Ventilblock des Lasthalteventils zu integrieren.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend
von einem Lasthalteventil der eingangs genannten Art vor, dass in
den Ventilblock ein erstes Druckbegrenzungsventil angeordnet wird, welches
mit seiner Druckseite zwischen dem ersten Rückschlagventil
und dem Druckmittelzylinder an die ersten Leitungsbohrungen angeschlossen
ist, und in dem Ventilblock weiterhin ein zweites Druckbegrenzungsventil
angeordnet wird, welches mit seiner Druckseite zwischen dem zweiten
Rückschlagventil und dem Druckmittelzylinder an die zweiten
Leitungsbohrungen angeschlossen ist.
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Beim
Lasthalteventil gemäß der Erfindung sind die den
Druckmittelzylinder gegen Überlastung schützenden
Sicherheitseinrichtungen erstmals raumsparend in den Ventilblock
des Lasthalteventils integriert.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die drucklose Seite des ersten Druckbegrenzungsventils innerhalb
des Ventilblocks vor dem zweiten Rückschlagventil an die zweiten
Leitungsbohrungen angeschlossen ist, und die drucklose Seite des
zweiten Druckbegrenzungsventils innerhalb des Ventilblocks vor dem
ersten Rückschlagventil an die ersten Leitungsbohrungen angeschlossen
ist.
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Hierdurch
wird erreicht, dass das von den Druckbegrenzungsventilen im Überlastungsfall
abgespritzte Druckmedium im Ventilblock innerhalb des Hydrauliksystems
verbleibt und kein Druckmittel in die Atmosphäre abgespritzt
zu werden braucht. Hierdurch werden Druckmittelverluste und Verschmutzungen
des Umfeldes durch Druckmittel vermieden.
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Zweckmäßig
sind die Druckbegrenzungsventile jeweils mit einem federbelasteten
Verschlussstück versehen, wobei die ersten Leitungsbohrungen durch
den Federaufnahmeraum des zweiten Druckbegrenzungsventils und die
zweiten Leitungsbohrungen durch den Federaufnahmeraum des ersten Druckbegrenzungsventils
verlaufen. Durch diese Maßnahme werden zusätzliche
Leitungsbohrungen für das von den Druckbegrenzungsventilen
abgespritzte Druckmedium überflüssig, so dass
sich eine Reduzierung des Fertigungsaufwands für den Ventilblock
ergibt.
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Zweckmäßig
ist der Aufstoßkolben mit einem mittig angeordneten Kolbenkörper
größeren Durchmessers und an beiden Seiten mit
auf die Verschlusskörper der Rückschlagventile
einwirkenden Stößeln versehen. Durch diese Ausgestaltung
des Aufstoßkolbens können mit dem Aufstoßkolben
ausreichend große Kräfte zum Aufsteuern der Rückschlagventile
aufgebracht werden.
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Für
eine besondere Leichtgängigkeit des Aufstoßkolbens
ist dessen Kolbenkörper metallisch dichtend in einer Aufnahmebohrung
des Ventilkörpers geführt und an seinen die Stößel
umgebenden Ringflächen mit Dichtungen versehen, die sich
in den beiden Endstellungen des Kolbenkörpers jeweils axial
dichtend an entsprechende Gegenflächen der Rückschlagventile
anlegen. Die besonders leichtgängige metallische Dichtung
zwischen dem Kolbenkörpers des Aufstoßkolbens
und der Innenwand der Aufnahmebohrung ist systembedingt nicht vollständig dicht
und lässt während des Verschiebevorgangs des Aufstoßkolbens
geringfügige Kurzschlussverluste zu. Dieser Kurzschlussverlust
an Druckmittel werden jedoch in den Endstellungen des Aufstoßkolbens
durch die den Ringflächen zugeordneten ringförmigen Dichtungen
vermieden, die sich in den beiden Endstellungen des Kolbenkörpers
jeweils axial dichtend an den entsprechenden Flächen der
Rückschlagventile anlegen.
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Um
die oben diskutierten Kurzschlussverluste zu vermeiden, sieht eine
alternative Ausführungsform des Lasthalteventils gemäß der
Erfindung vor, dass der Kolbenkörper des Aufstoßkolbens
an seinem Umfang mit einem oder mehreren Dichtungsringen versehen
ist, die dichtend am inneren Umfang eines Aufnahmeraums im Ventilblock
anliegen, und dass der Aufstoßkolben bei fehlender Druckbeaufschlagung
durch beidseitig angeordnete Rückstellfedern in einer neutralen
Mittelstellung gehalten wird. Durch die hier verwendeten Dichtungsringe
am äußeren Umfang des Kolbenkörpers werden
die oben angesprochen Leckverluste vollständig vermieden. Die
durch die Dichtungsringe verursachten Reibungskräfte beeinträchtigen
allerdings die Leichtgängigkeit des Aufstoßkolbens.
Aus diesem Grund wird er – um Fehlsteuerungen zu vermeiden – von
den beiden Rückstellfedern bei fehlender Druckbeaufschlagung
in der neutralen Mittelstellung gehalten.
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Der
kompakte Ventilblock ist zweckmäßig mit Befestigungslöchern
zum Anflanschen an einen Druckmittelzylinder versehen. Aufgrund
seines kompakten Aufbaus hat er beispielsweise nur Außenabmessungen
von 40 mm × 60 mm × 90 mm.
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Ein
Lasthalteventil gemäß der Erfindung wird im folgenden
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1:
schematisch ein hydraulisches Schaltbild des Lasthalteventils gemäß der
Erfindung;
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2:
einen horizontalen Schnitt durch den Ventilblock des Lasthalteventils
gemäß der Erfindung mit den darin angeordneten
Rückschlagventilen und Druckbegrenzungsventilen;
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3:
in gleicher Darstellung wie 2 ein Lasthalteventil
gemäß der Erfindung mit einem alternativ ausgebildeten
Aufstoßkolben.
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In
der Zeichnung ist der Ventilblock des Lasthalteventils mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Dieser
Ventilblock hat eine Baugröße von etwa 40 mm × 60
mm × 90 mm. In dem Ventilblock 1 befinden sich
erste Leitungsbohrungen 2, die von einem Anschluss A zu
einem Anschluss A1 führen, und weiterhin zweite Leitungsbohrungen 3,
die von an einem Anschluss B zu einem Anschluss B1 führen.
Die Anschlüsse A und B sind alternierend an eine unter Druck
stehende Druckmittelquelle P oder einen drucklosen Druckmitteltank
T anschließbar. An den Anschluss A1 ist der erste Arbeitsraum 4 eines Druckmittelzylinders 5 angeschlossen.
An den Anschluss B1 ist der zweite Arbeitsraum 6 dieses Druckmittelzylinders 5 angeschlosen.
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In
dem Ventilblock 1 sind weiterhin im Schließsinne
federbelastete Rückschlagventile 7 und 8 angeordnet.
Das erste Rückschlagventil 7 ist derart an die
erste Leitungsbohrung 2 angeschlossen, dass es den Durchfluss
von Druckmittel von A nach A1, d. h. die Druckbeaufschlagung des
ersten Arbeitsraums 4 des Druckmittelzylinders 5 zulässt
und den Rückfluss von Druckmittel von A1 nach A1, d. h.
den Abfluss von Druckmittel aus diesem Arbeitsraum des Druckmittelzylinders 5 unterbindet.
Das zweite Rückschlagventil 8 ist derart an die
zweiten Leitungsbohrungen 2 angeschlossen, dass es den
Durchfluss von B nach B1, d. h. die Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 6 des
Druckmittelzylinders 5 zulässt und den Rückfluss
von B1 nach B, d. h. den Abfluss von Druckmittel aus dem Arbeitsraum 6 des
Druckmittelzylinders 5 unterbindet. Beide Rückschlagventile 7 und 8 sind
aufsteuerbar ausgebildet, und zwar dergestalt, dass bei Druckbeaufschlagung
des Rückschlagventils 7 das Rückschlagventil 8 aufgesteuert wird
und bei Druckbeaufschlagung des Rückschlagventils 8 das
Rückschlagventil 7 aufgesteuert wird. Die Aufsteuerung
der beiden Rückschlagventile 7 und 8 ist
in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. Die konkrete
Ausgestaltung dieser Aufsteuerung wird nachfolgend noch anhand der 2 und 3 im
einzelnen erläutert.
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Wie
aus 1 weiter ersichtlich ist, enthält der
Ventilblock 1 erfindungsgemäß weiterhin
zwei Druckbegrenzungsventile 9 und 10. Das erste
Druckbegrenzungsventil 9 ist mit seiner Druckseite zwischen
dem ersten Rückschlagventil 7 und dem Druckmittelzylinder 5 an
die ersten Leitungsbohrungen 2 angeschlossen und mit seiner
drucklosen Seite vor dem zweiten Rückschlagventil 8 an
die zweiten Leitungsbohrungen 3 angeschlossen. Das zweite Druckbegrenzungsventil 10 ist
demgegenüber mit seiner Druckseite zwischen dem zweiten
Rückschlagventil 8 und dem Druckmittelzylinder
an die zweiten Leitungsbohrungen 3 angeschlossen und mit seiner
drucklosen Seite vor dem ersten Rückschlagventil 7 an
die ersten Leitungsbohrungen 2 angeschlossen. Die konstruktive
Ausgestaltung und Anordnung der in 1 nur schematisch
dargestellten Druckbegrenzungsventile 9 und 10 wird
nachfolgend noch anhand der 2 und 3 im
einzelnen erläutert.
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Der
Ventilblock 1 kann ggf., wie in 1 dargestellt,
noch weitere Anschlüsse A2 und B2 aufweisen, wobei A2 hinter
dem ersten Rückschlagventil 7 an die ersten Leitungsbohrungen 2 und
B2 hinter dem zweiten Rückschlagventil 8 an die
Leitungsbohrung 3 angeschlossen ist. Diese Anschlüsse
A2 und B2 sind normalerweise verschlossen und können im Bedarfsfall
zum Anschluss eines weiteren Druckmittelzylinders verwendet werden,
beispielsweise wenn an dem in der Zeichnung dargestellten Druckmittelzylinder 5 Schäden
auftreten und dieser substituiert werden muss.
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Wie
sich aus 2 ergibt, sind die beiden Rückschlagventile 7 und 8 als
in den Ventilblock 1 eingeschraubte Ventile ausgebildet,
welche einander gegenüberliegend auf einer gemeinsamen
Achse angeordnet sind und jeweils mit einem verschiebbaren Verschlussstück 7a bzw. 8a versehen
sind, welches von einer Schließfeder 7b bzw. 8b in
der Schließstellung gehalten wird und bei Druckbeaufschlagung
des Rückschlagventils 7 bzw. 8 in Durchflussrichtung
gegen die Kraft der Schließfeder 7b bzw. 8b vom Schließsitz
des Rückschlagventils 7 bzw. 8 abgehoben
wird.
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Zwischen
den beiden Rückschlagventilen 7 und 8 ist
ein Aufstoßkolben 11 angeordnet, der auf der gleichen
Achse wie die beiden Rückschlagventile 7 und 8 liegt
und in einer Aufnahmebohrung des Ventilblocks 1 verschiebbar
ist. Der Aufstoßkolben 11 ist mit einem mittig
angeordneten Kolbenkörper 12 größeren
Durchmessers und an beiden Enden mit auf die Verschlussstücke 7a und 8a der
Rückschlagventile 7 und 8 gerichteten
Stößeln 13 kleineren Durchmessers versehen.
Die Aufnahmebohrung des Aufstoßkolbens 11 ist
mit einem Ende an die Leitungsbohrung 2 und mit dem anderen
Ende an die Leitungsbohrung 3 angeschlossen, derart, dass
der Aufstoßkolben 11 bei Druckbeaufschlagung der
ersten Leitungsbohrung 2 in Richtung auf das zweite Rückschlagventil 8 verschoben
wird und mit seinem Stößel 13 das Verschlussstück 8a des
Rückschlagventils 8 gegen die Schließkraft
von dessen Schließfeder 8b in die Öffnungsstellung
verschiebt. Umgekehrt wird bei Druckbeaufschlagung der zweiten Leitungsbohrungen 3 der
Aufstoßkolben 11 in Richtung auf das Rückschlagventil 7 verschoben
und stößt mit seinem Stößel 13 in
dessen Verschlussstück 7a gegen die Kraft der
Schließfeder 7b in die Öffnungsstellung. Fehlt
eine Druckbeaufschlagung des Aufstoßkolbens 11,
so kehrt dieser in seine neutrale Mittelstellung zurück,
so dass beide Arbeitsräume 4 und 6 des
Druckmittelzylinders 5 durch die Rückschlagventile 7 und 8 gegen
den Abfluss von Druckmittel gesperrt sind und der Arbeitszylinder 5 in
seiner Stellung hydraulisch blockiert ist.
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Die
beiden Druckbegrenzungsventile 9 und 10 sind ebenfalls
als in den Ventilblock 1 eingeschraubte Ventile ausgebildet
und weisen jeweils ein im Schließsinne federbelastetes
Verschlussstück 9a bzw. 10a auf, welches
hier die Form einer Kugelkalotte hat. Das Druckbegrenzungsventil 9 ist
mit seiner Druckseite zwischen dem ersten Rückschlagventil 7 und
dem Druckmittelzylinder 5 an die ersten Leitungsbohrungen 2 angeschlossen. Ähnlich
ist das Druckbegrenzungsventil 10 mit seiner Druckseite zwischen
dem zweiten Rückschlagventil 8 und dem Druckmittelzylinder 5 an
die zweiten Leitungsbohrungen 3 angeschlossen. Auf diese
Weise sind die beiden durch die Rückschlagventile 7 und 8 blockierten Arbeitsräume 4 und 6 des
Druckmittelzylinders 5 gegen Überdruck gesichert.
Beim Ansprechen der Druckbegrenzungsventile 9 und 10 wird
das abgespritzte Druckmittel wieder dem Druckmittelsystem zugeführt.
Diese geschieht dadurch, dass die drucklose Seite des ersten Druckbegrenzungsventils 9 innerhalb
des Ventilblocks 1 im Bereich vor dem zweiten Rückschlagventil 8 an
die zweite Leitungsbohrung 3 angeschlossen ist, während
die drucklose Seite des zweiten Druckbegrenzungsventils 10 innerhalb
des Ventilblocks 1 im Bereich vor dem ersten Rückschlagventil 7 an
die erste Leitungsbohrung 2 angeschlossen ist. Hierdurch
wird erreicht, dass das an den Druckbegrenzungsventilen 9 und 10 abgespritzte
Druckmedium automatisch in Richtung Druckmitteltank T zurückfließen
kann. Die zuletzt beschriebene Verbindung zwischen den Druckbegrenzungsventilen 9 und 10 und
den Leitungsbohrungen 2 bzw. 3 jeweils im Bereich
vor den Rückschlagventilen 7 und 8 erfolgt
jeweils dadurch, dass die ersten Leitungsbohrungen 2 im
Bereich vor dem Rückschlagventil 7 durch den Federaufnahmeraum
des zweiten Druckbegrenzungsventils 10 verläuft
und die zweite Leitungsbohrung 3 vor dem Druckbegrenzungsventil 8 durch
den Federaufnahmeraum des Druckbegrenzungsventils 9 verläuft.
Diese besondere Rückführung des Druckmediums ist
insbesondere fertigungsstechnisch günstig, weil innerhalb
des Ventilblocks 1 keine weiteren Abzweigungen von den
Leitungsbohrungen 2 bzw. 3 notwendig sind.
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Das
Ausführungsbeispiel des Lasthalteventils gemäß 2 unterscheidet
sich von der Ausführungsform des Lasthalteventils gemäß 3 im
Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Aufstoßkolbens
und dessen Abdichtung in der zugehörigen Aufnahmebohrung
des Ventilblocks 1. Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist
der mittig angeordnete Kolbenkörper 12 des Aufstoßkolbens 11 metallisch dichtend
in der zugehörigen Aufnahmebohrung des Ventilkörpers 1 geführt
und an seinen die Stößel 13 umgebenden
Ringflächen mit Dichtungen 14 versehen, die sich
in beiden Endlagen des Kolbenkörpers 12 jeweils
axial dichtend an entsprechende Gegenflächen der Rückschlagventile
anlegen. Die im Bereich der metallischen Dichtung auftretenden Kurzschlussverluste
treten hier nur während des axialen Verschiebens des Aufstoßkolbens 11 auf.
In beiden Endstellungen liegen die beiden Dichtflächen 14 dichtend
an den Rückschlagventilen 7 bzw. 8 an,
so dass hier die Leckverluste minimal sind.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 3 werden die
oben angesprochenen Leckverluste dadurch vermieden, dass der Kolbenkörper 12 des
Aufstoßkolbens 11 an seinem Umfang mit einer oder
mehreren Ringdichtungen 15 versehen ist, die dichtend am
inneren Umfang der Aufnahmebohrung im Ventilblock 1 anliegen.
Ein derart abgedichteter Aufstoßkolben 11 verschiebt
sich allerdings nur schwergängig, so dass es notwendig
ist, den Aufstoßkolben 11 an beiden Seiten mit
Rückstellfedern 16 zu versehen, die den Aufstoßkolben 11 bei
fehlender Beaufschlagung in die neutrale Stellung zurückschieben,
in der beide Rückschlagventile 7 und 8 von
den zugehörigen Rückstellfedern in der Schließstellung
gehalten werden.
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Zur
Befestigung des Lasthalteventils an einem Zylinder sind schließlich
in dem Ventilblock noch Befestigungsbohrungen 17 vorgesehen,
mit denen der Ventilblock in seiner Gesamtheit an einem Druckmittelzylinder
angeflanscht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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