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Aus dem Katalog der Anmelderin
"Radialkolbenmotor für Schwenkantrieb MCR-X", Bestellnummer RD 15214, Ausgabe 06/2012, Seite 2 ist eine Ventilanordnung bekannt, die dort als "Druckbegrenzungsventil zur Ruckdämpfung" bezeichnet ist. Die Ventilanordnung umfasst einen Eingangs- und einen Ausgangsdurchgang, die jeweils in Form einer radialen Bohrung in einem Gehäuse ausgebildet sind. Der Ein- und der Ausgangsdurchgang sind über eine erste Blende miteinander verbunden und zwar in der Weise, dass die Blende den Volumenstrom eines Druckfluids steuern kann, der vom Eingangs- zum Ausgangsdurchgang fließt. Als Druckfluid kommt vorzugsweise Hydrauliköl zum Einsatz. Die erste Blende, insbesondere deren freie Querschnittsfläche, wird mittels eines beweglichen Ventilschiebers verstellt, der von einer ersten Feder in Schließrichtung vorgespannt ist. Unter der Schließrichtung soll dabei die Bewegungsrichtung eines Schiebers verstanden werden, in der sich der Strömungswiderstand der zugeordneten Blende vergrößert bzw. in der die freie Querschnittsfläche der zugeordneten Blende kleiner wird.
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Weiter ist ein gesonderter Steuerraum vorgesehen, der von einem beweglichen Kolben begrenzt wird, wobei er im Übrigen von dem Gehäuse begrenzt wird. Der erste Schieber ist in dem Kolben linearbeweglich geführt. Wenn die erste Blende ganz geschlossen ist, spannt die erste Feder auch den Kolben vor und zwar in eine Richtung, in der das Volumen des Steuerraums minimal ist und insbesondere nahezu Null beträgt.
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Der Steuerraum ist darüber hinaus an eine erste Drossel angeschlossen und über diese mit dem Eingangsdurchgang verbunden. Im Ausgangszustand ist die erste Blende wegen der Vorspannkraft der ersten Feder ganz geschlossen. Steht nun das Druckfluid am Eingangsdurchgang mit einem niedrigen Druck an, so kann dieses nicht zum Ausgangsdurchgang abfließen. Steigt der genannte Druck relativ schnell über das Druckäquivalent der ersten Feder, so öffnet die erste Blende und das Druckfluid fließt zum Ausgangsdurchgang ab, so dass der Druck des Druckfluids vorerst nicht mehr weiter ansteigt.
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Über die erste Drossel fließt aber das Druckfluid vom Eingangsdurchgang langsam in den Steuerraum, so dass sich der Kolben verschiebt, wodurch die Vorspannkraft der ersten Feder weiter ansteigt. In der Folge öffnet die erste Blende erst bei einem immer höheren Druck, je länger das Druckfluid am Eingangsdurchgang unter Druck ansteht. Die Verschiebung des ersten Kolbens setzt sich so lange fort, bis der Kolben an einem Endanschlag anstößt, so dass er sich nicht mehr weiterbewegen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventilanordnung zu schaffen, welche die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Eingangsdurchgang auf einen vorgebbaren Wert begrenzt. Die Ventilanordnung soll die Verbindung vom Eingangs- zum Ausgangsdurchgang also nur dann freigeben, wenn die genannte Geschwindigkeit überschritten ist. Unterhalb eines unteren Druckgrenzwertes soll die Ventilanordnung nicht reagieren.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kolben vom Druck im Eingangsdurchgang in Richtung einer Endstellung beaufschlagt ist, in der das Volumen des Steuerraums minimal ist, wobei der Steuerraum über die ersten Drossel mit dem wenigstens einen Ausgangsdurchgang verbunden ist, wobei der Druck im Steuerraum den ersten Schieber in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Wenn der Druck im Eingangsdurchgang ansteigt verschiebt sich der Kolben, so dass Druckfluid aus dem Steuerraum in den Ausgangsdurchgang abfließt. Dieses abfließende Druckfluid wird von der ersten Drossel angestaut, so dass das Druckfluid im Steuerraum unter Druck gesetzt wird. Steigt der Druck im Eingangsdurchgang langsam an, so wird auch der Kolben langsam verschoben. Es fließt ein geringer Volumenstrom über die erste Drossel und der Druck im Steuerraum ist kleiner als das Druckäquivalent der ersten Feder. Folglich öffnet die erst Blende nicht. Wenn der Druck im Eingangsdurchgang schnell ansteigt, verschiebt sich der Kolben schnell, wobei ein großer Volumenstrom aus dem Steuerraum über die erste Drossel abfließt. Folglich entsteht ein hoher Druck im Steuerraum, der größer als das Druckäquivalent der ersten Feder ist. Damit verschiebt sich der erste Schieber, wodurch die erste Blende öffnet und der Druck im Eingangsdurchgang nicht mehr weiter ansteigt. Die Geschwindigkeit des Druckanstiegs, bei der die erste Blende öffnet, wird über den Strömungswiderstand der ersten Drossel bestimmt.
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Anzumerken ist, dass mehrere Ausgangsdurchgänge vorgesehen sein können. Über einen ersten Ausgangsdurchgang wird das über die erste Blende fließende Druckfluid in eine Fluidsenke, insbesondere in einen Tank abgeleitet. Dieser Fluidstrom ist typischerweise sehr groß. Ein zweiter gesonderter Ausgangsdurchgang ist für alle weiteren Fluidströme zum Tank vorgesehen, die typischerweise erheblich kleiner sind. Hierbei ist insbesondere an Lecköl- oder Steuerölströme gedacht. Durch die Verwendung mehrerer Ausgangsdurchgänge erfüllt die Ventilanordnung ihre Funktion zuverlässiger.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist ein Bauteil in einer bestimmten Richtung mit Druck beaufschlagt, wenn die resultierende Gesamtkraft, welche der Druck auf das genannte Bauteil ausübt, in die genannte Richtung wirkt. Dabei kann es vorkommen, dass der genannte Druck auf mehrere Teilflächen des Bauteils wirkt, die entgegengesetzt ausgerichtet sind. Dann sind nicht die den Teilflächen zugeordneten Teilkräfte maßgeblich, sondern die Summe dieser Teilkräfte.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Der Kolben kann von einer von der ersten Feder verschiedenen, zweiten Feder in Richtung einer Endstellung vorgespannt sein, in der das Volumen des Steuerraums maximal ist. Die Steifigkeit der zweiten Feder bestimmt, wie schnell sich der Kolben bewegt, wenn der Druck im Eingangsdurchgang mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit ansteigt. Hierdurch kann die Geschwindigkeit des Druckanstiegs, bei der die Ventilanordnung auslöst, genau eingestellt werden. Weiter verschiebt die zweite Feder den Kolben wieder in seine Ausgangslage, nachdem die Ventilanordnung ausgelöst hat. Darüber hinaus bewirkt die Vorspannung der zweiten Feder, dass die Ventilanordnung überhaupt erst dann in Aktion tritt, wenn der Druck im Eingangsdurchgang einen vorgegebenen Mindestwert übersteigt.
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Der Steuerraum kann über ein Rückschlagventil mit dem wenigstens einen Ausgangsdurchgang verbunden sein, das ausschließlich einen Fluidstrom vom wenigstens einen Ausgangsdurchgang in den Steuerraum zulässt. Nachdem die Ventilanordnung ausgelöst hat, soll der Kolben wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehren, in der das Volumen des Steuerraums maximal ist. Hierfür ist es erforderlich, dass Druckfluid in den Steuerraum fließt. Dieses kann über das Rückschlagventil aus dem Tank angesaugt werden, der an den wenigstens einen Ausgangsdurchgang anschließbar ist und vorzugsweise angeschlossen ist. Wenn die Ventilanordnung die Begrenzung der Geschwindigkeit des Druckanstiegs bewirkt, wird das Rückschlagventil vom Druck im Steuerraum in die geschlossene Stellung gedrückt.
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Der Eingangs- und der wenigstens eine Ausgangsdurchgang können in einem Gehäuse angeordnet sein, das eine, vorzugsweise kreiszylindrische Bohrung aufweist, in der sowohl der erste Schieber als auch der Kolben aufgenommen sind, wobei der Steuerraum zwischen dem Kolben und dem ersten Schieber angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine Ventilanordnung, die besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Die erste und/oder die zweite Feder können an einem gesonderten Sicherungsring abgestützt sein, der in einer umlaufenden Nut in der Bohrung aufgenommen ist. Der Sicherungsring kann montiert werden, nachdem der erste Schieber oder der Kolben in das Gehäuse eingebaut wurden. Erst hierdurch wird es möglich, die vorgeschlagene Ventilanordnung auf einfache Weise zusammenzubauen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäß Ventilanordnung; und
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2 eine Schnittansicht der Ventilanordnung nach 1.
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1 zeigt einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 10. Die Ventilanordnung 10 umfasst einen Eingangsdurchgang 21, an den eine Fluidquelle angeschlossen werden kann, welche Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl unter Druck zuführt. Der Eingangsdurchgang 21 ist über eine erste Blende 40 mit einem ersten Ausgangsdurchgang 22 verbunden, der wiederum an einen Tank 12 angeschlossen ist, in dem sich ein Vorrat an Druckfluid befindet. Die erste Blende 40, insbesondere deren freie Querschnittsfläche ist mit einem beweglichen ersten Schieber 41 verstellbar. Der erste Schieber 41 ist mittels einer ersten Feder 42 in Schließrichtung vorgespannt, d.h. die erste Blende 40 ist im Ausgangszustand vollständig geschlossen.
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Weiter ist ein beweglicher Kolben 50 vorgesehen, der einen Steuerraum 11 begrenzt. Der Kolben 50 ist mit einer zweiten Feder 51 in Richtung einer Endstellung vorgespannt, in welcher der Steuerraum 11 ein maximales Volumen aufweist. In der Gegenrichtung ist der Kolben mit dem Druck im Eingangsdurchgang 21 beaufschlagt. Der Druck im Steuerraum 11 beaufschlagt den ersten Schieber 41 in Öffnungsrichtung, also entgegen der ersten Feder 42.
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Weiter ist der Steuerraum 11 über eine erste Drossel 60 mit einem zweiten Ausgangsdurchgang 23 verbunden, der ebenfalls an den Tank 12 angeschlossen ist. Der ersten Drossel 60 ist ein Rückschlagventil 80 parallel geschaltet, das ausschließlich einen Fluidstrom vom zweiten Ausgangsdurchgang 23 in den Steuerraum 11, nicht aber umgekehrt, zulässt.
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Wenn der Druck im Eingangsdurchgang 21 über das Druckäquivalent ansteigt, auf das die zweite Feder 51 vorgespannt ist, so wird der Kolben 50 in 1 nach rechts verschoben, wobei sich das Volumen des Steuerraumes 11 verkleinert. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 50 hängt dabei von der Geschwindigkeit des Druckanstieges im Eingangsdurchgang 21, von der Steifigkeit der zweiten Feder 51 sowie dem Querschnitt der ersten Drossel 60 ab.
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Die Bewegung des Kolbens 50 führt dazu, dass Druckfluid aus dem Steuerraum 11 verdrängt wird und über die erste Drossel 50 in den zweiten Ausgangsdurchgang 23 abfließt. Der entsprechende Volumenstrom hängt dabei von der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 50 und mithin von der Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Eingangsdurchgang 21 ab. Der genannte Volumenstrom wird von der ersten Drossel 60 angestaut, wobei sich ein entsprechender Druck im Steuerraum 11 ergibt. Dieser Druck ist umso größer, je schneller sich der Kolben 50 bewegt, also je größer die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Eingangsdurchgang 21 ist. Sobald der Druck im Steuerraum 11 das Druckäquivalent der ersten Feder 42 übersteigt, wird der erste Schieber 41 verschoben und die erste Blende 40 von der geschlossenen in eine geöffnete Stellung verstellt. Damit kann Druckfluid aus dem Eingangsdurchgang 21 über die erste Blende 40 in den ersten Ausgangsdurchgang 22 abfließen. In der Folge steigt der Druck im Eingangsdurchgang 21 weniger schnell an. Die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Eingangsdurchgang 21 ist also begrenzt.
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Wenn nun der Druck im Eingangsdurchgang 21 wieder unter das Druckäquivalent der zweiten Feder 51 sinkt, so wird der Kolben 50 von der zweiten Feder 51 wieder in die Endstellung gedrückt, in der das Volumen des Steuerraumes 11 maximal ist. Dabei wird vom Tank 12 über das Rückschlagventil 80 Druckfluid in den Steuerraum 11 angesaugt, so dass dieser immer vollständig mit Druckfluid gefüllt ist.
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2 zeigt eine Schnittansicht der Ventilanordnung 10 nach 1. Die Ventilanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 20, das beispielsweise aus Grauguss oder aus Stahl besteht. Die Ventilanordnung kann als gesonderte Baugruppe ausgeführt sein. Es kann aber auch daran gedacht sein, die Ventilanordnung 10 in einen größeren Steuerblock zu integrieren, der beispielsweise zum Steuern eines hydraulischen Baggers verwendet wird. Hierbei dient die erfindungsgemäße Ventilanordnung in erster Linie dazu, Druckspitzen abzufangen, die beispielsweise entstehen, wenn Closed-Center-Ventile aus ihrer Arbeitsstellung in die gesperrte Mittelstellung geschaltet werden. Die Pumpe fördert dann so lange, bis der Förderstrom nachgeregelt ist, gegen einen geschlossenen Schieber, wodurch die genannten Druckspitzen entstehen.
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Das Gehäuse 20 umfasst eine kreiszylindrische Bohrung 29, die mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt ist. In der Bohrung 29 sind ein gesonderter Kolben 50 und ein gesonderter erster Schieber 41 linearbeweglich aufgenommen. Sowohl der Kolben 50 als auch der erste Schieber 41 sind in Form eines Kreiszylinders ausgebildet. Der Spalt zwischen der Bohrung 29 und dem Kolben 50 bzw. dem ersten Schieber 41 ist dabei so eng ausgelegt, dass dort nahezu kein Druckfluid durchtreten kann, wobei gleichzeitig die Beweglichkeit der genannten Teile gewährleistet ist.
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Zwischen dem Kolben 50 und dem ersten Schieber 41 ist der Steuerraum 11 angeordnet. Im Bereich des Steuerraums 11 ist eine umlaufende Nut 30 in der Bohrung 29 vorgesehen, in der ein gesonderter Sicherungsring 43 aufgenommen ist. Zwischen dem Kolben 50 und dem Sicherungsring 43 ist eine zweite Feder 51 unter Vorspannung eingebaut, so dass der Kolben 50 gegen den Anschlag 32 im Gehäuse 20 gedrückt wird. Der Steuerraum 11 weist dementsprechend im Ausgangszustand ein maximales Volumen auf.
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Der Eingangsdurchgang 21 ist beispielsweise in Form einer kreiszylindrischen Bohrung ausgebildet, die mit der Stirnfläche des Kolbens 50 verbunden ist, welche dem Anschlag 32 zugeordnet ist. Der Druck im Eingangsdurchgang 21 beaufschlagt damit den Kolben 50 in Richtung einer Endstellung, in der das Volumen des Steuerraums 11 minimal ist. Weiter mündet in den Steuerraum 11 eine Ausgangsbohrung 33. Zwischen der Ausgangsbohrung 33 und dem zweiten Ausgangsdurchgang 23 sind eine erste Drossel 60 und ein Rückschlagventil 80 parallel geschaltet eingebaut. Die erste Drossel 60, das Rückschlagventil 80 und der zweite Ausgangsdurchgang 23 sind entgegen der Darstellung in 2 bevorzugt in das Gehäuse 20 integriert ausgebildet.
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Der erste Schieber 41 wird von einer gesonderten, vorgespannten ersten Feder 42 gegen den Sicherungsring 43 gedrückt. Der Druck im Steuerraum 11 beaufschlagt die Stirnfläche des ersten Schiebers 41, welche dem Sicherungsring 43 zugeordnet ist. Die erste Feder 42 ist unter Vorspannung zwischen dem ersten Schieber 41 und dem Deckel 44, der am Gehäuse 20 befestig ist, eingebaut. Um den ersten Schieber 41 herum verläuft ringförmig eine erste Ringnut 26, welche mit dem Eingangsdurchgang 21 verbunden ist, und eine zweite Ringnut 27, welche mit einem ersten Ausgangsdurchgang 22 verbunden ist. Die erste Blende 40 wird von der zweiten Ringnut 27 und einer Ausfräsung 45 im ersten Schieber 41 begrenzt, welche auch als Feinsteuerkerbe bezeichnet wird. In der in 2 gezeigten Stellung des ersten Schiebers 41 überdeckt die Ausfräsung die zweite Ringnut 27 nicht, so dass die erste Blende 40 ganz geschlossen ist. Wenn der erste Schieber 41 in 2 nach rechts verschoben wird, ergibt sich eine zunehmende Überdeckung, so dass die freie Querschnittsfläche der ersten Blende 40 stetig zunimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventilanordnung
- 11
- Steuerraum
- 12
- Tank
- 20
- Gehäuse
- 21
- Eingangsdurchgang
- 22
- erster Ausgangsdurchgang
- 23
- zweiter Ausgangsdurchgang
- 26
- erste Ringnut
- 27
- zweite Ringnut
- 29
- Bohrung
- 30
- Nut für Sicherungsring
- 32
- Endanschlag
- 33
- Ausgangsbohrung
- 40
- erste Blende
- 41
- erster Schieber
- 42
- erste Feder
- 43
- Sicherungsring
- 44
- Deckel
- 45
- Ausfräsung
- 50
- Kolben
- 51
- zweite Feder
- 60
- erste Drossel
- 80
- Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- "Radialkolbenmotor für Schwenkantrieb MCR-X", Bestellnummer RD 15214, Ausgabe 06/2012, Seite 2 [0001]
