DE102019134280A1

DE102019134280A1 - Hydraulisches Differenzdruckventil

Info

Publication number: DE102019134280A1
Application number: DE102019134280.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: AT521890A2; AT521890A3; AT521890B1

Abstract

Es wird ein hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf (2, 4) angeschlossenen Steuerzylinder (1) und mit einem im Steuerzylinder (1) verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber (6) beschrieben, der mit zwei einerseits eine Steuerkante (8) für den Zulauf (2) und anderseits eine Steuerkante (13) für den Ablauf (4) bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf (2) und den Ablauf (4) verbindenden Druckraum (14) begrenzt, wobei der Steuerzylinder (1) auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum (14) strömungsverbunden Gegendruckraum (15) und auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum (17) mit einem Steueranschluss (21) zur Druckbeaufschlagung umfasst. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt des Steuerschiebers (6) einen Kolben (7) mit einer Kolbenstange (12) bildet, auf der der als Ringkolben (9) ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben (9) und die Kolbenstange (12) durch gesonderte, im Federraum (17) angeordnete Federn (18, 19) beaufschlagbar sind und dass der Steueranschluss (21) des Federraums (17) mit dem Ablauf (4) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf angeschlossenen Steuerzylinder und mit einem im Steuerzylinder verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber, der mit zwei einerseits eine Steuerkante für den Zulauf und anderseits eine Steuerkante für den Ablauf bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf und den Ablauf verbindenden Druckraum begrenzt, wobei der Steuerzylinder auf der vom Druckraum abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum strömungsverbundenen Gegendruckraum und auf der vom Druckraum abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum mit einem Steueranschluss zur Druckbeaufschlagung umfasst.
Hydraulische Differenzdruckventile werden üblicherweise zur Ansteuerung von Aktuatoren mit einem bestimmten Volumenstrom unter Ausgleich äußerer Druckänderungen eingesetzt. Zu diesem Zweck umfasst das hydraulische Differenzdruckventil einen an einen Zu- und Ablauf angeschlossenen Steuerzylinder mit einem federbelasteten Steuerschieber, der mit zwei einerseits eine Steuerkante für den Zulauf und anderseits eine Steuerkante für den Ablauf bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf und den Ablauf verbindenden Druckraum begrenzt ( DE 26 56 032 A1 ). Auf der vom Druckraum abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts bildet der Steuerzylinder einen mit dem Druckraum strömungsverbundenen Gegendruckraum und auf der vom Druckraum abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum, der eine den Steuerschieber im Öffnungssinn des Zulaufs und im Schließsinn des Ablaufs beaufschlagende Feder aufnimmt. Da in der Beaufschlagungsleitung zwischen dem Steuerzylinder und dem Aktuator eine Drossel vorgesehen ist, kann der Druckabfall an dieser Drossel durch den Steuerschieber geregelt werden, wenn der hierfür vorgesehene Steueranschluss des Federraums des Steuerzylinders mit der Beaufschlagungsleitung des Aktuators nach der Drossel verbunden wird. In diesem Fall liegt ja am Steuerkolben einerseits der Beaufschlagungsdruck der Drossel im Gegendruckraum und anderseits der um die flächenbezogene Federkraft vergrößerte Beaufschlagungsdruck des Aktuators im Federraum an, sodass bei einer Druckänderung auf der Aktuatorseite diese Lastdruckschwankungen ein Nachregeln der an der Drossel anfallenden Druckdifferenz durch den Steuerschieber des Differenzdruckventils mit der Wirkung zur Folge hat, dass wegen des konstanten Drosselquerschnitts und dem konstanten Druckabfall an der Drossel der Volumenstrom konstant gehalten wird. Nachteilig ist vor allem, dass die Regelung der den Volumenstrom bestimmenden Druckdifferenz in Abhängigkeit vom Lastdruck erfolgt und daher der eingestellte Volumenstrom nicht unabhängig vom Lastdruck zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Differenzdruckventil so auszubilden, dass der Lastdruck für die Differenzdruckregelung nicht zur Verfügung gestellt werden muss.
Ausgehend von einem hydraulischen Differenzdruckventil der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt einen Kolben mit einer Kolbenstange bildet, auf der der als Ringkolben ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben und die Kolbenstange durch gesonderte, im Federraum angeordnete Federn beaufschlagbar sind und dass der Steueranschluss des Federraums mit dem Ablauf verbindbar ist.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Druckverhältnisse im Federraum den Druck im Gegendruckraum bestimmen. Im Gegendruckraum herrscht somit ein Druck der nicht nur vom im Federraum anliegenden Druck im Ablauf des Steuerzylinders, sondern auch von den wirksamen Federkräften abhängt. Diese zusätzliche Druckkomponente im Gegendruckraum entspricht der auf die Kolbenfläche im Gegendruckraum bezogenen Summenkraft der beiden Federn und hängt daher ausschließlich von diesen Konstruktionsvorgaben ab. Aufgrund der Strömungsverbindung zwischen dem Gegendruckraum und dem Druckraum wird der durch seine Feder vorgespannte Ringkolben mit diesem Gegendruck beaufschlagt, der größer als die Ringkolbenvorspannung ist und durch eine entsprechende Wahl der Federkräfte und der für die Beaufschlagung maßgebenden Querschnitte des Ringkolbens und der Kolbenstange so gestaltet werden kann, dass sich gegenüber der Federvorspannung des Ringkolbens ein gewünschter Differenzdruck ergibt und somit unabhängig vom Lastdruck und vom Durchfluss ist. Die durch die Wahl der Federkräfte und deren Beaufschlagungsflächen vorgegebene, im Öffnungssinn des Ringkolbens wirkende Druckdifferenz fällt im Gleichgewichtszustand an der Steuerkante des Ringkolbens ab.
Der Kolben wird durch den im Federraum auf die Kolbenstange wirkenden Federraumdruck sowie durch die die Kolbenstange beaufschlagende Feder gegensinnig zum Druck im Gegendruckraum belastet, wobei die Druckdifferenz wiederum nur von den Konstruktionsvorgaben abhängt und so gewählt wird, dass sich eine zum Ringkolben gegensinnige Steuerbewegung einstellt. Mit den Differenzdruckvorgaben ergibt sich ein bestimmter, über die Steuerkanten des Kolbens und des Ringkolbens regelbarer Druckabfall zwischen dem Zulauf und dem Ablauf des Steuerzylinders.
Druckschwankungen im Ablaufbereich wirken sich auf das Regelverhalten des Differenzdruckventils nicht aus, weil zufolge der Verbindung des Steueranschlusses des Federraums mit dem Ablauf des Steuerzylinders diese Druckschwankungen keinen Einfluss auf den Druckabfall zwischen Zu- und Ablauf haben. Mit einer Druckänderung im Federraum ändert sich ja auch der Gegendruck im Gegendruckraum.
Um ein Übersteuern der Steuerkante des Ringkolbens zu vermeiden, kann die Federkraft der den Ringkolben beaufschlagenden Feder größer als die Federkraft der die Kolbenstange beaufschlagenden Feder gewählt werden, wobei jedoch die auf die Querschnittsfläche des Ringkolbens bezogene Federkraft der den Ringkolben beaufschlagenden Feder kleiner als die auf die Querschnittsfläche der Kolbenstange bezogene Federkraft der die Kolbenstange beaufschlagenden Feder gewählt werden muss. Diese Maßnahmen bewirken, dass die Druckdifferenz zwischen dem Zulauf und dem Ablauf insbesondere durch die dem Zulauf zugehörige Steuerkante des Kolbens geregelt wird, während Druckschwankungen im Ablaufbereich durch die Steuerkante des Ringkolbens ausgeglichen werden, wobei sich eine gegensinnige Steuerbewegung zwischen Kolben und Ringkolben einstellt.
Wie bereits ausgeführt wurde, hängt der Differenzdruck zwischen den zu- und ablaufseitigen Steuerkanten von den gewählten Federkräften und den von diesen Federkräften beaufschlagten Querschnittsflächen des Ringkolbens und der Kolbenstange ab. Eine zusätzliche Einflussnahme eröffnet sich, wenn der Federraum mit einem zusätzlichen Steuerdruck beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäße hydraulische Differenzdruckventile lassen sich jedoch nicht nur zur Steuerung des Volumenstroms einsetzen, sondern beispielsweise auch zur Strömungsaufteilung auf mehrere Aktuatoren. Eine hierfür geeignete Anordnung aus wenigstens zwei hydraulischen Differenzdruckventilen zeichnet sich dadurch aus, dass die durch eine gemeinsame Pumpe beaufschlagbaren Differenzdruckventile je an einen Aktuator angeschlossenen sind und dass die Federräume der Differenzdruckventile miteinander in Strömungsverbindung stehen. Dies bedeutet, dass die Federräume der einzelnen Differenzdruckventile mit dem jeweils höchsten Ablaufdruck der Differenzdruckventile beaufschlagt wird, was eine übereinstimmende Ansteuerung der Differenzdruckventile und damit eine gleichmäßige Aufteilung des Volumenstroms auf die einzelnen Aktuatoren zur Folge hat.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen die

1 bis 3 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen hydraulischen Differenzdruckventils in verschiedenen Funktionsstellungen und
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung aus mehreren erfindungsgemäßen Differenzdruckventilen.

Ein erfindungsgemäßes hydraulisches Differenzdruckventil weist einen Steuerzylinder 1 auf, der über einen Zulauf 2 an eine Pumpe 3 angeschlossen ist und über dessen Ablauf 4 ein Aktuator 5, beispielsweise ein Arbeitszylinder oder ein Hydraulikmotor, mit hydraulischem Druckmittel versorgt wird. Im Steuerzylinder 1 ist ein Steuerschieber 6 vorgesehen, der einen Kolben 7 mit einer Steuerkante 8 für den Zulauf 2 und einen Ringkolben 9 umfasst, der zwischen einem Anschlagring 10 und einem Bund 11 auf einer Kolbenstange 12 des Kolbens 7 verschiebbar gelagert ist und eine Steuerkante 13 für den Ablauf 4 bildet. Zwischen dem Kolben 7 und dem Ringkolben 9 ergibt sich ein Druckraum 14, der in der Arbeitsstellung des Druckdifferenzventils den Zulauf 2 mit dem Ablauf 4 verbindet. Auf der dem Druckraum 14 abgewandten Seite des Kolbens 7 ergibt sich im Steuerzylinder 1 ein Gegendruckraum 15, der mit dem Druckraum 14 durch eine den Kolben 7 durchsetzende Hydraulikleitung 16 in Strömungsverbindung steht. Auf der dem Druckraum 14 gegenüberliegenden Seite des Ringkolbens 9 bildet der Steuerzylinder 1 einen Federraum 17 für zwei gesonderte Federn 18, 19 zur Beaufschlagung einerseits des Ringkolbens 9 und anderseits der Kolbenstange 12. Der Ringkolben 9 und die Kolbenstange 12 werden durch gesonderte Federn 14, 15 beaufsch lagt.
Zwischen dem Aktuator 5 und dem Differenzdruckventil ist ein Schaltventil 20 vorgesehen, das in den Schaltstellungen zur Beaufschlagung des Aktuators 5 den Ablauf 4 des Steuerzylinders 1 mit einem im Federraum 17 mündenden Steueranschluss 21 des Steuerzylinders 1 verbindet. In der Schaltstellung nach der 1 sind der Aktuator 5 und die Pumpe 3 ausgeschaltet. Da auch der Steueranschluss 21 drucklos ist, wird der Steuerschieber 6 lediglich durch die beiden Federn 18 und 19 beaufschlagt, sodass der Kolben 7 durch die Feder 19 in der anschlagbegrenzten Offenstellung und der Ringkolben 9 im Anschlag am Bund 11 in der Schließstellung gehalten werden.
Mit der Beaufschlagung des Zulaufs 2 durch die Pumpe 3 liegt der Pumpendruck im Druckraum 14 an, was eine Beaufschlagung des Ringkolbens 9 gegen die Kraft der Feder 18 und damit eine Verschiebung des Ringkolbens 9 entlang der Kolbenstange 12 bis zum Anschlagring 10 bedingt, bevor die Kolbenstange 12 durch den Ringkolben 9 mitgenommen wird. Der Kolben 7 schließt den Zulauf 2, während der Ringkolben 9 den Ablauf 4 öffnet, wie dies die 2 zeigt.
Wird nun gemäß der 3 der Aktuator 5 durch das Schaltventil 20 eingeschaltet, so wird der Federraum 17 des Steuerzylinders 1 mit dem ablaufseitigen Druck beaufschlagt, der im Zusammenwirken mit den Federn 18, 19 eine Verlagerung des Ringkolbens 9 im Schließsinn des Ablaufs 4 entlang der Kolbenstange 12 und zugleich eine Verlagerung des Kolbens 7 im Öffnungssinn des Zulaufs 2 zur Folge hat. Der im Gegendruckraum 15 herrschende Druck, wird durch die Druckverhältnisse im Federraum bestimmt und entspricht dem Druck im Federraum 17, vermehrt um die auf Kolbenfläche im Gegendruckraum 15 bezogene Summenkraft der beiden Federn 18 und 19. Dieser Druck wirkt aufgrund der Hydraulikleitung 16 des Kolbens 7 auch im Druckraum 14, dessen Druck den durch die Feder 18 auf den Ringkolben 9 ausgeübten Druck um ein vorgegebenes Maß übersteigt, das ausschließlich durch die Federkräfte und die von diesen Federkräften beaufschlagten Flächen des Ringkolbens 9 und der Kolbenstange 12 bestimmt wird und somit unabhängig vom Lastdruck und vom Durchfluss ist. Auf den Ringkolben 9 wirkt somit im Öffnungssinn eine, durch die Wahl der Federkräfte und deren Beaufschlagungsflächen vorgebbare Druckdifferenz, die im Gleichgewichtszustand an der Steuerkante 13 des Ringkolbens abfällt.
In ähnlicher Weise wird der Kolben 7 mit einer konstruktiv vorgegebenen Druckdifferenz beaufschlagt, allerdings gegensinnig, wenn die auf den Querschnitt des Ringkolbens 9 bezogene Kraft der Feder 18 kleiner als die auf den Querschnitt der Kolbenstange 12 bezogene Kraft der Feder 19 ist. Um Übersteuerungen im Bereich der Steuerkante 13 des Ringkolbens 9 zu unterbinden, sollte allerdings die Kraft der den Ringkolben 9 beaufschlagenden Feder 18 größer als die Kraft der die Kolbenstange 12 beaufschlagenden Feder 19 sein. In Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung verlagern sich der Kolben 7 und der Ringkolben 9 gegensinnig, wobei die Steuerkanten 8 und 13 entweder im Schließ- oder im Öffnungssinn verstellt werden und daher ein konstanter Druckabfall zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 4 sichergestellt werden kann.
Ändert sich der ablaufseitige Druck, und damit der am Steueranschluss 21 des Federraums 17 anliegende Druck, so ändert sich der Beaufschlagungsdruck des Ringkolbens 9, was zu einer Verlagerung seiner Steuerkante 13 und damit zu einem Ausgleich dieser Druckschwankungen durch eine Regelung des Druckabfalls an der Steuerkante 13 führt. Da der Ausgleich dieser Druckschwankungen lediglich mithilfe der am Ringkolben 9 wirksamen, federbedingten Druckdifferenz erfolgt, ist der Abgriff eines Differenzdruckes an einer Drossel in einer Beaufschlagungsleitung des Aktuators nicht notwendig.
Wie in der 4 veranschaulicht ist, können erfindungsgemäße Differenzdruckventile auch zur Aufteilung eines Volumenstroms auf mehrere Aktuatoren 5 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen je einem Aktuator 5 zugeordneten Differenzdruckventile an die Druckleitung 22 einer gemeinsamen Pumpe 3 angeschlossen. Wesentlich dabei ist, dass die Federräume 17 der Steuerzylinder 1 aller Differenzdruckventile miteinander strömungsverbunden sind, sodass alle Federräume 17 mit dem höchsten in einem der Federräume 17 auftretenden Steuerdruck beaufschlagt werden. Um einen zum Öffnungshub des Ringkolbens 9 proportional ansteigenden Differenzdruck für den Ringkolben 9 sicherzustellen, weisen die Federn 18 für die Ringkolben 9 eine entsprechend ansteigende Federkennlinie auf. Damit wird es möglich, den Volumenstrom gleichmäßig auf alle Aktuatoren 5 aufzuteilen.
Die Pumpe 3 kann über eine Steuereinrichtung 23 in Abhängigkeit vom Steuerdruck im Federraum 17 zur Leistungsanpassung angesteuert werden, und zwar unabhängig davon, ob nach der 4 eine Aufteilung des Volumenstroms auf mehrere Aktuatoren 5 oder eine Volumenstromsteuerung nach den 1 bis 3 vorgesehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2656032 A1 [0002]

Claims

Hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf (2, 4) angeschlossenen Steuerzylinder (1) und mit einem im Steuerzylinder (1) verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber (6), der mit zwei einerseits eine Steuerkante (8) für den Zulauf (2) und anderseits eine Steuerkante (13) für den Ablauf (4) bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf (2) und den Ablauf (4) verbindenden Druckraum (14) begrenzt, wobei der Steuerzylinder (1) auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum (14) strömungsverbunden Gegendruckraum (15) und auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum (17) mit einem Steueranschluss (21) zur Druckbeaufschlagung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt des Steuerschiebers (6) einen Kolben (7) mit einer Kolbenstange (12) bildet, auf der der als Ringkolben (9) ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben (9) und die Kolbenstange (12) durch gesonderte, im Federraum (17) angeordnete Federn (18, 19) beaufschlagbar sind und dass der Steueranschluss (21) des Federraums (17) mit dem Ablauf (4) verbindbar ist.
Hydraulisches Differenzdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der den Ringkolben (9) beaufschlagenden Feder (18) größer als die Federkraft der die Kolbenstange (12) beaufschlagenden Feder (19) ist, dass jedoch die auf die Querschnittsfläche des Ringkolbens (9) bezogene Federkraft der den Ringkolben (9) beaufschlagenden Feder (18) kleiner als die auf die Querschnittsfläche der Kolbenstange (12) bezogene Federkraft der die Kolbenstange (12) beaufschlagenden Feder (19) ist.
Hydraulisches Differenzdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (17) mit einem zusätzlichen Steuerdruck beaufschlagbar ist.
Anordnung aus wenigstens zwei hydraulischen Differenzdruckventilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch eine gemeinsame Pumpe (3) beaufschlagbaren Differenzdruckventile je an einen Aktuator (5) angeschlossenen sind und dass die Federräume (17) der Steuerzylinder (1) der Differenzdruckventile miteinander in Strömungsverbindung stehen.