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Die
Erfindung betrifft ein Druckreduzierventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und ein mit derartigen Druckreduzierventilen ausgerüstetes Vorsteuergerät.
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Derartige
Vorsteuergeräte
werden beispielsweise zur hydraulischen Betätigung von stetig verstellbaren
Wegeventilen eines Steuerblocks eines mobilen Arbeitsgerätes verwendet.
Die Vorsteuergeräte
haben Druckreduzierventile, die in Abhängigkeit von der Betätigung eines
Steuerhebels des Vorsteuergerätes
in eine Stellung bringbar sind, in der ein von einer Steuerölversorgung
bereit gestellter Eingangsdruck auf einen reduzierten konstanten
Ausgangsdruck gebracht wird. Das Druckreduzierventil ist dabei jeweils
durch die Kraft einer Regelfeder in eine Richtung beaufschlagt und
durch den auf eine Messfläche
wirkenden Ausgangsdruck in die Gegenrichtung beaufschlagt.
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In
der
US 6,125,886 ist
ein Vorsteuergerät gezeigt,
bei dem mehrere Druckreduzierventile über einen Stellhebel betätigbar sind.
Die Kolben der Druckreduzierventile sind dabei jeweils über eine
Federanordnung in eine Grundstellung vorgespannt, in der der Ausgangs- oder Arbeitsanschluss
mit einem Tankanschluss T verbunden ist und der an die Steuerölversorgung angeschlossene
Druckanschluss abgesperrt ist. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen kann
es zu Schwingungen des Kolbens des Druckreduzierventils kommen,
die ein feinfühliges
Ansteuern des zugeordneten Verbrauchers nicht mehr gewährleisten.
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Zur
Dämpfung
dieser Schwingungen wird in der
US
6,125,886 vorgeschlagen, einen rückseitigen Dämpfungsraum über eine
Dämpfungsdüse mit dem Tank
zu verbinden, so dass das Druckmittel aus diesem Dämpfungsraum über die
Dämpfungsdüse in den
Tank verdrängt
oder aus diesem nachgesaugt werden muss und so die Kolbenbewegung
gedämpft ist.
Es zeigte sich jedoch, dass die Druckmittelströmung durch die Dämpfungsdüse zu Strömungsgeräuschen (Pfeifen)
führt und
dass des weiteren trotz der Dämpfungsdüse noch
Schwingungen auftreten können.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckreduzierventil und
ein mit derartigen Druckreduzierventilen ausgerüstetes Vorsteuergerät zu schaffen,
bei dem das Auftreten von Schwingungen weitestgehend unterbunden
ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Druckreduzierventils mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Vorsteuergerätes durch die
Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das
Druckreduzierventil mit einem Dämpfungskanal
ausgeführt, über den ein
Dämpfungsraum
mit einem Druckraum, beispielsweise einem Tank oder einem den reduzierten
Druck führenden
Kanal verbunden ist. In diesem Dämpfungskanal
ist ein Dämpfungsstift
axial verschiebbar mit einem Spiel geführt, das eine Druckmittelströmung durch
den Dämpfungskanal
zulässt.
Es zeigte sich überraschenderweise,
dass durch diesen Stift sowohl die Pfeifgeräusche beseitigt als auch das
Auftreten von Schwingungen nahezu vollständig verhindert werden kann.
Es stellte sich heraus, dass der von dem in gewissen Umfang axial
verschiebbaren Stift begrenzte Dämpfungsspalt
eine wesentlich effektivere und leisere Dämpfung ermöglicht als die herkömmlicherweise
verwendeten Dämpfungsdüsen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Dämpfungsstift
mit der Kraft einer Feder beaufschlagt, so dass dieser im Dämpfungskanal
nicht wandern kann.
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Diese
Axialverschiebung des Dämpfungsstiftes
kann zusätzlich
oder alternativ begrenzt werden, wenn im Dämpfungskanal eine Ringschulter
ausgebildet ist, die einen Anschlag für den Dämpfungsstift darstellt.
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Um
eine Druckmittelströmung
zu ermöglichen,
werden dann am Anlagebereich des Dämpfungsstiftes an diese Ringschulter
Durchströmungsquerschnitte
definierende Kerben ausgebildet.
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Dieser
Stift lässt
sich praktisch bei allen Druckreduzierventilkonstruktionen einsetzen.
So kann die Dämpfungskammer
beispielsweise eine Verbindung zwischen einer rückseitigen Dämpfungskammer
und dem Arbeitsanschluss herstellen. Alternativ kann die Dämpfungskammer über den
Dämpfungskanal
mit dem Tankanschluss verbunden sein.
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Bei
besonderen Betriebsbedingungen kann es vorteilhaft sein, wenn in
Reihe zu dem durch den Dämpfungsstift
gebildeten Dämpfungsspalt
noch eine herkömmliche
Düse vorgesehen
ist, wobei diese allerdings einen größeren Durchmesser als bei vergleichbaren
herkömmlichen
gedämpften
Druckreduzierventilen aufweisen kann.
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Das
Radialspiel des Dämpfungsstiftes
beträgt
zwischen 0,05 und 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 mm (auf den Durchmesser
bezogen).
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiterer
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein
Druckreduzierventil und
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2 einen Schnitt durch ein
Vorsteuergerät,
das mit einer Variante eines erfindungsgemäßen Druckreduzierventils ausgeführt ist.
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1 zeigt einen Längsschnitt
durch ein Druckreduzierventil 1. Dieses hat ein Ventilgehäuse 2,
das einen Tankanschluss T, einen an eine Steuerölversorgung angeschlossenen
Druckanschluss P sowie einen Arbeits- oder Ausgangsanschluss P1 hat.
Im Ventilgehäuse
ist eine Ventilbohrung 4 ausgebildet, in der ein Kolben 6 axial
verschiebbar geführt ist.
Die Endabschnitte des Kolbens 6 sind jeweils mit einem
Kolbenbund 8 bzw. 10 ausgebildet, wobei an den
einander zuweisenden Ringstirnflächen
eine Tanksteuerkante 12 bzw. eine Drucksteuerkante 14 ausgebildet
sind.
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Die
Stirnseite des in 1 rechten
Kolbenbundes 10 ist radial zu einem Vorsprung zurückgestuft,
der an einer Stirnfläche 16 einer
Verschlussschraube 18 anliegt, die in einen radial erweiterten Teil
der Ventilbohrung 4 eingeschraubt ist.
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An
der Stirnfläche
des in 1 linken Kolbenbundes 8 greift über eine
Zentrierkugel 20 und einen Federteller 22 eine
Regelfeder 24 an, die in einem radial erweiterten Federraum 26 der
Ventilbohrung 4 aufgenommen ist und an einer weiteren Verschlussschraube 28 abgestützt ist,
die den Federraum 26 stirnseitig verschließt.
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Der
Tankanschluss T mündet über radiale Tankbohrungen 30 im
Federraum 26, während
der Arbeitsanschluss P1 über
einen schräg
verlaufenden Arbeitskanal 32 im Bereich des Kolbenbundes 8 mündet (in
der Grundstellung des Kolbens 6) und der Druckanschluss
P über
einen radial verlaufenden Druckkanal 34 im Bereich des
rechten Kolbenbundes 10 mündet.
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In
der in 1 dargestellten
Grundposition wird der Kolben 6 durch die Kraft der Regelfeder 24 in
seine Anlageposition gegen die rechte Verschlussschraube 18 vorgespannt,
wobei durch die Steuerkante 14 die Verbindung zwischen
dem Druckanschluss P und dem Arbeitsanschluss P1 geöffnet und die
Verbindung zwischen Arbeitsanschluss P1 und dem Tankanschluss T
geschlossen ist.
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Der
Kolben 6 hat eine axiale Sacklochbohrung 36, die
in der in 1 rechten
Stirnfläche
des Kolbens 6 mündet
und sich etwa bis in den Radialbereich der Ringstirnfläche des
Kolbenbundes 8 erstreckt. Etwas axial versetzt zu dieser
Stirnfläche
der Sacklochbohrung 36 mündet eine Querbohrung 38, durch
die ein axial von den beiden Ringstirnflächen der Kolbenbünde 8, 10 begrenzte
Ringspalt 40 mit der Sacklochbohrung 36 verbunden
ist.
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Diese
Querbohrung 38 mündet
etwa im Bereich des Arbeitskanals 32, so dass entsprechend der
reduzierte Arbeitsdruck über
die Querbohrung 38 abgegriffen und in die Sacklochbohrung 36 gemeldet wird.
Dieser Druck liegt dann auch in einem Dämpfungsraum 42 an,
der in Axialrichtung von der Stirnfläche 16 der Verschlussschraube 18 und
der benachbarten Stirnfläche
des Kolbenbundes 10 begrenzt ist.
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Wie
des weiteren 1 entnehmbar
ist, ist der dämpfungsraumseitige
Endabschnitt der Sacklochbohrung 36 radial etwas zu einem
Führungsabschnitt 44 erweitert,
in dem ein Dämpfungsstift 46 mit einem
vorbestimmten Spiel geführt
ist. Das Spiel zwischen der Innenumfangsfläche der Sacklochbohrung 36 und
dem Außenumfang
des Dämpfungsstiftes 46 beträgt beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
etwa 0,1 mm.
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Die
mögliche
Axialverschiebung des Dämpfungsstiftes 46 ist
einerseits durch die Verschlussschraube 18 und andererseits
durch eine Schulter 48 des Führungsabschnittes 44 begrenzt.
Um ein dichtendes Aufsitzen des Dämpfungsstiftes 46 auf
der Schulter 48 zu vermeiden, sind am schulterseitigen Endabschnitt
Durchflusskerben 50 vorgesehen, durch die eine Abdichtung
der Sacklochbohrung 36 vermieden wird.
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Gemäß 1 wird der Dämpfungsstift 46 über eine
Feder 52 in Richtung seiner Anlageposition an die Verschlussschraube 18 vorgespannt.
Diese Feder 52 ist nicht notwendigerweise erforderlich
und soll nur ein Wandern des Dämpfungsstiftes 46 innerhalb
der Sacklochbohrung 36 vermeiden. Die Feder 52 kann
an einer Schulter der Sacklochbohrung 36 abgestützt sein.
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Wird
nun ein Druck an den Eingangsanschluss P angelegt, so wird der Kolben 6 in
Richtung seiner Grundposition durch die Kraft der Regelfeder 24 und
in Schließrichtung,
d.h. in der Richtung, in der über
die Drucksteuerkante 14 die Verbindung zwischen dem Druckkanal 34 und
dem Ringraum 40 zugesteuert wird, von dem über die
Querbohrung 38, die Sacklochbohrung 36 und über den
Ringspalt zwischen Dämpfungsstift 46 und
Innenumfangsfläche der
Sacklochbohrung 36 zur Rückseite des Kolbens 10 im
Dämpfungsraum 42 wirkenden
Druck beaufschlagt. D.h. in Abhängigkeit
von der Vorspannung der Regelfeder 24 wird der Eingangsdruck über die Steuerkante 14 gedrosselt,
so dass im Arbeitskanal 32 und damit am Arbeitsanschluss
P1 ein konstanter, gegenüber
dem Eingangsdruck verringerter Ausgangsdruck wirksam ist.
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Hochfrequente
Druckschwankungen des Systems werden über den vom Dämpfungsstift 46 gebildeten
Ringspalt gedämpft,
wobei es sich zeigte, dass nicht nur die Durchströmung dieses
Ringspaltes dämpfend
wirkt, sondern auch die Adhäsion
des Dämpfungsstiftes 46 an
die Innenumfangsfläche
der Sacklochbohrung 36 zur verbesserten Dämpfungswirkung
beiträgt.
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Die
Dämpfungswirkung
kann weiter erhöht werden,
wenn die Querbohrung 38 mit einem vergleichsweise geringen
Durchmesser ausgebildet ist und somit ebenfalls als Dämpfungsdüse wirkt.
Es zeigte sich jedoch, dass nur mit einer derartigen Dämpfungsdüse alleine – d.h. ohne
den erfindungsgemäßen Dämpfungsstift 46 – die Dämpfungswirkung
wesentlich schlechter ist als beim beschriebenen Ausführungsbeispiel.
In der Regel dürfte
es ausreichen, die Querbohrung 38 mit einem Durchmesser auszuführen, bei
dem die Dämpfungswirkung
in diesem Bereich vernachlässigbar
ist.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass sich
der Dämpfungsstift 46 nur
mit minimalen Änderungen
am Kolben 10 integrieren lässt, so dass eine Umrüstung auf
dieses System bei bestehenden Konstruktionen sehr einfach ist.
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In 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines
Druckreduzierventils 1 dargestellt, das in einem hydraulischen
Vorsteuergerät
verwendet wird. Derartige Vorsteuergeräte sind beispielsweise in dem
Datenblatt RD 64 552 (Hydroventile für mobile Anwendungen) der Anmelderin
offenbart.
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Das
Vorsteuergerät 56 hat
einen Steuerhebel (nicht dargestellt), durch dessen Auslenkung ein Stößel 58 in
Axialrichtung verschoben wird. Über
diesen Stößel 58 kann
die Regelfeder 24 des Druckreduzierventils 1 gespannt
werden, so dass über
das Druckreduzierventil in Abhängigkeit
von der Lage des Steuerhebels und der Federrate der Regelfeder 24 eine
proportionalhydraulische Ansteuerung von Wegeventilen sowie von
Regelventilen für
Hydropumpen und Hydromotoren ermöglicht
ist.
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Die
Druckreduzierventile 1 des Vorsteuergerätes 56 sind in einem
mehrteiligen Gehäuse 2 des Vorsteuergerätes aufgenommen,
an dem ein mittiger (in 2 ist
nur ein Teilschnitt dargestellt) Eingangs- oder Druckanschluss P
sowie mehrere Arbeitsanschlüsse
P1 (für
jedes Druckreduzierventil ein Arbeitsanschluss) und ein Tankanschluss
T ausgebildet sind. Der Kolben 10 des Druckreduzierventils 1 ist
in der Ventilbohrung 4 geführt, in der ein Druckkanal 34, ein
Arbeitskanal 32 und ein Tankkanal 30 münden. Ähnlich wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
mündet
der Tankkanal 30 in einem radial erweiterten Teil der Ventilbohrung 4, durch
die der Federraum 26 für
die Regelfeder 24 ausgebildet ist.
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Der
Stößel 58 wirkt
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
auf einen Federteller 60, an dem die Regelfeder 24 abgestützt ist,
die an einer Ringschulter des Kolbens 10 angreift. Der
Stößel 58 ist über eine
Rückstellfeder 62 in
seine dargestellte Grundposition vorgespannt, die an dem Federteller 60 angreift
und an einer Schulter des Ventilgehäuses 2 abgestützt ist.
Ein in 2 oberer, radial
zurückgestufter
Endabschnitt des Kolbens 10 durchsetzt den Federteller 60 und
hat an seinem Endabschnitt einen radial erweiterten Mitnehmer 66,
der den Federteller 60 hintergreift, so dass die Anlage
des Mitnehmers 66 an den Federteller 60 die axiale
Endposition nach unten in 2 des
Kolbens 10 begrenzt. Dieser Mitnehmer 66 ist durch
die Regelfeder 24 in seine Anlageposition vorgespannt.
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Der
Kolben 10 hat eine umlaufende Ringnut 64, deren
in 2 untere Ringstirnfläche von
dem Steg zwischen dem Druckkanal 34 und dem Arbeitskanal 32 überdeckt
ist. Diese Ringstirnfläche
bildet die Drucksteuerkante 14 des Druckreduzierventils 1 aus.
Die in 2 obere Ringstirnfläche der
Ringnut 64 liegt in der Grundstellung des Kolbens 10 im
Federraum 26 und bildet die Tanksteuerkante 12.
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Zwischen
der Stirnfläche 16 der
Verschlussschraube und der benachbarten Stirnfläche des Kolbens 10 ist
in Axialrichtung ein Dämpfungsraum 42 begrenzt.
Dieser ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die
Sacklochbohrung 36 und die Querbohrung 38 mit
dem Federraum 26 verbunden. D.h. bei diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt die Dämpfung
durch Verbindung mit dem Federraum 26 und damit dem Tank,
während
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
die Dämpfung
durch Verbindung mit dem Arbeitsanschluss und damit über den
Ausgangsdruck erfolgte.
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Ähnlich wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ist die Sacklochbohrung 36 am dämpfungsraumseitigen Endabschnitt
radial zu einem Führungsabschnitt 44 erweitert,
in dem der Dämpfungsstift 46 geführt ist.
Die Axialverschiebung des Dämpfungsstiftes 46 wird
bei dieser Variante ebenfalls durch die Schulter 48 begrenzt.
Alternativ oder zusätzlich
zu einer derartigen Schulter 48 kann die Axialverschiebung
des Dämpfungsstiftes 46 auch über die
in 1 dargestellte Feder 52 erfolgen.
In diesem Fall kann auf eine Ausbildung des radial erweiterten Führungsabschnitts 44 verzichtet
werden und es nur eine Abstützung
der Feder 52 vorzusehen.
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Der
in 2 untere Endabschnitt
des Kolbens 10 hat einen kleineren Durchmesser d als der tankraumseitige
Teil des Kolbens 10, der mit dem Durchmesser D gekennzeichnet
ist. D.h. die in 2 obere,
die Tanksteuerkante 12 ausbildende Ringstirnfläche hat
eine größere Stirnfläche als
die die Drucksteuerkante 14 ausbildende Ringstirnfläche.
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In
der Grundposition des Druckreduzierventils 1 ist der Eingangsanschluss
P abgesperrt, während
der Ausgangsanschluss P1 über
die Ringnut 64 mit dem Tankraum 26 verbunden ist – der Ausgangsanschluss
ist somit druckentlastet. Durch Betätigung des Steuerhebels wird
der Kolben 10 der Druckwaage gegen die Kraft der Regelfeder 24 (die
Betätigung des
Stellhebels erfolgt im wesentlichen gegen die Kraft der stärkeren Rückstellfeder 62)
nach unten verschoben, so dass die Verbindung zwischen dem Tankanschluss
T und dem Arbeitsanschluss P1 zugesteuert wird. Gleichzeitig wird über die Drucksteuerkante 14 die
Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss P und dem Arbeitsanschluss
P1 auf gesteuert. Die Regelphase beginnt, sobald der Kolben 10 sein
Gleichgewicht zwischen der Kraft der Regelfeder 24 und
der in Gegenrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte findet. Diese in Gegenrichtung
wirkende hydraulische Kraft ist im wesentlichen durch die Flächendifferenz
der Ringstirnflächen
der Ringnut 64 bestimmt, die vom Druck am Arbeitsanschluss
P1 beaufschlagt sind. In der Regelposition stellt sich am Arbeitsanschluss
P1 ein Ausgangsdruck ein, der proportional zum Hub des Stößels 58 und
somit der Stellung des Steuerhebels ist.
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Schwingungen
des Systemdrucks oder des Drucks am Arbeitsanschluss P1 werden wiederum durch
den Ringspalt zwischen dem Dämpfungsstift 46 und
der Innenumfangswandung der Sacklochbohrung 36 gedämpft, die
einen Widerstand für
die Ausgleichsströmung
zwischen dem Dämpfungsraum 42 und
dem Federraum 26 darstellt.
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Offenbart
sind ein Druckreduzierventil und ein damit ausgebildetes Vorsteuergerät zur Ansteuerung
eines hydraulischen Verbrauchers. Das Druckreduzierventil ist mit
einem Dämpfungskanal ausgeführt, über den
ein Druckraum mit einem Dämpfungsraum
verbunden ist. In dem Dämpfungskanal
ist erfindungsgemäß ein Dämpfungsstift
mit Spiel eingesetzt.
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- 1
- Druckreduzierventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilbohrung
- 6
- Kolben
- 8
- Kolbenbund
- 10
- Kolbenbund
- 12
- Tanksteuerkante
- 14
- Drucksteuerkante
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Verschlussschraube
- 20
- Zentrierkugel
- 22
- Federteller
- 24
- Regelfeder
- 26
- Federraum
- 28
- Verschlussschraube
- 30
- Tankkanal
- 32
- Arbeitskanal
- 34
- Druckkanal
- 36
- Sacklochbohrung
- 38
- Querbohrung
- 40
- Ringraum
- 42
- Dämpfungsraum
- 44
- Führungsabschnitt
- 46
- Dämpfungsstift
- 48
- Schulter
- 50
- Kerben
- 52
- Feder
- 56
- Vorsteuergerät
- 58
- Stößel
- 60
- Federteller
- 62
- Rückstellfeder
- 64
- Ringnut
- 66
- Mitnehmer