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Die Erfindung betrifft ein Vorspannventil
mit zumindest zwei Schaltstufen, mit einem Ventilgehäuse und
zumindest einem in einer Bohrung des Ventilgehäuses verschiebbar gelagerten
Ventilelement zum Öffnen
und Schließen
einer Passage für
das Hydraulikmedium, wobei das Ventilelement in Schließrichtung
von einem elastischen Element beaufschlagt ist, und bei dem ein
Steueranschluss vorgesehen ist, über
welchen das Ventilelement ebenfalls in Schließrichtung mit einer Kraft beaufschlagbar
ist, wobei in der Passage eine durch das Ventilelement sperrbare
erste Durchströmöffnung vorgesehen
ist, deren Querschnittsfläche
kleiner ist als die Querschnittsfläche der Bohrung hinter der
ersten Durchströmöffnung,
sowie eine hydraulische Betätigungsanordnung,
insbesonders für
Deckel, Türen,
Verdecke und dergleichen an Fahrzeugen, mit zumindest einem doppeltwirkenden,
vorzugsweise gleichgängigen
Arbeitszylinder, dessen Arbeitsräume über je ein Rückschlagventil
mit einer Druckmittelquelle und über
zumindest eine sperrbare Überström-Ventilanordnung
mit zumindest zwei Knoten miteinander in Verbindung stehen, die
zumindest eine Schaltanordnung zur Beeinflussung des die Schaltanordnung passierenden
Volumsstroms des Hydraulikmediums enthält, welche zumindest ein Vorspannventil
umfasst.
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Bei einer beispielsweise aus der
AT 405 749 B bekannten Anordnung der eingangs genannten Art steht
der jeweils unter Druck stehende Arbeitsraum des Arbeitszylinders über ein
automatisch schaltendes Umschaltventil mit der Eingangsseite des
Proportional-Druckventils
in Verbindung. Unter Zugrundelegung einer empirisch oder auf sonstig
geeignete Weise ermittelten bzw. festgelegten Systemdruckkurve kann
das Proportional-Druckventil so angesteuert werden, daß der Systemdruck
jeweils nur knapp oberhalb des für
die momentane Bewegungsphase erforderlichen Druckes liegt, was vielfältigste
Vorteile bei derartigen Betätigungsanordnungen
bietet.
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In der
DE 43 34 843 A1 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung
beschrieben, bei der je ein Arbeitsraum eines doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders
mit einer Druckmittelquelle über
je ein Wechselventil mit integrierten, gegenseitig entsperrbaren
Rück schlagventilen
versorgt wird. Weiters ist eine sperrbare Überström-Ventilanordnung vorgesehen,
die aus einem Überström-Ventil
und vier Rückschlagventilen
besteht.
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Um im Notbetrieb eine Reduzierung
des zur Bewegung des sonst hydraulisch betätigten Teils nötigen Handkraft
zu erzielen, ist in der
DE
197 40 029 C2 vorgeschlagen worden, ein Druckbegrenzungsventil
mit zwei unterschiedlichen Betriebspunkten vorzusehen, so dass nach Überwinden
eines ersten höheren
Schwellenwertes zu Beginn der Betätigung anschließend ein
geringerer Druck notwendig ist, um das Ventil geöffnet zu halten und das Teil
händisch
in die gewünschte
Stellung zu bringen. Allerdings ist bei dieser Anordnung das Ventilelement
dauernd vom gerade herrschenden Betriebsdruck in Öffnungsrichtung
beaufschlagt und der erste Druckschwellenwert muss dem maximal möglichen
oder gewünschten Systemdruck
entsprechen, was zu sehr hohen zu überwindenden Anfangskräften im
Notbetrieb führt. Überdies
ist das zweistufige Vorspannventil der
DE 197 40 029 C2 mit einem
zylindrisch abgestuften Dichtelement versehen, so dass ein wesentlich
größerer Weg
zur Öffnung
der ersten, höheren
Druckstufe notwendig ist, was eine längere Einwirkung einer höheren Kraft
zu Beginn der Handbetätigung
nötig macht.
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Zweistufige Ventile ganz allgemein
zeigen auch beispielsweise die
DE 41 30 832 C1 , wobei hier aber die beiden
Stufen nicht hintereinander in ein- und derselben Durchströmpassage
vorgesehen sind, die US- 5,918,628 A mit einem Rückschlagventil, bei welchem
keinerlei Hinweise über
die Kräfteverhältnisse
vor und nach dem Aufdrücken
des Ventils gegeben sind, da lediglich die Durchströmquerschnitte im
Verlauf der Öffnungsbewegung
von Bedeutung sind. Zwei unabhängig
voneinander funktionierende und hintereinandergeschaltete Ventilelemente,
ohne Hinweis auf eine geregelte Bewegungsabfolge und unterschiedliche
Druckstufen, bietet das Sicherheits-Rückschlagventil der
US 3,916,946 A .
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Ein Vorspannventil in Serie mit einem
die Verbindungsleitung zwischen den einander gegenüberliegenden
Arbeitsräumen
einer Arbeitszylinder-Anordnung vollständig freigebenden oder sperrenden
Schaltventil offenbart die
EP
1 223 345 A2 . Damit soll mit einer einfach aufgebauten
Anlage und unabhängig
von der Art der eingesetzten Vorspannventile eine si cher Stop- und
Haltefunktion für
den von der Arbeitszylinder-Anordnung bewegten Bauteil, beispielsweise
eine Fahrzeugtür
oder -klappe, erreicht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist ein Vorspannventil, welches eine sichere Schließfunktion bei
Normalbetrieb der Hydraulikanlage mit niedrigen und weich ineinander übergehenden
Schaltstufen bei manueller Betätigung
des normalerweise automatisch betätigten Teils des Fahrzeuges
vereint. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist auch eine Betätigungsanordnung
der beschriebenen bekannten Art anzugeben, bei welcher im Normalbetrieb
eine einfache und dennoch sichere Trennung der beiden Arbeitsseiten
des hydraulischen Systems gewährleistet werden
kann, während
andererseits eine komfortable manuelle Betätigung, allenfalls auch bei
Ausfall der automatischen Betätigung
eine Notbetätigung,
mit möglichst
geringem Kraftaufwand und weichen Übergängen zwischen den einzelnen
Schaltstufen sowohl zu Beginn als auch bei Beendigung der manuellen Betätigung möglich ist.
Dabei soll auch eine sichere Haltefunktion gegeben sein.
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Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung
ist ein Vorspannventil wie einleitend beschrieben dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine weitere Schaltstufe mit einer durch ein weiteres,
radial entkoppeltes Ventilelement sperrbaren zweiten Durchströmöffnung vorgesehen
ist, deren Querschnittsfläche
der Größe der Bohrung
hinter der ersten Durchströmöffnung entspricht,
wobei das weitere Ventilelement in einer Verlängerung der ersten Bohrung
mit größerer Querschnittsfläche als
die zweite Durchströmöffnung geführt ist.
Damit ist die schnellstmögliche
Freigabe eines großen Öffnungsquerschnittes
gewährleistet, die
für den
raschen und komfortablen Schaltübergang
notwendig ist, während
das sichere Schließen der
einzelnen Stufen und damit der sichere und schnelle Rückgang zur
Haltefunktion des Ventils durch die radiale Entkoppelung der Ventilelemente der
einzelnen Schaltstufen gewährleistet
ist, da radiale Fertigungstoleranzen oder radiale Verschiebungen
bzw. leichte Verkantungen im Betrieb ausgeglichen werden können. Letzteres
Merkmal gewährleistet
dabei auch die Unabhängigkeit
in der Schließbewegung
der beiden Ventilelemente, da damit ein Verklemmen der beiden Ventilelemente
ineinander verhindert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist
vorgesehen, daß die
letzte Schaltstufe durch eine seitlich in die Bohrung für das letzte
Ventilelement mündende
Ausströmöffnung und
dieses letzte Ventilelement gebildet ist, welches in einer ersten
Endstellung diese Ausströmöffnung komplett
abdeckt und in einer zweiten Endstellung diese Ausströmöffnung völlig freigibt.
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Eine sichere und eindeutige Ausgangsstellung
ist dabei gegeben, wenn gemäß einem
weiteren Erfindungsmerkmal alle Ventilelemente vom elastischen Element
auf die erste Durchströmöffnung hin beaufschlagt
sind und zumindest in der Schließstellung des Vorspannventils
aneinander anliegen. Das elastische Element ist im erfindungsgemäßen Vorspannventil
vorzugsweise durch eine Feder realisiert.
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Eine Verkleinerung des Bauvolumens
ist möglich,
wenn zumindest zwei Ventilelemente einander überlappen, wobei eines der
Ventilelemente in einer Sackbohrung des zweiten Ventilelementes
geführt
ist.
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Einen sicher abdichtenden Sitz und
eine dennoch rasche Öffnung
eines großen
Ventilquerschnittes bietet eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils,
bei welcher das die erste Durchströmöffnung steuernde vordere Ende
des Ventilelementes der ersten Schaltstufe kegelförmig ausgeführt ist.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass
das vordere Ende des Ventilelementes metallisch dichtend mit der
Kante der Durchströmöffnung zusammenwirkt
und das Ventilelement in der Bohrung metallisch dichtend geführt ist.
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Leichte Verkantungen der Ventilelemente gegenüber dem
zugehörigen
Ventilsitz können
zur Erzielung einer sicheren Abdichtwirkung ausgeglichen werden,
wenn gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung das vordere Ende des Ventilelementes mit
einer Einführfase
versehen ist.
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Dieser Ausgleich radialer Abweichungen wird
weiters erleichtert durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher der
Körper
des Ventilelementes, ausgehend von der Einführfase bzw. dem kegelförmigen Anfangsstück, einen
geringeren Aussendurch messer aufweist als der Innendurchmesser der
Sackbohrung des Ventilelementes der nächstfolgenden Schaltstufe.
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Ein Kippen des Ventilelementes in
der Sackbohrung zur Ausgleich radialer Abweichungen wird ermöglicht bzw.
erleichtert durch eine Variante, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß das
hintere, in der Sackbohrung aufgenommene Ende des Ventilelementes
durch einen Zapfen gebildet ist.
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Dennoch ist die sichere Führung insbesonders
bei einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventilelementes
sichergestellt, bei der am hinteren, in der Sackbohrung aufgenommenen
Ende des Ventilelementes eine umlaufende Auskragung mit im wesentlichen
dem Innendurchmesser der Sackbohrung des Ventilelementes der nächstfolgenden
Schaltstufe entsprechendem Außendurchmesser
vorgesehen ist.
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Die sichere Schließwirkung
des Ventils kann in einfacher Weise dadurch sichergestellt werden, dass
ein Kolben vorgesehen ist, der mittels des am Steueranschluss anliegenden
Druckes auf das der Durchströmöffnung gegenüberliegende
Ende des Ventilelements der letzten Schaltstufe hin mit einer Kraft
beaufschlagbar ist.
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Vorteilhafterweise kann ein weiteres
Merkmal der Erfindung darin bestehen, daß allenfalls verschließbare Zu-
bzw. Abführpassagen
für Hydraulikmedium
in die entsprechende Bohrung für
das jeweilige Ventilelement für
zumindest eine Schaltstufe vorgesehen sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher eine allenfalls verschließbare Zu-
bzw. Abführpassage
für Hydraulikmedium
in die Bohrung des Ventils hinter dem letzten Ventilelement vorgesehen
ist, kann damit eine einfache Dämpfungsanordnung
für die
Bewegungen des bzw. der Ventilelemente zumindest beim Öffnen realisiert
werden.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird
bei einer Betätigungsanordnung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Vorspannventil über eine Steuerleitung
mit der Druckmittelquelle verbunden und dadurch hydraulisch sperrbar
ist, und welches Vorspannventil zumindest zwei unterschiedliche Druckschwellenwerte
aufweist. Bei normal arbeitendem Hydrauliksystem ist durch die Steuerleitung
das Vorspannventil sicher geschlossen gehalten, so dass die automatische
Betätigung
der Arbeitszylinder ordnungsgemäß erfolgen
kann, wobei der maximal zulässige
Systemdruck durch herkömmliche
Druckbegrenzungseinrichtungen bestimmt ist. Bei erwünschter
manueller Betätigung
oder auch für
den Fall einer Notbetätigung
bei Ausfall des Hydraulikaggregates oder ähnlichen, den Normalbetrieb
verhindernden Störungen
wird die Sperrwirkung lediglich durch die Einstellungen im oder
am Vorspannventil bestimmt, welches daher für die Kräfte bei manueller Notbetätigung,
d.h. „weicher" und komfortabler,
ausgelegt ist. Vorzugsweise werden die mindestens zwei unterschiedlichen
Druckschwellenwerte des Vorspannventils durch mindestens zwei Schaltstufen
dieses Ventils realisiert, welche Schaltstufen radial entkoppelte
Ventilelemente aufweisen, wie sie weiter oben in Zusammenhang mit
dem erfindungsgemäßen Vorspannventil
erläutert
sind.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften
Ausführungsform,
bei der für
beide Bewegungsrichtungen lediglich ein aufwendiges, mehrstufiges
Vorspannventil benötigt
wird, umfaßt
die Überström-Ventilanordnung
zumindest vier in Graetz-Schaltung angeordnete Rückschlagventile, wobei zwischen
den beiden inneren Knoten der Graetz-Schaltung das Vorspannventil
eingesetzt und ausgangsseitig über
je ein Rückschlagventil
mit beiden Druckmittelleitungen verbunden ist, wobei jedes dieser
Rückschlagventile in
an sich bekannter Weise in Richtung zur jeweiligen angeschlossenen
Druckmittelleitung öffnet
und mit dieser Druckmittelleitung an einer Stelle zwischen den entsperrbaren
Rückschlagventilen
und dem jeweils zugehörigen
Arbeitsraum des Arbeitszylinders verbunden ist. Damit wird auch
das ausgangsseitig des Vorspannventils abgesteuerte Hydraulikmedium unmittelbar
in den Druckmittelkreis zum jeweils einsaugenden Arbeitsraum rückgeführt, was
verschiedenste Vorteile bietet bzw. Verbesserungen des Verfahrensablaufes
ermöglicht,
insbesonders im Zusammenhang mit sogenannten Gleichgangzylindern.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überström-Ventilanordnung zwei separate
Verbindungen zwischen den Arbeitsräumen mit je einem Vorspannventil
umfaßt,
wobei die Vorspannventile gegensinnig orien tiert und über eine
Steuerleitung mit der Druckmittelquelle verbunden und dadurch hydraulisch
sperrbar sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung
ist dadurch gegeben, daß eine
Verbindungsleitung von der ersten Schaltstufe des Vorspannventils
zur darauffolgenden Schaltstufe vorgesehen ist, in welcher Verbindungsleitung
eine Drossel eingesetzt ist. Damit wird beim Öffnen des Vorspannventils ein
gezieltes Nachsaugen des Arbeitsmediums und damit die Vermeidung
eines Vakuums ermöglicht,
was nachfolgende Druckschläge
(Kavitation) verhindert. Beim Schließen des Vorspannventils dagegen
kann nach Abdichten der höheren
Schaltstufe das Arbeitsmedium gezielt aus dem Raum der niedrigeren
Schaltstufe abfließen,
bis auch diese Stufe sicher abdichtet.
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Um das Abfließen des Arbeitsmediums zum drucklosen
Knoten der Überström-Ventilanordnung und
damit das Abbauen von Druckspitzen sowie eine Schaltverzögerung bezüglich des
Durchschaltens des Vorspannventils zu ermöglichen, ist gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass von der Verbindungsleitung,
zwischen der ersten Schaltstufe des Vorspannventils und der ersten Drossel
eine weitere Leitung zum zweiten Knoten der Überström-Ventilanordnung abzweigt,
in welche Leitung vorzugsweise eine zweite Drossel eingesetzt ist.
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Weiters kann in besonders vorteilhafter
Weise in der Verbindungsleitung ein von der ersten zur zweiten Stufe
hin öffnendes
Rückschlagventil
eingesetzt sein, vorzugsweise zwischen dem Drosselelement und der
zweiten Schaltstufe des Vorspannventils.
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Vorzugsweise führt eine Abführleitung
für das
Hydraulikmedium von zumindest einem sich beim Schließen des
Vorspannventils verkleinernden Ventilraum, vorzugsweise dem Ventilraum
der zweiten Stufe, weg und ist darin ein zu diesem Ventilraum hin
schließendes
Rückschlagventil
vorgesehen. Damit kann beim Schließen des Ventils nach Beendigung
der manuellen Betätigung
das Arbeitsmedium rasch aus den beim Schließen des Ventils sich verkleinernden
Volumina abfließen
und das rasche Stoppen und Halten des betätigten Bauteils in der jeweiligen
Stellung gewährleisten.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn die Abführleitung
von der Verbindungsleitung von einer Stelle zwischen dem Vorspannventil
und dem Rückschlagventil
abzweigt und zwischen dem Drosselelement und dem Vorspannventil
wieder in die Verbindungsleitung einmündet.
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Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante
parallel zur Drossel ein vom Vorspannventil weg sperrendes Rückschlagventil
vorgesehen ist, kann durch dieses Rückschlagventil der Raum hinter dem
ersten Ventil mit Arbeitsmedium gefüllt werden, was zur Verhinderung
eines Druckabfalls bzw. Vakuums hinter der ersten Schaltstufe dient
und einen weicheren Übergang
zwischen den Schaltstufen bewirkt.
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Eine weichere Ventilbewegung und
damit ein weicheres Schalten des Ventils bei Handbetätigung ist
durch eine Ausführungsform
möglich,
bei welcher zumindest eine der Schaltstufen des Vorspannventils,
vorzugsweise die letzte Schaltstufe, mit einer Dämpfungsanordnung versehen ist.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen,
daß die
Dämpfungsanordnung
durch die Verbindungsleitung von der oder jeder bedämpften Schaltstufe
zum zweiten Knoten der Überström-Ventilanordnung
und einem darin eingesetzten Drosselelement gebildet ist.
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Um die Dämpfungswirkung jederzeit sicherzustellen,
ist gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
parallel zum Drosselelement ein in Richtung zum Vorspannventil öffnendes
Rückschlagventil
vorgesehen, über
welches die Dämpfungsanordnung immer
mit Arbeitsmedium versorgt werden und damit ihre ordnungsgemäße Funktion
sichergestellt werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden noch
anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. 1 zeigt schematisch einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Vorspannventil
samt zugehörigem Schaltplan
in der Basisvariante, 2 ist
ein Längsschnitt
samt Schaltplan für
eine erweiterte Ausführungsform
mit erhöhter
Funktionalität
und Komfort, 3 zeigt
eine vergrößerte Detailansicht
der Ventilelemente in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform,
und 4 einen hydraulischen Schaltplan
einer Betätigungseinrichtung
nach der vorliegenden Erfindung mit Gleichgang-Arbeitszylinder und einem erfindungsgemäßen Vorspannventil.
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Den Aufbau eines erfindungsgemäßen Vorspannventils 16 samt
einer allenfalls vorgesehenen zugehörigen hydraulischen Schaltung
zur Verbesserung seiner Funktion wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf 1 bis 3 erläutert.
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In einem Gehäuse 20 sind ein Eingangsanschluss 21 und
ein Ausgangsanschluss 22 für das Druckmittel vorgesehen,
zwischen welchen eine Passage 23 für das Druckmittel verläuft. Ein
erstes, in einer Bohrung 24 verschiebbares Ventilelement 25 öffnet oder
schließt
im Zuge seiner Bewegung in der Bohrung 24 einen ersten,
dem Eingangsanschluß 21 nächstliegenden
Ventilsitz 26 für
das Druckmittel. Das vordere Ende des Ventilelements 25 ist
dabei in Form eines Ventilkegels 27 ausgeführt und
wirkt mit dem vorzugsweise kreisrunden und ebenen Ventilsitz 26 zusammen,
der durch den Ventilkegel 27 des Ventilelementes 25 metallisch
dichtend verschlossen werden kann. Durch den Unterschied im Querschnitt des
Ventilsitzes 26 gegenüber
dem größeren Querschnitt
der Bohrung 24 im Gehäuse 20 des
Vorspannventils 16 werden zwei unterschiedliche Druckschwellenwerte
realisiert, wobei nach Überwinden eine
anfänglich
höheren
Druckschwellenwertes ein Absinken des zum Offenhalten des Ventils 16 notwendigen
Druckniveaus erfolgt.
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Durch die kegelförmige Ausbildung des Ventilelementes 25 ist
ein sicherer Dichtsitz in Verbindung mit raschem Freigeben eines
möglichst
großen Durchlassquerschnittes
gewährleistet,
d.h. es ist ein rasches Umschalten von einem Druckschwellenwert auf
den zweiten Druckschwellenwert sichergestellt. Außerdem wird
durch den Ventilkegel 27 ein automatisches Zentrieren des
Ventilelementes 25 und damit ein sicheres Abdichten selbst
bei radialer Abweichung der Mittelachsen oder einer relativen Verkippung
von Ventilsitz 26 und Ventilelement 25 zueinander
sichergestellt.
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Die Bohrung 24 geht nach
einer bestimmten Länge
in einen Abschnitt 28 mit noch größerem Querschnitt über, in
welchem Abschnitt 28 wiederum ein weiteres Ventilelement 29 axial
verschiebbar geführt
ist. Dieses Ventilelement 29 gibt bei Verschiebung in gleichem Sinn
wie das Ventilelement 25, jedoch um einen noch größeren Weg,
den durch den Übergang
von der Bohrung 24 in den Abschnitt 28 gebildeten
zweiten Ventilsitz frei. Damit ist aufgrund des unterschiedlichen
Querschnittes eine weitere Schaltstufe im erfindungsgemäßen Vorspannventil 16 realisiert,
die zum Öffnen
einen höheren
Druck erfordert als zum anschließenden Offenhalten. Dabei kann
diese Führung
des Ventilelementen 29 direkt durch die Innenwandung des
Abschnittes 28 bewirkt werden, allenfalls durch daran ausgebildete
oder damit verbundene Führungselemente.
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Das Ventilelement 29 ist
gemäß einer
anderen Ausführungsform
für die
Führung,
einer Art indirekten Führung
im Abschnitt 28 der Bohrung 24 im Ventilgehäuse 20,
vorteilhafterweise in einer Sackbohrung 30a eines weiteren
Ventilelements 30 mit Spiel aufgenommen, welches Ventilelement
im Abschnitt 28 ebenfalls verschiebbar geführt ist,
wobei es eine seitlich in diesem Abschnitt 28 vorgesehene Öffnung 32 mit
Verbindung zum Ausgangsanschluß 22 öffnet oder
schließt,
je nach dem Ausmaß seiner
axialen Verschiebung. Um weiter die Baulänge des Vorspannventils 16 zu
verringern, kann natürlich,
wie dies in 3 im Detail
zu erkennen ist, schon das erste Ventilelement 25 auch
in einer Sackbohrung 29a des zweiten Ventilelementes 29 aufgenommen und
geführt
sein.
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Durch das weitere Ventilelement 30 und
die Öffnung 32 ist
eine weitere Schaltstufe des mehrstufigen Vorspannventils 16 gebildet.
Auch diese weitere Ventilstufe zeigt die oben für die beiden erstes Stufen
erläuterte
Charakteristik, so dass insgesamt ein Vorspannventil 16 gegeben
ist, welches von einem höchsten
Druckschwellenwert zum Öffnen
stufenweise auf immer niedrigere Druckniveaus für das Offenhalten über.
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Selbstverständlich sind alle Ventilelemente 25, 29, 30 in
Schließrichtung
durch ein elastisches Element beaufschlagt, welches durch die auf
das dritte Ventilelement 30 auf dessen dem Eingangsanschluß 21 gegenüberliegendes
Ende einwirkende Schließfeder 33 gebildet
ist. Diese Schließfeder 33 ist in
dem Abschnitt 34 der Bohrung 24 hinter dem dritten
Ventilelement 30 eingespannt, welcher Abschnitt 34 auch
mit Arbeitsmedium gefüllt
ist, um einen Dämpfungsraum
für die
Bewegung der Ventilelemente 25, 29, 30 darzustellen.
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Weiters kann auf die Rückseite
des dritten Ventilelementes 30 ein Steuerkolben 35 einwirken, der über die
im Ventilgehäuse 20 ausgearbeitete Steuerpassage 36 mit
Arbeitsmedium über
die Steuerleitung 18 beaufschlagt ist, solange die Pumpe 11 arbeitet.
Um die Vorspannung der Schließfeder 33 verändern zu
können,
kann der Steuerkolben 35 in einem Einstellkolben 37 bzw.
sonstigen verstellbaren Anschlag für die Schließfeder 33 geführt sein.
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Die drei Ventilelemente 25, 29 und 30 sind vorteilhafterweise
axial voneinander entkoppelt und daher prinzipiell unabhängig voneinander
verschiebbar, wobei sie, was von besonderer Bedeutung ist, in jedem
Fall radial entkoppelt sind, wie dies genauer in der Detailansicht
der 3 zu erkennen ist.
In ähnlicher
Art, wie das Vorderende 27 des Ventilelementes 25 der
ersten Stufe kegelförmig
ausgebildet ist, ist das vordere Ende 29b des Ventilelementes 29 der zweiten
Stufe des Vorspannventils 16 mit einer Einführfase versehen,
um das Einführen
in den Ringraum der Bohrung 24 hinter dem ersten Ventilsitz 26 zu
erleichtern und auch in geringfügig
verkipptem oder radial versetztem Zustand zu ermöglichen. Dieses Verkippen der
Ventilelemente 25, 29 wird noch dadurch in größerem Ausmaß ermöglicht bzw.
erleichtert, dass der Körper
des jeweiligen Ventilelementes 25, 29, ausgehend
von der Einführfase 29b bzw.
dem kegelförmigen
Anfangsstück 27,
einen geringeren Aussendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser
der Sackbohrung 29a, 30a des Ventilelementes 29, 30 der
nächstfolgenden
Schaltstufe.
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Selbst wenn die Ventilelemente aufeinanderfolgender
Schaltstufen des Vorspannventils 16 durch die Schließfeder 33 aneinandergedrückt sind,
kann dieses Verkippen des jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 in
der Sackbohrung 29a bzw. 30a des Ventilelementes 29 bzw. 30 der
nächsten
Schaltstufe erfolgen, da vorteilhafterweise am hinteren Ende des
jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 ein Zapfen 25c bzw. 29c vorgesehen
ist. Dieser Zapfen 25c bzw. 29c bildet den Anschlag
des jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 am Boden
der Sackbohrung des nächstfolgenden
Ventilelementes 29 bzw. 30. Auch das Ende des
letzten Ventilelementes 30 kann durch einen Zapfen 30c gebildet
sein, der dann als Zentrierhilfe oder -halterung für die Schließfeder 33 genutzt werden
kann.
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Am hinteren, in der Sackbohrung 29a, 30a des
nächstfolgenden
Ventilelementes 29 bzw. 30 aufgenommenen Ende
der ersten Ventilelemente 25, 29 ist eine umlaufende
Auskragung 25d, 29d mit im wesentlichen dem Innendurchmesser
der Sackbohrung 29a, 30a des Ventilelementes 29, 30 der
nächstfolgenden
Schaltstufe entsprechendem Außendurchmesser
am jeweiligen Ventilelement vorgesehen.
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In der Überström-Ventilanordnung kann zur Erhöhung des
Schaltkomforts, d.h. zur Erzielung noch weicherer und leiserer Übergänge zwischen den
einzelnen Stufen des mehrstufigen Vorspannventils 16 dieses
Vorspannventil mit einer unmittelbar zugehörigen hydraulischen Schaltung
kombiniert sein, wie dies in 1 in
einer Basis-Variante und in 2 in
einer erweiterten Ausführungsform
beispielhaft dargestellt ist.
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Der Eingangsanschluß 21 des
Vorspannventils 16 ist dabei mit dem ersten Knoten 1 der
als Überström-Ventilanordnung
eingesetzten Schaltung verbunden und der Ausgangsanschluß 22 mit
dem zweiten Knoten 2 dieser Schaltung. Dabei ist vorteilhafterweise
zwischen diesem zweiten Knoten 2 und dem Vorspannventil 16 noch
die erwähnte
ergänzende
hydraulische Schaltung zur Verbesserung der Funktionalität des Ventils 16 vorgesehen.
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So kann beispielsweise in der Basisvariante der 1 dieser zusätzlichen
hydraulischen Schaltung der Dämpfungsraum 34 hinter
dem dritten Ventilelement 30 durch eine vom Knoten 2 ausgehende Leitung 38 mit
Druckmittel beaufschlagt bzw. befällt werden. In der mehr Komfort
und Funktionalität
bietenden Ausführungsform
der 2 sind in dieser
Leitung 38 in paralleler Anordnung eine Drossel 39 und vorteilhafterweise
optional auch noch ein zusätzliches
Rückschlagventil 40 vorgesehen
sind, welches Rückschlagventil 40 in
Richtung vom Dämpfungsraum 34 weg
schließt.
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Von der zweiten Schaltstufe des Vorspannventils 16,
d.h. der Bohrung 28, geht eine Leitung 41 zum
ersten Abschnitt 24, d.h. zur ersten Stufe des hier beispielsweise
dreistufigen Vorspannventils 16, aus, in welcher Verbindungsleitung 41 eine
Drossel 42 eingesetzt ist. Diese beispielsweise als Düse ausgeführte Drossel 42 gestattet
beim Öffnen
des Vorspannventils 16 das definierte Nachsaugen von Arbeitsmedium
und damit eine Vermeidung von Vakuum und nachfolgenden Druckschlägen (Kavitation). Da
beim Schließen
des Vorspannventils 16 die Drossel 42 nach dem
Abdichten der zweiten Stufe ein definiertes weiteres Abfließen von
Medium aus der Bohrung 28 der zweiten Ventilstufe gestattet,
kann damit ein sicheres weiteres Schließen des Vorspannventils 16 erzielt
werden, bis die erste Stufe schließlich abdichtet und damit die
geschlossene Ausgangsposition des Vorspannventils 16 wieder
erreicht ist. Die Drossel bzw. Düse 42 kann
auch als flache Anspiegelung und damit Undichtigkeit direkt am Kolben 29 der
zweiten Stufe des Vorspannventils 16 ausgebildet sein.
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Eine Schaltverzögerung beim Öffnen des Vorspannventils 16 ist
durch eine weitere Drossel 44 zu erzielen, welche in einer
weiteren Leitung 43 eingebaut ist, die von der Verbindungsleitung 41 abzweigt
und zum zweiten Knoten 2 der Überström-Ventilanordnung führt.
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Beim Schließvorgang des Vorspannventils 16 wird
in der Basisvariante der 1 die
Entleerung der Ringräume 24, 28 der
ersten Ventilstufen ebenfalls in definierter Weise über die
beiden Drosseln 42, 44 ermöglicht.
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Diese für den ordnungsgemäßen und
weichen Schließvorgang
wichtige Entleerung speziell des Ringraumes 28 erfolgt
in der in 2 dargestellten
Komfortvariante über
eine Verbindungsleitung 46 und das darin befindliche Rückschlagventil 47.
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Auch in der Komfortvariante sollte
natürlich die
Schaltverzögerung
für die
erste Ventilstufe verwirklicht sein, was durch die Drossel 42 gewährleistet ist,
die in der Verbindungsleitung 41 eingesetzt ist. Wie durch
strichlierte Darstellung angedeutet ist, kann parallel zur Drossel 42 ein
vom Vorspannventil 16 weg sperrendes Rückschlagventil 47 vorgesehen sein.
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In der Verbindungsleitung 41 zwischen
der ersten und zweiten Stufe des Vorspannventils 16 kann
zusätzlich
ein in Richtung zum zweiten Ringraum 28 öffnendes
Rückschlagventil 45 eingesetzt sein,
das das Nachsaugen von Hydraulikmedium in diesen Ringraum gestattet.
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In einer Betätigungsanordnung für beispielsweise
ein Fahrzeugtür
od. dgl., für
die ein beispielhafter hydraulischer Schaltplan in 4 dargestellt ist, kann ein Vorspannventil 16 samt
zugehöriger
Schaltung wie oben erläutert
vorteilhaft zum Einsatz kommen. Der Arbeitszylinder 1 in 4 weist auf beiden Seiten
des Kolbens 2 Arbeitsräume 3, 4 auf,
die hier zufolge der beidseitig herausgeführten Kolbenstange 5 so
ausgebildet sind, daß das
bei einer axialen Verstellung des Kolbens 2 auf der einen
Seite ausgeschobene Volumen gleich groß dem auf der anderen Seite
nachgesaugten Volumen an Hydraulikmedium ist. Die beiden Arbeitsräume 3, 4 sind über Druckmittelleitungen 6, 7 und
Rückschlagventile 8, 9,
denen allenfalls Drosseln 10 vorgeschaltet sein können, mit einer
Pumpe 11 verbunden.
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Über
eine Überström-Ventilanordnung
mit zwei Knoten, deren Aufbau in einer möglichen Ausführungsform
nachfolgend näher
beschrieben wird, ist eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 3, 4 gegeben,
die einerseits ein Überschieben des
Hydraulikmediums zwischen den Arbeitsräumen 3, 4 erlaubt,
wenn die Pumpe 11 nicht arbeitet und andererseits auch
eine Einflußnahme
auf das durchströmende
Hydraulikmedium und damit auch die Bewegung des Arbeitszylinders 1 gestattet.
Die Überström-Ventilanordnung
umfaßt
hier in besonders vorteilhafter Weise eine Graetz-Schaltung von
vier Rückschlagventilen 12, 13, 14, 15,
in welcher Schaltung ein mehrstufiges Vorspannventil 16 als
wesentliches Element für
die Schaltanordnung zur Beeinflussung des Volumsstroms des Hydraulikmediums vorgesehen
ist, welches Vorspannventil 16 als Rückschlagventil ausgelegt ist.
Das Rückschlagventil 16 ist
dabei derart in die Graetz-Schaltung integriert, dass es vom ersten
Knoten 1, der zwischen den Rückschlagventilen 12 und 13 liegt,
zum zweiten Knoten 2 hin, welcher zwischen den dem Arbeitszylinder 1 entfernt
liegenden Rückschlagventilen 14 und 15 liegt, öffnet.
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Anstelle der Graetz-Schaltung, die
die Verwendung lediglich eines Vorspannventils 16 für beide Bewegungsrichtungen
des Arbeitszylinders 1 ermöglicht, könnten selbstverständlich auch
zwei separate Überströmleitungen
vorgesehen sein. Darin wäre
jeweils ein Vorspannventil 16 eingesetzt, beide Vorspannventile
natürlich
gegensinnig orientiert und mit einer gemeinsamen oder auch für jedes
Ventil separaten Steuerleitung 18 mit der Pumpe des Hydrauliksystems
verbunden, um sie für
den automatischen Betrieb der Betätigungsanlage hydraulisch gesperrt zu
halten.
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Allenfalls kann ein Filter 17 zwischen
dem Vorspannventil 16 und den beiden dem Arbeitszylinder 1 nächstliegenden
Rückschlagventilen 12, 13 der Überström-Ventilanordnung
eingebaut sein. Um bei Normalbetrieb die Betätigung des Arbeitszylinders 1 nicht
durch die Graetz-Schaltung 12 bis 15 und das Vorspannventil 16 zu
beeinflussen, kann das Vorspannventil 16 über die
Steuerleitung 18 hydraulisch gesperrt werden. Wenn die
Pumpe 11 hingegen nicht arbeitet oder eine andere Störung zum
Druckabfall in der Steuerleitung 18 führt, kommen die Voreinstellungen
des Ventils 16 in bezug auf Vorspannung, Öffnungsdruck,
usw. zum Tragen.
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Im Normalbetrieb wird der maximale
Systemdruck auf der jeweiligen Seite des Arbeitszylinders 1 über die
Druckbegrenzungs-Vorspannventile 19 bestimmt, welche bei
Erreichen bzw. Überschreiten
eines einstellbaren Druckniveaus in den Tank absteuern.
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Im folgenden wird die Funktion der
in 4 dargestellten Betätigungsanordnung
erläutert,
bei welcher durch die nicht-reversierbare Pumpe 11 die Betätigung in
einer Arbeitsrichtung automatisch erfolgen kann, in der Gegenrichtung
aber manuell erfolgen muss. Beim hydraulischen Öffnen (oder Schließen) fährt der
Arbeitszylinder 1 nach links, da der Arbeitsraum 3 mit
Druck von der Pumpe 11 beaufschlagt wird. Über die
Leitung 18 ist dabei das Vorspannventil 16 in
der Graetz-Schaltung 12, 13, 14, 15 hydraulisch
gesperrt. Der Druck im Arbeitsraum 3 kann sich bis auf
den Wert aufbauen, bei dem das Druckbegrenzungsventil 19 öffnet. Auf
der gegenüberliegenden
Seite des Systems ist ein Druckentlastungsventil 19a vorgesehen.
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Bei Ausfall oder erwünschtem,
gezieltem Abschalten der Druckmittelquelle 11, etwa bei
einem Ausfall der Stromversorgung, sperren sofort die Rückschlagventile 8 und 9 und
halten derart den normalerweise hydraulisch bewegten Teil in seiner
gegenwärtigen
Stellung fixiert. Gleichzeitig fällt
auch der Druck in der Steuerleitungen 18 ab, so dass das Vorspann ventil 16 funktionsfähig wird
und die zum nun manuellen Bewegen des Fahrzeugteils notwendige Kraft
durch die Druckschwellenwerte dieses Vorspannventiles 16 bestimmt
ist. Letzteres gilt auch für
die allein manuell mögliche
Bewegung des Arbeitszylinders 1 nach rechts. Der höchste der
Druckschwellenwerte, gegeben durch die Verhältnisse der ersten Ventilstufe
des Ventilelementes 25, sorgt im Einsatzfall als Haltedruck
für das
Fixieren betätigten Teils
des Fahrzeuges in der jeweiligen Stellung, z.B. auch bei Schrägstellung
des Fahrzeugs oder gegen Winddruck od. dgl. Soll nun eine manuelle
Bewegung stattfinden, muss der Benutzer diesen Haltedruck überwinden,
was dann zum Umschalten des Vorspannventils 16 auf seinen
zweiten bzw. dritten, jeweils niedrigeren Druckschwellenwert führt, so
dass die dann zum weiteren Bewegen des Teils nötige Kraft stufenweise deutlich
geringer wird als die Haltekraft. Aufgrund der Mehrstufigkeit, der
Dämpfungseinrichtung
und der ergänzenden
hydraulischen Schaltung ist einerseits ein weicher Übergang
von der Haltekraft auf die niedrigeren Druckniveaus gewährleistet
als auch ein rasches Schließen
des Vorspannventils 16 und damit Zurückkehren in die Stellung für die sichere
hydraulische Fixierung des Fahrzeugteiles.
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Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen
möglich,
bei welchen mit einer reversierbaren Pumpe 11 eine automatische
Betätigung
in beide Arbeitsrichtungen möglich
ist, solange das Vorspannventil 16 oder solange die beiden
Vorspannventile 16 in allfälligen separaten Verbindungsleitungen
der beiden Arbeitsräume 3, 4, über die
Steuerleitungen) 18 gesperrt sind.