DE19536725A1 - Vorgesteuertes Druckabschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckabschaltventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Druckabschaltventile - auch Speicherladeventile genannt - werden vorwiegend in Hydraulikanlagen mit Druck­ speichern eingesetzt. Ihre Aufgabe besteht darin, den Pum­ penvolumenstrom auf drucklosen Umlauf zu schalten, sobald der Druckspeicher seinen Ladedruck erreicht hat.

Des weiteren werden derartige Druckabschaltventile in Hy­ droanlagen mit Hoch- und Niederdruckpumpen (Zweikreis-Anla­ gen) verwendet. In diesen Anwendungsfällen wird die Nieder­ druckpumpe auf drucklosen Umlauf geschaltet, sobald der eingestellt Hochdruck erreicht ist.

Fig. 1, auf die bereits jetzt Bezug genommen wird, zeigt ein herkömmliches Druckabschaltventil, wie es in der Druck­ schrift "Der Hydrauliktrainer", Band 1; 1991; Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr am Main offenbart ist.

Das bekannte Druckabschaltventil besteht im wesentlichen aus einem Hauptventil 1 mit einem Hauptkolbeneinsatz 3, ei­ nem Vorsteuerventil 2 mit einem Druckeinstellelement 16 und einem Rückschlagventil 4.

Eine Hydraulikpumpe 18 fördert über das Rückschlagventil 4 Hydraulikfluid in die Hydraulikanlage oder genauer gesagt, hin zu einem Druckspeicher 19. Der an einem Anschluß A des Druckabschaltventils anstehende Druck wirkt über eine Steu­ erleitung 5 auf einen Vorsteuerkolben 6 des Vorsteuerven­ tils 2. Gleichzeitig steht der Druck an einem Anschluß P über Drosseln 7 und 8 auf der federbelasteten Seite des Hauptkolbens 3 und an einem Ventilkörper 9 des Vorsteuer­ ventils 2 an.

Der Aufbau und die Funktion des Vorsteuerventils 2 sollen hier nur soweit beschrieben werden, wie es vom Verständnis des bekannten Druckabschaltventils erforderlich ist. Hin­ sichtlich weitergehender Ausführungen sei auf die folgende Beschreibung der Erfindung verwiesen.

Sobald der am Vorsteuerventil 2 über das Druckeinstellele­ ment 16 voreingestellte Abschaltdruck in der Hydroanlage erreicht ist, öffnet der Ventilkörper 9 gegen die Vorspan­ nung einer Ventilfeder 10 des Vorsteuerventils 2. Das Hy­ draulikfluid fließt dann über die Drosseln 7 und 8 hin zum Federraum 11 des Vorsteuerventils 2 und von dort über eine Steuerleitung 12 und einen Anschluß T zurück zum Tank.

Die Fläche des Vorsteuerkolbens 6 ist um 10-20% größer als die wirksame Fläche des Ventilkörpers 9, so daß die vom Hy­ draulikfluid aufgebrachte Kraft am Vorsteuerkolben 6 ent­ sprechend größer als die auf den Ventilkörper 9 wirkende Kraft ist. Der Vorsteuerkolben 6 ist bis zum Erreichen des eingestellten Systemdrucks druckausgeglichen. Beim Öffnen des Ventilkörpers 9 und damit der Vorsteuerung ist der an der linken Seite des Vorsteuerkolbens 6 wirkende Druck grö­ ßer als der auf den Ventilkörper 9 wirkende Druck, so daß der Vorsteuerkolben 6 durchschaltet und das Vorsteuerventil 2 vollständig geöffnet wird.

Durch den Druckabfall an den Drosseln 7 und 8 entsteht am Hauptkolben 3 ein Druckgefälle, so daß dieser gegen die Vorspannung der Druckfeder 14 von seinem Sitz abgehoben und die Verbindung von Anschluß P zum Anschluß T geöffnet wird, und das Druckfluid zum Tank T hin entspannt wird.

Fällt der Druck am Vorsteuerkolben 6 gegenüber dem einge­ stellten Abschaltsystemdruck um die Schaltdruckdifferenz (10-20%), dann drückt die Ventilfeder 10 den Ventilkörper 9 auf ihren Sitz. Danach baut sich auf der federbelasteten Seite des Hauptkolbens 3 ein Druck auf, so daß dieser wie­ der auf seinen Sitz gedrückt wird. Die Verbindung vom An­ schluß P zum Anschluß T ist dann wieder unterbrochen und die Hydropumpe 18 fördert über das Rückschlagventil 4 vom Anschluß P nach Anschluß A hin zum Druckspeicher 19.

Beim Einsatz eines derartigen Ventils zeigt es sich, daß es bei ungünstigen Betriebsbedingungen beispielsweise dann, wenn der Volumenstrom zum Verbraucher relativ hoch ist, beim Einleiten des Umschaltvorgangs (oberer Schaltpunkt), d. h. dann, wenn die Verbindung von P nach A geschlossen und die Verbindung von P nach T geöffnet werden soll, zu einem unerwünschten Gleichgewichtszustand zwischen dem Druck der Hydroanlage, Pumpendruck und Vorsteuerdruck kommen kann, bei dem der Vorsteuerkolben 6, der Ventilkörper 9 und der Hauptkolben 3 hängenbleiben. In diesem Betriebszustand ist weder die Verbindung von P nach T vollständig aufgesteuert noch die Verbindung von A nach P vollständig zugesteuert, so daß Hauptventil und Vorsteuerventilanordnung geöffnet bleiben und praktisch als Druckbegrenzungsventil wirken.

In diesem unerwünschten Betriebszustand kann es zu einer Ölerwärmung und aufgrund des Druckabfalles am Hauptkolben und auch am Rückschlagventil zu einer unerwünschten Ge­ räuschentwicklung kommen. Des weiteren können Leckagen auf­ treten, da der Hauptkolben, der Steuerkolben und das Rück­ schlagventil in diesem Betriebszustand einem erhöhten Ver­ schleiß ausgesetzt sind.

Es wurde bereits versucht, diese unerwünschte Druckbegren­ zungsfunktion des Druckabschaltventils auszuschließen, in­ dem beispielsweise das Flächenverhältnis zwischen der Flä­ che des Vorsteuerkolbens und der wirksamen Fläche des Ven­ tilkörpers (Kugel) vergrößert oder der Pumpenförderstrom erhöht wurde. Diese Maßnahmen ziehen jedoch einen erhöhten Energieverbrauch mit sich und sind daher bei modernen Anla­ gen nicht einsetzbar, da dort grundsätzlich die Forderung nach einem minimalen Energieverbrauch besteht.

Demgegenüber liegt der Aufgabe die Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckabschaltventil zu schaffen, das bei mi­ nimalem vorrichtungstechnischem Aufwand eine Erhöhung der Funktionssicherheit erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, die Hauptkolbenrückseite mit einem größeren Durchmesser als die dem Ventilsitz zugewandte Seite des Hauptkolbens auszuführen, wirkt die resultierende Flächendifferenz als Hubverstärkung, die ein schnelles Öff­ nen des Hauptkolbens unterstützt, so daß der Öffnungsquer­ schnitt schnell zunimmt und ein Hängenbleiben in einer Zwi­ schenposition verhindert wird. Diese "Aufreißtendenz" des Hauptkolbens wird durch das weitere erfindungsgemäße Merk­ mal unterstützt, gemäß dem der stromabwärts des Ventilsit­ zes und stromaufwärts des Anschlusses (T) ausgebildete Ent­ lastungsraum, der einerseits vom verjüngten Teil des Haupt­ kolbens und andererseits von der Ventilbohrung mit dem Ven­ tilsitz begrenzt ist über eine Drossel mit dem Tank verbun­ den ist, so daß sich in diesem Raum kein Hydraulikfluid- Druck ausbilden kann. Eine derartige Druckausbildung in dem Entlastungsraum würde auf den Hauptkolben zusätzlich in Öffnungsrichtung wirken, so daß die Flächendifferenz bei geschlossenem Hauptventil praktisch aufgehoben wäre.

Das heißt, durch die erfindungsgemäße Merkmalkombination:

• - Hauptkolben mit Flächendifferenz ausgeführt und
• - Entlastungsraum über eine Drossel zum Tank hin entlastbar läßt sich die Schaltsicherheit des Druckabschaltventils ge­ genüber herkömmlichen Lösungen wesentlich verbessern. Auf­ grund der Verbesserung des Schaltverhaltens kann die Schaltdruckdifferenz niedriger ausgelegt werden, so daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ein energiesparendes Ventil herstellbar ist, das eine erhöhte Betriebssicherheit aufweist.

Auf dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE-PS 8 68 530 war es zwar schon bekannt, bei Ventilen Hauptkolben zu verwenden, die eine Flächendifferenz aufweisen, die Er­ findung schlägt jedoch erstmals vor, einen derartig aufge­ bauten Hauptkolben bei einem Druckabschaltventil zu verwen­ den und den Entlastungsraum über eine Drossel mit dem Tank zu verbinden.

Die "Aufreißtendenz" des Hauptkolbens läßt sich weiter un­ terstützen, wenn der Ventilsitz als 180°-Flächensitz ausge­ bildet ist, dessen Sitzflächen etwa rechtwinklig zur Kol­ benachse verlaufen, so daß der Ventilkolben entlang einer Kreisringfläche auf dem Ventilsitz aufliegt.

Ein besonders einfacher Aufbau des Druckabschaltventils er­ gibt sich, wenn der Ventilsitz durch die Radialschulter ei­ nes Radialeinstichs gebildet wird, der gegenüber der Ven­ tilbohrung radial erweitert ist, so daß durch den Radial­ stich einerseits der Ventilsitz und andererseits der Entla­ stungsraum für das Druckfluid gebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der stirnseitige Ab­ schnitt des Hauptkolbens als Konus ausgebildet ist und wenn die Axiallänge des Konus vorzugsweise größer als die Breite des Radialeinstichs gewählt ist.

Der sich an den Radialeinstich anschließende Teil der Ven­ tilbohrung bildet vorteilhafterweise gemeinsam mit dem Hauptkolben einen Drosselspalt, so daß die Verbindung des Entlastungsraums mit dem Tank über den Drosselspalt und den Tankanschluß erfolgt. Der Konus des Hauptkolbens endet vorteilhafterweise in seiner Schließstellung im Bereich des Drosselspaltes. Durch diese geometrische Ausgestaltung ist der Drosselquerschnitt zu Beginn des Öffnungshubes des Hauptkolbens konstant und erweitert sich mit zunehmendem Öffnungshub. Dadurch wird beim Umschalten zunächst ein ver­ gleichsweise enger Drosselquerschnitt zur Verfügung ge­ stellt, über den ein Gegendruck aufbaubar ist, der die Bil­ dung und Implosion von Kavitationsblasen unmittelbar nach dem Öffnen des Hauptkolbens im Bereich des Ventilsitzes verhindert, so daß eine Geräuschentwicklung minimierbar ist.

Das Druckabschaltventil läßt sich besonders einfach her­ stellen, wenn sich der Drosselspalt über die Anschlußboh­ rung für den Tankanschluß T hinaus erstreckt, so daß der Tankanschluß in den Drosselspalt mündet. Auf diese Weise können Bearbeitungsgrate beim Bohren des Lochsterns für den Tankanschluß verhindert werden.

Breite und Länge des Drosselspaltes sowie der Konus des Hauptkolbens werden vorzugsweise nach den Vorgaben der Un­ teransprüche 8, 10 und/oder 11 gewählt.

Das erfindungsgemäße Druckabschaltventil wird bevorzugter­ weise mit einer Vorsteuerventilanordnung gemäß Unteran­ spruch 14 ausgebildet, die als solche bereits aus dem in Fig. 1 gezeigten Stand der Technik bekannt ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge­ genstand der sonstigen Unteransprüche.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand scheinatischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein vorbekanntes Druckab­ schaltventil;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit einem er­ findungsgemäßen Druckabschaltventil versehenen Hy­ droanlage;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Einbausatzes für ein Hauptventil eines Druckabschaltventils ge­ mäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Einbausatzes aus Fig. 3.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Einbausatz einer Hauptventi­ lanordnung für ein vorgesteuertes Druckabschaltventil, wie er in einer Hydroanlage gemäß Fig. 2 Verwendung finden kann.

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema einer Hydroanlage, die über eine Hydropumpe 18 mit Hydraulikfluid versorgbar ist. Das Hydraulikfluid wird über eine Pumpenleitung 21 hin zu einer Hauptventilanordnung 20 geführt, deren Aufbau im Zusammen­ hang mit Fig. 3 näher erläutert ist. Die Hauptventilanord­ nung 20 hat einen Hauptkolben 30, der von einer Drosselboh­ rung 36 durchsetzt ist, über die Steuerfluid zur federvor­ gespannten Rückseite des Hauptkolbens 30 und über eine Steuerleitung 23 hin zu einer Vorsteuerventilanordnung 22 geführt ist. In der Steuerleitung 23 ist eine Dämpfungs­ drossel 25 vorgesehen, die Schwankungen im Steuerfluiddruck dämpfen soll.

Von der Pumpenleitung 21 zweigt eine Arbeitsleitung 27 ab, die zu einem Verbrauchersystem 29 der Hydroanlage geführt ist. Das Verbrauchersystem 29 hat einen Druckspeicher 19, über den ein Verbraucher 31 mit Hydraulikfluid versorgbar ist. In der Arbeitsleitung 27 ist ein Rückschlagventil 33 vorgesehen, das eine Rückströmung des Hydraulikfluids vom Speicher 19 hin zur Pumpenleitung 21 verhindert. Stromab­ wärts des Rückschlagventils 33 zweigt eine weitere Steuer­ leitung 35 ab, die an eine Steuerseite der Vorsteuerventi­ lanordnung 22 geführt ist.

Die Vorsteuerventilanordnung 22 entspricht derjenigen, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, so daß in Fig. 2 der Ein­ fachheit halber für einander entsprechende Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden.

Demgemäß hat die Vorsteuerventilanordnung 22 einen Ventil­ körper 9, der über eine Ventilfeder 10 gegen einen Ventil­ sitz vorgespannt ist. Die Vorspannung läßt sich über ein Druckeinstellelement 16 variieren.

Koaxial zum Ventilkörper 9 ist ein Vorsteuerkolben 6 vorge­ sehen, dessen wirksame Fläche etwa 10-20% größer ist als die wirksame Fläche des Ventilkörpers 9. Die weitere Steu­ erleitung 35 ist zu der vom Ventilkörper 9 abgewandten Rückseite des Vorsteuerkolbens 6 geführt. An der anderen Stirnfläche des Vorsteuerkolbens 6 ist ein radial zurückge­ stufter Stößelabschnitt 37 ausgebildet, der in Anlage bringbar ist, an den Ventilkörper 9, so daß bei entspre­ chender Druckbeaufschlagung des Vorsteuerkolbens 6 eine Kraft auf den Ventilkörper 9 aufbringbar ist, die gegen die Feder 10 wirkt und somit die Aufsteuerbewegung des Ventil­ körpers 9 unterstützt.

Die in Fig. 3 näher dargestellte Hauptventilanordnung 20 hat eine Ventilbuchse 24, die über Dichteinrichtungen 26 (O-Ring, Stützring) im Ventilgehäuse (nicht gezeigt) des Druckabschaltventils befestigbar ist. Der Mantel der Ven­ tilbuchse 24 ist von einem Radial-Bohrungsstern durchbro­ chen, der zum Tankanschluß T der Ventilanordnung geführt ist.

Die Ventilbuchse 24 hat eine Ventilbohrung 28, in der ein Hauptkolben 30 der Ventilanordnung axial verschiebbar ge­ führt ist. Der Hauptkolben 30 hat einen becherförmigen Querschnitt, der sich in der Ansicht nach Fig. 3 nach oben hin öffnet. Im Kolbenboden 32 ist eine sich stufenförmig verjüngende Mittelbohrung vorgesehen, die mit einem Gewin­ deabschnitt versehen ist, in den ein Düsenkörper 34 einge­ schraubt ist. Diese wird von einer Drosselbohrung 36 durch­ setzt.

An der Innenseite des Kolbenbodens 32 greift eine Druckfe­ der 38 an, die an dem nicht gezeigten Ventilgehäuse des Druckabschaltventils abgestützt ist.

Mittels dieser Druckfeder 38 ist der Hauptkolben 30 mit seiner planen Stirnseite gegen eine Radialschulter eines Ventilsitzes 40 vorgespannt, wobei die Ventilbohrung 28 im Bereich des Ventilsitz 40 radial verengt ist.

Der Ventilsitz 40 wird durch einen Radialeinstich 42 gebil­ det, dessen in Fig. 3 unten liegende Radialschulter als An­ lage für den Hauptkolben 32 dient. Somit liegt der Haupt­ kolben 30 mit seiner Stirnfläche auf dem planen Ventilsitz 40 auf, so daß sich ein planer Flächensitz entlang einer Kreisringfläche ausbildet (180°-Flächensitz).

Der radial verengte Teil 48 der Ventilbohrung 28 ist mit dem Pumpenanschluß P verbunden.

Im Bereich des Bohrungssterns für den Tankanschluß T bis hin zum Radialeinstich 42 ist die Ventilbohrung 28 zu einem Drosselspalt 44 erweitert, wobei dieser einerseits durch die stufenförmig erweiterte Umfangswandung der Ventilbuchse 24 und andererseits durch die benachbarten Außenumfangsab­ schnitte des Hauptkolbens 30 begrenzt ist.

Wie weiterhin aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Hauptkolben 30 zu seiner Stirnseite hin konisch verjüngt, wobei die Axiallänge des konischen Abschnittes größer ist als die Breite B des Radialeinstichs 42. Die wirksame Kolbenfläche A_S im Bereich des Ventilsitzes ist somit durch den Ventil­ sitzdurchmesser d_S (Fig. 4) bestimmt. Die wirksame Kolben­ fläche A_K der Kolbenrückseite (Federseite) ist durch den Kolbendurchmesser d_K festgelegt. Hinsichtlich weiterer kon­ struktiver Ausgestaltungen des Drosselspalts 44 und des Ra­ dialeinstichs 42 wird auf die folgenden Ausführungen im Zu­ sammenhang mit Fig. 4 verwiesen.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, wird durch den Radial­ einstich 42 eine Ringkammer gebildet, die als Entlastungs­ kammer 46 für das Druckfluid wirkt. An die Entlastungskam­ mer 46 schließt sich dann der Drosselspalt 44 an, in den der Tankanschluß T - oder genauer gesagt der Bohrungsstern zur Bildung des Tankanschlusses - mündet. Das heißt, beim Öffnen des Hauptkolbens 30 muß das Hydraulikfluid nach dem Durchströmen des Spaltes zwischen Ventilsitz 40 und Stirn­ seite des Hauptkolbens 32 in die Entlastungskammer 46 ein­ treten und dann durch den Spalt 44 hindurch zum Tankan­ schluß T hin ausströmen, d. h., die Entlastungskammer 46 ist über den Drosselspalt 44 mit dem Tank verbunden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die stirnseitige Auflageflä­ che einerseits durch den Sitzdurchmesser d_S des Hauptkol­ bens 30, d. h. durch den Durchmesser der Stirnseite des ko­ nischen Teils und durch die Innenumfangswandung des vereng­ ten Teils 48 der Ventilbohrung 28 begrenzt.

Die Axiallänge des konischen Teils des Hauptkolbens 30 ist größer gewählt als die Breite B des Radialeinstichs 42, so daß der konische Abschnitt des Hauptkolbens 30 in seiner in Fig. 4 gezeigten Schließstellung unterhalb der in Fig. 4 unteren Umfangskante 50 (Schnittdarstellung) endet. Dadurch wird in diesem Bereich ein Drosselspaltabschnitt mit kon­ stanter lichter Weite ausgebildet, der eine Axiallänge y₁ aufweist. Diese Axiallänge y₁ ist somit einerseits durch die Unterkante (Schnittdarstellung) 50 des Tankanschlusses T und andererseits durch des Beginn des konischen Ab­ schnitts des Hauptkolbens 30 in seiner Schließstellung be­ grenzt.

Im Anschluß an diesen Drosselspaltabschnitt mit der Axiallänge y₁ schließt sich ein Drosselabschnitt an, der sich entsprechend dem Konuswinkel und der Differenz des Kolbendurchmessers d_K und des Sitzdurchmessers d_S erwei­ tert.

Wie des weiteren insbesondere aus Fig. 3 entnehmbar ist, ist die den Drosselspalt 44 bildende Radialerweiterung der Ventilbohrung 28 mit einer derartigen Axiallänge ausge­ führt, daß der Bohrungsstern für die Tankanschluß-Bohrungen innerhalb dieser Radialerweiterung mündet. Durch diese Maß­ nahme muß weniger Aufwand bei der Nachbearbeitung des Boh­ rungssterns zur Entgratung der Ventilbohrung betrieben wer­ den, da die Grate in diesem Fall nicht unmittelbar in Kon­ takt an den Außenumfang des Hauptkolbens 30 geraten.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Druckab­ schaltventils sei im folgenden dessen Funktion erläutert.

In der in Fig. 2 dargestellten Grundstellung des vorgesteuer­ ten Druckabschaltventils werden der Druckspeicher 19 und gegebenenfalls der Verbraucher 31 von der Hydropumpe 18 mit Druckfluid versorgt (nicht gezeigt). Der Hydraulikdruck am Pumpenanschluß P liegt auch an der Stirnseite des sich in seiner Schließstellung befindlichen Hauptkolbens 30 an. Ein Steuerfluidanteil tritt durch die Drosselbohrung 36 hin­ durch in den Innenraum des Hauptkolbens 30 ein, so daß an der federvorgespannten Rückseite des Hauptkolbens 30 ein Steuerdruck anliegt, der mit dazu beiträgt, den Hauptkolben 30 gegen seinen Ventilsitz 40 zu drücken.

In seiner Schließposition wird der Hauptkolben 30 somit ne­ ben der durch die Druckfeder 38 aufgebrachten Kraft noch - wie bereits erwähnt - durch die aufgrund der Flächendiffe­ renz

zwischen der druckbeaufschlagten Stirnseite des Kolbens (gekennzeichnet durch den Ventilsitzdurchmesser d_S) und der druckbeaufschlagten Rückseite des Kolbens (gekennzeichnet durch den Kolbendurchmesser d_K) wirkenden Kraft in Richtung auf seinen Ventilsitz vorgespannt.

Das Steuerfluid wird über die Dämpfungsdrossel 25 hin zur Vorsteuerventilanordnung 22 geführt, so daß die in Fig. 2 rechte Stirnfläche des Vorsteuerkolbens 6 und der Ventil­ körper 17 mit dem Steuerdruck beaufschlagt sind.

An der in Fig. 2 linken Stirnfläche des Vorsteuerkolbens 6 liegt ein Steuerdruck an, der etwas geringer ist als der Steuerdruck an der in Fig. 2 rechten Stirnseite, so daß dieser in seiner Gleichgewichtsstellung keine Kraft auf den Ventilkörper 9 ausübt.

Sobald der vorbestimmte Abschaltdruck (oberer Schaltpunkt) im Hydrosystem erreicht wird, wird der Ventilkörper 9 durch den Steuerdruck stromabwärts der Dämpfungsdrossel 25 von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß ein Vorsteuerfluid-Vo­ lumenstrom über die Vorsteuerventilanordnung 22 hin zum Tank T entsteht. Diese Steuerfluidrückführung kann intern oder extern erfolgen.

In diesem Betriebszustand liegt der Hauptkolben 30 noch an seinem Ventilsitz an. Durch den Druckabfall an der rechten Stirnfläche des Vorsteuerkolbens 6 wird dieser durch den Steuerdruck in der Steuerleitung 35, der etwa dem Steuer­ druck im Hydrospeicher 19 abzüglich des Leitungsdruckverlu­ stes entspricht nach rechts bewegt, so daß dieser in Anlage an den Ventilkörper 9 kommt und dessen Öffnungsbewegung ge­ gen die Kraft der Ventilfeder 10 unterstützt. Die Verbin­ dung der Steuerleitung 23 hin zum Tank T wird somit weiter aufgesteuert, so daß der Steuerdruck an der Federseite des Hauptkolbens 30 abgesenkt wird. Dieser hebt dann von seinem Ventilsitz ab, wobei nach dem Abheben die gesamte Quer­ schnittsfläche des Hauptkolbens 30 mit dem Fluiddruck am Anschluß P beaufschlagt ist und somit die Flächendifferenz unwirksam wird.

Durch den Hauptkolben 30 wird dann die Verbindung des An­ schlusses P zum Tank T hin aufgesteuert, so daß der Fluid­ druck am Anschluß P der Hauptventilanordnung 20 abgebaut wird. Daraufhin schließt das Rückschlagventil 33 und die Versorgung des Verbrauchers 31 erfolgt nunmehr alleine aus dem Hydrospeicher 19. Durch den Druckabbau am Anschluß P nimmt der Steuerfluid-Volumenstrom über die Drosseln 36 und 25 ab, so daß der Druck an der rechten Seite des Vorsteuer­ kolbens 6 weiter abgebaut und der Ventilkörper 9 vollstän­ dig aufgesteuert wird.

Daraufhin wird der Hauptkolben 30 sehr schnell in seine obere Gleichgewichtsposition bewegt, in der die Verbindung von P nach T vollständig aufgesteuert ist. Das Hydraulik­ fluid wird durch die Förderpumpe 18 im drucklosen Umlauf über die Hauptventilanordnung 22 gefördert.

Wenn der Druck im Hydrospeicher 19 soweit abgebaut ist, daß der untere Schaltpunkt der Vorsteuerventilanordnung 22 er­ reicht ist, so wird der Hauptsteuerkolben 6 durch den Steu­ erdruck in der Steuerleitung 23 gegen den Druck in der Steuerleitung 35 nach links bewegt, so daß der Vorsteuer­ kolben 6 vom Ventilkörper 9 abhebt und letzterer wieder durch die Ventilfeder 10 in seine Schließstellung zurückbe­ wegt wird. Daraufhin baut sich an der Federseite des Haupt­ kolbens 30 wiederum ein Steuerdruck auf, der die Schließbe­ wegung des Hauptkolbens 30 aufgrund der Wirkung der Druck­ feder 38 unterstützt (Flächendifferenz!) - der Hauptkolben 30 wird somit wieder gegen seinen Ventilsitz gedrückt, so daß die Verbindung P - T zugesteuert und abgesperrt wird. Durch den Druckaufbau am Anschluß P der Hauptventilanord­ nung 20 und somit in der Arbeitsleitung 27 wird das Rück­ schlagventil 33 geöffnet, so daß das Verbrauchersystem 29 wiederum mit Hydraulikfluid aus der Hydropumpe 18 versorgt wird.

Der beim Schließen des Hauptkolbens 30 im Entlastungsraum 46 entstehende Fluiddruck kann über den Drosselspalt 44 und den Tankanschluß T entspannt werden, so daß beim nächsten Abschaltzyklus die volle Flächendifferenz wirksam ist.

Bei der Erprobung des erfindungsgemäßen Druckabschaltven­ tils hat es sich gezeigt, daß sich das Schaltverhalten durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Entlastungsraums 46 mit der Verbindung zum Tank T gegenüber herkömmlichen Lösungen ganz erheblich verbessern läßt. Das heißt, durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Öffnungsbewegung des Hauptkolbens 30 beschleunigt, so daß das Hängenbleiben des Ventils in einer Druckbegrenzungsstellung zuverlässig unterbunden werden kann.

Unmittelbar nach dem Abheben des Hauptkolbens 30 vom Ven­ tilsitz 40 strömt das Hydraulikfluid vom Pumpenanschluß P in den Entlastungsraum 46 ein und von dort weiter in den Drosselspalt 44, der unmittelbar nach dem Abheben des Hauptkolbens einen Anteil mit konstantem Drosselquerschnitt und der vorbeschriebenen Axiallänge y₁ hat. In diesem Dros­ selspalt wird ein Gegendruck aufgebaut, der den Entla­ stungsschlag beim Umschalten, d. h. beim Abheben des Haupt­ kolbens 30 dämpft. Der Gegendruck im Drosselspalt 44 ver­ mindert zumindest teilweise die Bildung und Implosion von Kavitationsblasen unmittelbar nach dem Abheben des Haupt­ kolbens 30 vom Ventilsitz 40.

Nachdem der Hauptkolben den der Strecke y₁ entsprechenden Kolbenhub durchlaufen hat, wird auch der Drosselspalt auf­ grund des konischen Teils des Hauptkolbens 30 vergrößert, so daß der Gegendruck verringert und die Kolbenaufwärtsbe­ wegung weiter unterstützt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hauptventilan­ ordnung eines Druckabschaltventils kann somit die Schalt­ funktion des Hauptventils gegenüber herkömmlichen Lösungen erheblich verbessert werden, wobei die Schaltleistung, d. h. der maximale Verbrauchervolumenstrom bei konstantem Pumpen­ volumenstrom und Abschaltdruck verbessert ist. Das Druckab­ schaltventil kann somit mit einer geringeren Schaltdruck­ differenz ausgelegt werden, so daß das Ventil mit einem niedrigeren Energieaufwand betreibbar ist. Mit den erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen ist es erstmals möglich, einen Ver­ braucher mit einem Volumenstrom zu versorgen, der etwa dem Förderstrom der Hydropumpe entspricht, ohne daß es zu Fehl­ funktionen der eingangs beschriebenen Art kommt.

Claims (14)

1. Vorgesteuertes Druckabschaltventil mit einem Hauptkol­ ben (30), der gegen einen Ventilsitz (40) vorgespannt ist und der bei Überschreiten eines vorbestimmten Sy­ stemsdrucks einen Anschluß (T) öffnet, wobei die Feder­ seite des Hauptkolbens (30) über eine Vorsteuerventi­ lanordnung (22) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die wirksame Kolbenfläche (A_K) an der Feder­ seite des Hauptkolbens (30) größer ist als die wirksame Fläche (A_S) der ventilsitzseitigen Hauptkolben-Vorder­ seite und daß ein zwischen Ventilsitz (40) und Anschluß (T) vorgesehener Entlastungsraum (46) über eine Drossel (44) mit einem Tank (T) verbunden ist.

2. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben zur Anlagefläche hin verjüngt ist.

3. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsraum (46) durch einen Radialeinstich (42) im Ventilgehäuse ausge­ bildet ist, der gegenüber der Ventilbohrung (28) radial erweitert ist und dessen eine Stirnfläche den Ventil­ sitz (40) bildet.

4. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilsitz (40) als Flächensitz ausgebildet ist, dessen Sitzflächen etwa rechtwinklig zur Kolbenachse verlau­ fen.

5. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallänge eines konischen Hauptkolbenteils größer ist als die Axiallänge (3) des Radialeinstichs (42).

6. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dros­ sel durch einen in der Ventilbohrung (28) im Anschluß an den Radialeinstich (42) gemeinsam mit dem Hauptkol­ ben (30) ausgebildeten Drosselspalt (44) gebildet ist.

7. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anschluß (δ) in den Dros­ selspalt (44) mündet und daß der verjüngte Abschnitt des Hauptkolbens (30) in der Schließstellung im Bereich eines Drosselspaltabschnitts endet, der in Axialrich­ tung vom Anschluß (6) und vom Radialeinstich (42) be­ grenzt ist, so daß ein Ringspalt mit einer vorbestimm­ ten Drosselspaltlänge (y₁) gebildet ist.

8. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drosselspaltlänge (y₁) etwa 0.2 mm beträgt.

9. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Drosselspalt (44) stromabwärts über den Anschluß (T) hinaus erstreckt.

10. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Drosselspaltes 0.1-0.2 mm beträgt.

11. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der An­ sprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brei­ te der ringförmigen Sitzfläche etwa 10% des stirnsei­ tigen Hauptkolbendurchmessers und/oder der Konuswinkel des verjüngten Hauptkolbenabschnitts etwa 15° beträgt.

12. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der vor­ hergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteueröl über eine Vorsteuerdrossel (36) im Hauptkolben (30) zu dessen Federseite und zur Vorsteu­ erventilanordnung geführt ist.

13. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Vorsteuer­ drossel (36) eine Dämpfungsdrossel ( ) vorgesehen ist.

14. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach einem der vor­ hergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventilanordnung einen Ventilkörper (9) hat, der vom Steuerdruck in Öffnungsrichtung beauf­ schlagt wird und dem ein Aufsteuerkolben (6) zugeordnet ist, der einerseits mit dem Steuerdruck und anderer­ seits mit dem Systemdruck beaufschlagbar ist, wobei die wirksame Ventilkörperfläche etwa 10-20% geringer ist als die wirksame Aufsteuerkolbenfläche.