DE19543978A1 - Senkventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Senkventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DE 23 23 597 A1 ist ein derartiges Senkventil bekannt, das zwischen einen hydraulischen Verbraucher und einen Druckmitteltank geschaltet ist. Das Senkventil weist in seiner Schieberbohrung ein bewegliches Stellglied auf, das als Sitzventil ausgebildet ist. Im geschlossenen Zustand des Sitzventils ist der Druckmittelabfluß aus dem Verbraucher gesperrt, wobei ein ungewolltes Absenken von Lasten, vor allem durch Lecköl, verhindert wird. Mittels einer Betätigungseinrichtung kann das Senkventil stufenlos in Öffnungsstellung gebracht und der Druckmittelabfluß aus dem Verbraucher freigegeben werden. Die sich dabei ergebende Senkgeschwindigkeit des Verbrauchers ist abhängig vom Volumenstrom am Drosselquerschnitt. Dieser Volumenstrom verhält sich proportional zu einem Wurzelwert aus der Druckdifferenz am Drosselquerschnitt multipliziert mit einem von der Größe und der Form des Drosselquerschnitts abhängigen Faktor und ist damit abhängig von der Größe der am Verbraucher anliegenden Last. Obwohl das Stellglied des Senkventils gegenüber Kräften aus dem Lastdruck ausgeglichen ist, können sich unterschiedliche Lasten auf die Betätigungskräfte für das Stellglied auswirken. Solche Lasteinflüsse sind in manchen Fällen unerwünscht.

Ferner ist es bekannt bei Stromreglern separat angeordnete Druckwaagen einzusetzen. Druckwaagen gleichen Schwankungen des Differenzdrucks an ihnen vor- oder nachgeschalteten Meßblenden aus und halten dadurch den Volumenstrom an der Meßblende konstant. Nachteilig ′bei dieser Bauweise ist jedoch die Vielzahl von Einzelbauteilen, die eine aufwendige Montage und eine große Zahl von abzudichtenden Anschlüssen bewirkt. Daraus ergibt sich ein hoher Bedarf an Bauraum, der besonders bei kleinbauenden Kompaktaggregaten nicht vorhanden ist. Vor allem sind solche Stromregler nicht zur Verwendung als Senkventil geeignet.

Vorteile der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Senkventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß in ihm die Funktionen einer Druckwaage integriert sind. Die über den Stellweg des Stellglieds im Senkventil vorgewählte Senkgeschwindigkeit des Verbrauchers verhält sich damit weitgehend lastunabhängig und proportional zum Stellweg. Vorteilhaft ist ferner, daß die Betätigungskraft für das Stellglied in ihrer Größe ebenfalls lastunabhängig ist.

Durch eine besondere Ausgestaltung des Stellglieds läßt sich dem Stellweg ein aus dem vorhandenen Lastdruck resultierender Weg überlagern. Damit erhält der Bediener stets eine Rückmeldung über den Lastzustand am Verbraucher, wodurch der Bedienungskomfort verbessert wird.

Weitere Verbesserungen oder vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. So zeichnet sich das Senkventil besonders durch seine kompakte Bauweise aus, was insbesondere den Anforderungen an den Bauraum in Kleinaggregaten entgegenkommt. Dies wird durch eine geringe Zahl von hochintegrierten, mehrere Funktionen übernehmenden, Einzelteilen erreicht. Da diese Einzelteile relativ einfach herstell- und montierbar sind, ist zudem eine preisgünstige Fertigung des Senkventils möglich. Besonders vorteilhaft ist ein als Einbauventil ausgebildetes Senkventil, weil dadurch die Zahl der Dichtstellen auf ein Minimum reduziert ist und sich zusätzlich die hydraulischen Verbindungen leicht herstellen lassen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Senkventil in geschlossener Stellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Senkventil 10, mit einem einteiligen Gehäuse 12, das zum Einbau in ein nicht dargestelltes Hydraulikaggregat vorgesehen ist. Dazu weist das Gehäuse 12 an seiner Außenkontur Nuten 13 auf, die der Aufnahme von Dichtelementen dienen. Ferner ist ein Befestigungsflansch 14 ausgebildet mit dem das Senkventil 10 im Hydraulikaggregat fixiert ist. Über eine im Gehäuse 12 ausgebildete Zulaufbohrung 15 wird das Senkventil 10 mit einem nicht dargestellten Verbraucher verbunden. Diese Zulaufbohrung 15 mündet im Inneren des Gehäuses 12 in eine in Längsrichtung des Senkventils 10 angeordnete und mit einem nicht dargestellten Tank in Verbindung stehende Schieberbohrung 16. Die senkrecht zur Schieberbohrung 16 verlaufende Zulaufbohrung 15 unterteilt das Gehäuse 12 in einen oberhalb der Zulaufbohrung 15 liegenden und im eingebauten Zustand des Senkventils 10 teilweise aus dem Hydraulikaggregat hervortretenden Ventilkopf 17 und einen unterhalb der Zulaufbohrung 15 und innerhalb des Hydraulikaggregats liegenden unteren, hülsenförmigen Gehäuseteil 18. Zur Steuerung der Verbindung zwischen der Zulaufbohrung 15 und der Schieberbohrung 16 wird ein innerhalb der Schieberbohrung 16 dicht und gleitend geführter Ventilschieber 19 verwendet. Der Ventilschieber 19 ist als Hohlschieber ausgebildet, d. h. er wird von einer in Richtung der Schieberbohrung 16 verlaufenden Durchgangsbohrung 20 durchdrungen. Die Mantelfläche des Ventilschiebers 19 weist eine umlaufende Ringnut 22 auf, die eine Steuerkante 23 bildet.

Diese Ringnut 22 ist durch eine Verbindungsbohrung 24 mit der, im Ventilschieber 19 axial verlaufenden Durchgangsbohrung 20 verbunden. Diese Durchgangsbohrung 20 ist zur Ausbildung eines Ventilsitzes 25 einmal abgesetzt ausgeführt und bildet im Anschluß an den Ventilsitz 25 eine Meßblende 26 aus.

In Öffnungsrichtung wird der Ventilschieber 19 von einer Regelfeder 27 belastet. Diese Regelfeder 27 stützt sich einerseits am unteren Ende des Ventilschiebers 19 und andererseits an einer Anschlagbuchse 28 ab. Die Anschlagbuchse 28 ist innerhalb der Schieberbohrung 16 im Bereich des unteren Gehäuseteils 18 angeordnet und wird von der Regelfeder 27 gegen einen gehäuseseitigen Sicherungsring 29 gedrückt. Die in Richtung des Ventilkopfes 17 zeigende Stirnseite der Anschlagbuchse 28 stellt einen, der Schließstellung des Senkventils 10 zugeordneten Endanschlag des Ventilschiebers 19 dar.

Mit dem Ventilschieber 19 steht ein bolzenförmiges Stellglied 30 in Wirkverbindung. Das innerhalb des Gehäuses 12 gelegene Ende des Stellglieds 30 ist als Steuerzapfen 32 ausbildet, der in Schließstellung des Senkventils 10 die Meßblende 26 durchdringt. Der von der Regelfeder 27 beaufschlagte Ventilschieber 19 und das Stellglied 30 bilden im Betriebszustand des Senkventils 10 eine Druckwaage mit verstellbarer Meßblende 26 aus. Dem Steuerzapfen 32 des Stellglieds 30 schließt sich ein zylindrischer Bund 33 an, der in eine nach außen ragende Betätigungsstange 34 übergeht.

Die Mantelfläche dieses Bundes 33 dient dem Stellglied 30 innerhalb der Durchgangsbohrung 20 als axiale, erste Führungsfläche. Die am Übergang zum Steuerzapfen 32 ausgebildete Stirnfläche des Bundes 33 bildet mit dem Ventilsitz 25 im Ventilschieber 19 ein Sitzventil aus, das das Senkventil 10 in dessen Schließstellung druckdicht verschließt. In Offenstellung des Senkventils 10 wirken der Ventilsitz 25 mit angrenzender Meßblende 26 und der Steuerzapfen 32 als verstellbare Meßblende 26 der Druckwaage. An der zum Ventilkopf 17 weisenden Stirnfläche des Bundes 33 liegt ein von der Betätigungsstange 34 zentrierten Stützring 35 an.

Über diesen Stützring 35 wird das Stellglied 30 von einer Stellfeder 36 belastet, die die Betätigungsstange 34 umschließt und die das Stellglied 30 in Richtung Schließstellung beaufschlagt. Dazu stützt sich diese Stellfeder 36 auf einer im Ventilkopf 17 vorhandenen Lagerscheibe 37 ab. Die Lagerscheibe 37 wiederum liegt an dem von der Schieberbohrung 16 gebildeten Absatz des Gehäuses 12 auf und wird von der Betätigungsstange 34 in einer zentrischen Ausnehmung durchdrungen. Eine ebenfalls an der Lagerscheibe 37 anliegende Hubbegrenzungshülse 38 begrenzt den maximalen Hub des Ventilschiebers 19.

Die Betätigungsstange 34 dringt im Ventilkopf 17 durch die mittels eines Dichtelements 39 abgedichtete Schieberbohrung 16 nach außen und kann dort von einer Betätigungseinrichtung, insbesondere durch Handbetätigung der Bedienungsperson, beaufschlagt werden. Die für eine verkantungsfreie axiale Führung des Stellglieds 30 notwendige zweite Führungsfläche bildet die Schieberbohrung 16 im Anschluß an das Dichtungselement 39 aus.

Die Wirkungsweise des Senkventils 10 wird im Folgenden erläutert, wobei davon ausgegangen wird, daß sich das Senkventil 10 zunächst in Grundposition befindet und die Funktionsweise einer Druckwaage an sich bekannt ist. Diese Grundposition zeichnet sich dadurch aus, daß an der Betätigungsstange 34 keine äußere Betätigungskraft angreift Die in Schließrichtung des Senkventils 10 wirkende Stellfeder 36 bewirkt, daß das Stellglied 30 auf seinen im Ventilschieber 19 ausgebildeten Ventilsitz 25 gedrückt wird und diesen druckdicht verschließt. Da die Stellfeder 36 stärker als die Regelfeder 27 dimensioniert ist, bewirkt die vorhandene Differenzkraft, daß der Ventilschieber 19 durch das Stellglied 30 gegen den von der Anschlagbuchse 28 gebildeten mechanischen Anschlag gepreßt wird. In dieser Grundstellung verschließt der Ventilschiebers 19 die Zulaufbohrung 15, in der Druckmittel unter hohem Druck ansteht. Die Ringnut 22 und ein im Ventilkopf 17 vom Ventilschieber 19 und vom Gehäuse 12 begrenzter Druckraum 40 sind mit Druckmittel gefüllt.

Die Überführung des Senkventils 10 aus der Grundstellung in eine Offenstellung erfolgt über den außerhalb des Gehäuses 12 gelegenen Bereich des Stellglieds 30. Dazu muß das Stellglied 30 über die gewünschte Öffnungsdauer des Senkventils 10 mit einem bestimmten Hub ausgelenkt werden, wobei die relativ geringe Kraft der Stellfeder 36 überwunden werden muß. Der Ventilsitz 25 wird dadurch geöffnet, und der Steuerzapfen 32 bildet zusammen mit der Meßblende 26 im Ventilschieber 19 deren verstellbaren Öffnungsquerschnitt aus.

Die Regelfeder 27 bewegt den Ventilschieber 19 anfangs in Öffnungsrichtung bis die im Ventilschieber 19 ausgebildete Ringnut 22 mit der Zulaufbohrung 15 in Verbindung tritt und die Regelblende der Druckwaage wirksam wird. Aus der Zulaufbohrung 15 strömt nun Druckmittel unter hohem Druck an der Steuerkante 23 vorbei in die Ringnut 22 und von dort aus durch die Meßblende 26 zum Tank. Das dabei in der Ringnut 22 entstehende Druckniveau baut sich über die Führungsfläche des Stellglieds 30 im Ventilschieber 19 auch im Druckraum 40 des Ventilkopfs 17 auf und wirkt dort auf den Ventilschieber 19 ein. Eine stabile Regelstellung für den Ventilschieber 19 ist erreicht, wenn sich an ihm ein Kräftegleichgewicht zwischen den angreifenden hydraulischen Kräften und der Kraft der Regelfeder 27 eingependelt hat. An der Meßblende 26 liegt dabei eine konstante Druckdifferenz an, durch die eine gewisse Senkgeschwindigkeit der am Verbraucher anliegenden Last erreicht wird.

Eine Veränderung der Last führt zu einer Regelbewegung des Ventilschiebers 19, um das Druckgefälle über die Meßblende 26 ohne Einflußnahme des Bedieners konstant zu halten. Ein konstantes Druckgefälle ist strömungstechnisch gleichbedeutend mit einem konstanten Volumenstrom durch die Meßblende 26. Im vorliegenden Fall bedeutet dies eine konstante Senkgeschwindigkeit für die am Verbraucher anliegenden Last, unabhängig von deren Größe.

Die besonderen geometrischen Verhältnisse des in die Meßblende 26 ragenden Steuerzapfens 32 führen allenfalls zu einer geringen Änderung der hydraulischen Kräfte, die auf das Stellglied 30 einwirken. Diese Änderung ist jedoch durchaus erwünscht, da sie der Bedienungsperson eine gewisse Rückmeldung über den Lastzustand gibt, was für den Bedienungskomfort nützlich ist.

Entfällt die auf das Stellglied 30 einwirkende externe Betätigungskraft, so bewirkt die Kraft der Stellfeder 36 die Rückführung des Senkventils 10 in seine oben beschriebene Grundstellung.

Das Senkventil 10 erlaubt somit neben dem sicheren Absperren eines Verbrauchers ein stetiges, lastunabhängiges Steuern eines Volumenstroms proportional zu einem vorgegebenen Hub, wobei zur Verbesserung des Bedienungskomforts eine schwache Lastdruckrückführung aufgeschaltbar ist.

Beim beschriebenen Senkventil 10 wurde auf innerhalb des Gehäuses 12 liegende und damit für die Wartung schwer zugängliche Dichtelemente weitgehend verzichtet. Erreicht wurde dies durch relativ lang ausgeführte Dichtungsflächen am Ventilschieber 19, die damit gleichzeitig dessen verkantungsarme, axiale Führung innerhalb der Schieberbohrung 15 sicherstellen. Ferner wurde die Außenkontur des Stellglieds 30 so gestaltet, daß sich die einwirkenden und aus dem Druckmedium resultierende Kräfte weitgehend gegenseitig kompensieren.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

1. Senkventil (10) mit einem Gehäuse (12), das in einer Schieberbohrung (16) ein bewegliches Stellglied (30) aufweist, das die Verbindung zwischen zwei im Gehäuse (12) ausgebildeten Bohrungen (15, 16) steuert, indem das Stellglied (30) von einer Stellfeder (36) in Richtung Schließstellung und von einer Betätigungseinrichtung in Richtung Öffnungsstellung belastbar ist und dabei einen verstellbaren Drosselquerschnitt steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schieberbohrung (16) ein als Druckwaage ausgebildeter Ventilschieber (19) gleitend geführt ist, der eine in die Verbindung geschaltete Meßblende (26) aufnimmt, die vom Stellglied (30) verstellbar ist.

2. Senkventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Druckwaage der Meßblende (26) vorgeschaltet ist.

3. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (30) im wesentlichen druckausgeglichen ausgeführt ist.

4. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Drosselquerschnitt die Meßblende (26) der Druckwaage bildet.

5. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkventil (10) als Einbauventil ausgebildet ist.

6. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (19) als Hohlschieber ausgebildet ist, in dem eine axial verlaufende Durchgangsbohrung (20) die Meßblende (26) und einen, dem Stellglied (30) zugeordneten Ventilsitz (25) bildet.

7. Senkventil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (19) eine außenliegende Ringnut (22) aufweist, die eine dem Regelquerschnitt zugeordnete Steuerkante (23) ausbildet.

8. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (30) an seinem Ende einen der Lastdruckrückführung dienenden Steuerzapfen (32) aufweist.

9. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (19) in entgegengesetzter Richtung zur Stellfeder (36) von einer Regelfeder (27) belastet ist.

10. Senkventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schieberbohrung (16) eine Anschlagbuchse (28) und eine Hubbegrenzungshülse (38) angeordnet sind, die der Stell- bzw. der Regelfeder (36, 27) als Abstützung dienen und die den Endlagen des Ventilschiebers (19) zugeordnete Anschläge bilden.