DE19755120A1 - Vorgesteuertes Sperrventil - Google Patents
Vorgesteuertes SperrventilInfo
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- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
- F15B13/01—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices
- F15B13/015—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices using an enclosed pilot flow valve
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein vorge
steuertes Sperrventil, das beispielsweise in der Mobilhy
draulik eingesetzt werden kann.
In den letzten Jahren hat der Einsatz der Hydraulik bei
beweglichen Maschinen zugenommen. Das trifft vor allem für
Erdbaumaschinen, Flurförderfahrzeuge, Ackerschlepper und
selbstfahrende Erntemaschinen zu. Da hydrostatische Fahran
triebe zwar eine Geschwindigkeitsregulierung ohne Schalten
gestatten, jedoch einen geringen Wirkungsgrad haben, wird
sich bei Anwendung hydraulischer Antriebe nicht in erster
Linie auf die Vorwärtsbewegung orientiert. Das Hauptein
satzgebiet hydraulischer Antriebe ist in der Betätigung von
Arbeitsorganen zu sehen.
Im Fall von landwirtschaftlichen Fahrzeugen können die
Arbeitsorgane sowohl am Ackerschlepper, der zum Schieben,
Tragen und Antreiben von land- und forstwirtschaftlichen
Geräten dient, als auch an den land- und forstwirtschaftli
chen Geräten selbst vorgesehen sein. Eine besondere Bedeu
tung hat dabei der Einsatz von hydraulisch gesteuerten Ar
beitszylindern beim Hubwerk. Dabei kann z. B. im Fall des
Pflügens das Hubwerk am Ackerschlepper und im Fall des Eg
gens ein vom Ackerschlepper hydraulisch gespeistes Hubwerk
an der Egge vorgesehen sein. Der Arbeitszylinder wird in
Abhängigkeit vom Betriebsmodus entweder aus gefahren oder
eingefahren.
Um den unter Druck stehenden Arbeitskreis abzusperren
und um Kriechbewegungen des Arbeitszylinders zu vermeiden
wird zwischen Pumpe und Arbeitszylinder ein entsperrbares
Sperrventil geschaltet. Dieses Sperrventil kann entweder
hydraulisch oder elektromagnetisch entsperrbar sein. Der
Vorteil der elektromagnetischen Entsperrung liegt darin,
daß die Entsperrung über der Zeit optimal ausgeführt werden
kann und daß der Energieverlust bei häufig wechselnden Be
triebszuständen geringer ist.
In der europäischen Patentanmeldung 90 312 061.6 ist
ein Magnetventil offenbart, das ähnlich einem einfachen
Rückschlagventil aufgebaut ist, wobei es jedoch folgende
Besonderheit aufweist: der Druck am Arbeitsanschluß, der in
einem Druckraum wirkt, wirkt an der Grundfläche des Kolbens
vom Magnetventil. In dem Kolben ist ein Vorsteuerraum als
ein Raum ausgebildet, der über eine Ausnehmung in der
Grundfläche des Kolbens mit dem Druckraum in Verbindung
steht. Am Kolbenschaft liegt der Druck des Druckanschlusses
an. Eine Verbindungsausnehmung zwischen dem Raum und dem
Druckanschluß über die Wand des Kolbenschaftes ist nicht
vorgesehen. Somit kann das Ventil nur geöffnet werden, in
dem der Kolben von einer Sitzkante abgehoben wird, wodurch
schlagartig ein bestimmter Fluidstrom über das Sperrventil
fließt. Eine proportionale Ansteuerung mit vorbestimmtem
Verhalten kann für geringe Volumenströme nicht vorgenommen
werden.
Aus der deutschen Patentanmeldung 196 46 425.0 ist ein
Rückschlagventil für eine Sicherheitsschaltung bekannt, das
zwei Durchflußstellungen hat. Das Rückschlagventil befindet
sich vor einem Arbeitszylinder. Zum langsamen Ausfahren des
Arbeitszylinders wird ein Elektromagnet im Rückschlagventil
voll bestromt, so daß das Fluid zwischen Pumpe und Arbeits
zylinder über zwei Bohrungen strömen kann, von denen die
eine stärker drosselt. Zum schnellen Ausfahren des Arbeits
zylinders wird der Elektromagnet nicht bestromt, wodurch
das Ventil als einfaches Rückschlagventil arbeitet. Zum
langsamen Absenken wird ein geringer Strom an den Elektro
magneten angelegt, so daß das Fluid zwischen Pumpe und Ar
beitszylinder über zwei Bohrungen strömen kann, wobei die
andere der Bohrungen stärker drosselt. Zum schnellen Absen
ken wird der Elektromagnet voll bestromt, so daß sich die
gleiche Öffnung der zwei Bohrungen wie beim langsamen Aus
fahren ergibt. Im Fall des schnellen Absenkens hebt sich
jedoch ebenfalls der Rückschlagkolben an. Die Steuerung des
Volumenstromes durch das Ventil erfolgt somit, indem durch
den Elektromagneten zwei Durchflußstellungen eingestellt
werden.
Aus der Schrift DE 40 30 952 A1 ist ein feinsteuerbares
Sperrventil für einen hydraulischen Arbeitszylinder be
kannt, bei dem das Senken des Arbeitszylinders proportional
erfolgen kann. Dieses Senkbremsventil drosselt dabei das
vom Arbeitszylinder zurückfließende Druckmittel, um ein
Vorauseilen der Last am Arbeitszylinder oder ein "Ruckeln"
des Arbeitszylinders zu verhindern.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, befinden sich in einem
Ventilgehäuse 21 des bekannten Ventils 13 Zylinderräume 42,
43, 44 axial hintereinander. Das Ventilgehäuse 21 weist
ferner einen Ventilsitz 24 auf, mit dem sich ein Ventil
glied 35 in Anlage befinden kann. Der Zylinderraum 43 ist
mit dem Arbeitszylinder 14 verbunden. Der Zylinderraum 42
kann über ein 3/2-Wegeventil 12 wahlweise mit einer Pumpe
10 oder einem Tank 11 verbunden werden. Die Arbeitsweise
des Ventils 13 wird über das Bestromen eines Proportional
magneten 32 gesteuert.
Nachfolgend wird die Funktion des feinsteuerbaren
Sperrventils 13 beschrieben.
Beim Heben hat das Ventilglied 35 die Funktion des Kol
bens eines einfachen Rückschlagventils, d. h., daß ab einem
bestimmten Druck im Druckraum 42 das Ventilglied 35 vom
Ventilsitz 24 abhebt. Dadurch fährt der Arbeitszylinder 14
aus. Einem Druckraum 47 des Ventilglieds 35 wird über eine
Bohrung 51 im Ventilglied 35 Druckfluid aus dem Druckraum
43 zugeführt, was der Dämpfung der Öffnungsbewegung des
Ventilgliedes 35 dient. Eine Steuerung der Öffnungsbewegung
des Ventilgliedes 35 über den Proportionalmagneten 32 er
folgt nicht.
Beim Senken, das im Gegensatz zum Heben proportional
gesteuert werden kann, wird an den Proportionalmagneten 32
eine Spannung angelegt, die bewirkt, daß sich ein Stößel 34
aufwärts bewegt und eine Steuerhülse 53 durch die Bewegung
ihres Querstiftes 59 angehoben wird. Dadurch werden in Ab
hängigkeit von der Spannungshöhe am Proportionalmagneten 32
eine Querbohrung 49 und eine Feinsteuerkerbe 50 im Ventil
glied 35 freigelegt. Das Fluid aus dem Arbeitszylinder 14
kann daher über den Druckraum 43, die Bohrung 51, den
Druckraum 47, die Querbohrung 49 und die Feinsteuerkerbe 50
in eine Stufenbohrung 58 strömen und über eine Kerbe 60 in
eine Steuerhülse 53 in den Druckraum 42 gelangen, der die
sen geringen Volumenstrom des Fluids aufnimmt, wobei das
Fluid über die Position I des Ventils 12 zum Tank 11 zu
rückgeführt wird.
Wird die Spannung am Proportionalmagneten 32 erhöht, so
erhöht sich der Druck im Druckraum 42. Ab einer bestimmten
Druckhöhe öffnet das Ventilglied 35 bezüglich dem Ventil
sitz 24 durch den Druck am Ventilglied 35. Gleichzeitig
verringert sich der Öffnungsquerschnitt der Querbohrung 49
und der Feinsteuerkerbe 50.
Somit ist bei diesem Sperrventil nur beim Senken des
Arbeitszylinders 14 eine proportionale Steuerung der Ge
schwindigkeit der Last möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
die Geschwindigkeitssteuerung sowohl beim Einfahren als
auch beim Ausfahren eines Arbeitszylinders besser an ein
gewünschtes Verhalten des Arbeitszylinders anzupassen. Dar
über hinaus soll das Sperrventil einen einfachen Aufbau ha
ben, bei geringem Aufwand bezüglich der Ansteuerung effek
tiv und bei Schmutzteilchen im Fluid mit hoher Sicherheit
schalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Sperrven
til aus Anspruch 1 gelöst.
Durch einen Hauptkolben im Sperrventil können ein An
schluß A und ein Anschluß B miteinander verbunden werden.
Dazu befindet sich im Hauptkolben ein Vorsteuerelement,
über das ein Verhältnis des hydraulischen Widerstandes
einer ersten Düseneinrichtung, die den Anschluß A mit einem
rückwärtigen Steuerraum am Hauptkolben verbindet, zum hy
draulischen Widerstand einer zweiten Düseneinrichtung, die
den rückwärtigen Steuerraum mit dem Anschluß B verbindet,
beeinflußbar ist. In der Ausgangsstellung des Vorsteuerele
ments ist die erste Düseneinrichtung verschlossen und die
zweite offen. In einer ersten Betätigungsposition des Vor
steuerelements nach einem Anfangshub des Vorsteuerelements
wird ein solches Verhältnis der hydraulischen Widerstände
eingestellt, daß der Hauptkolben geschlossen bleibt. Bei
einer weiteren Betätigung des Vorsteuerelements erhöht sich
das Verhältnis der hydraulischen Widerstände, so daß ab
einer vorbestimmten Betätigungsposition der Hauptkolben
öffnet. Somit kann bei einer Pumpe am Anschluß A und einem
Verbraucher am Anschluß B mit einer solchen Betriebsweise
ein langsames Heben eines Arbeitszylinders eines Verbrau
chers ausgeführt werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel des vorgesteuerten Sperr
ventils entsprechend der vorliegenden Erfindung befindet
sich in einem Hauptkolben eine erste Ausnehmung als erste
Düseneinrichtung und ein Steuerkolben. Eine Steuerkante am
Steuerkolben kann bei Ansteuerung des Steuerkolbens den
Öffnungsquerschnitt einer zweiten Ausnehmung als zweite Dü
seneinrichtung im Hauptkolben ändern, insbesondere öffnen,
wobei die erste Ausnehmung geöffnet ist. Steht die zweite
Ausnehmung über einen Anschluß B mit einem Druckraum des
Arbeitszylinders in Verbindung und liegt an der ersten Aus
nehmung über einen Anschluß A der Druck von der Pumpe an,
so kann das Ausfahren des Arbeitszylinders über die Verän
derung der Position der Steuerkante und das Freilegen der
zweiten Ausnehmung im Hauptkolben proportional gesteuert
werden. Dadurch kann der Anwendungsbereich des Sperrventils
insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen erweitert
werden und gleichzeitig die Betriebssicherheit des Arbeits
zylinders erhöht werden.
Ein solches Sperrventil wird zum proportionalen Ausfah
ren des Arbeitszylinders, wie folgt betätigt von einer Ru
heposition des Steuerkolbens aus, in der die erste Ausneh
mung geschlossen ist, wird die zweite Ausnehmung im Haupt
kolben durch den Steuerbund des Steuerkolbens geschlossen
und die erste Ausnehmung geöffnet, d. h., daß sich der Steu
erkolben in einer ersten Betätigungsposition befindet. Wird
nun anschließend der Steuerkolben vom Ende des Hauptkolbens
stetig wegbewegt, so öffnet sich die zweite Ausnehmung pro
portional zum Hub des Steuerkolbens, bis eine zweite Betä
tigungsposition erreicht ist. Bei einer solchen Ansteuerung
des Steuerkolbens strömt Fluid durch das Sperrventil und
bewirkt ein langsames Ausfahren des Arbeitszylinders. Bei
weiterer Betätigung des Steuerkolbens über die zweite Betä
tigungsposition hinaus löst sich der Hauptkolben von der
Sitzkante und bewegt sich im wesentlichen synchron mit dem
Steuerkolben, wodurch ein größerer Fluidstrom über das
Sperrventil proportional gesteuert werden kann.
Das Ausfahren des Arbeitszylinders mit maximaler Ge
schwindigkeit erfolgt wie folgt: Der Steuerkolben wird
nicht bewegt und das Sperrventil arbeitet als einfaches
Rückschlagventil; oder alternativ dazu wird der Steuerkol
ben maximal bewegt, wobei die erste Ausnehmung im Hauptkol
ben geöffnet ist und der Hauptkolben dem Steuerkolben ge
folgt ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Ausnehmung durch
einen Stößel im Steuerkolben verschließbar ist, die erste
Ausnehmung im Boden des Hauptkolbens vorgesehen ist, die
zweite Ausnehmung im Hauptkolben radial vorgesehen ist und
die erste Steuerkante als Umfangskante einer Radialschulter
des Steuerkolbens ausgeführt ist. Diese Anordnung bildet
das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung und si
chert bei durch den Stößel geschlossener erster Ausnehmung
ab, daß das Sperrventil als einfaches Rückschlagventil ar
beitet.
In einer weiteren Ausführungsform ist in Axialrichtung
des Sperrventils entgegengesetzt zur vorstehend genannten
ersten Steuerkante eine zweite Steuerkante am Steuerkolben
vorgesehen. Durch Verschiebung dieser zweiten Steuerkante,
die vorzugsweise Teil einer radialen Vorsteuerbohrung ist,
kann das proportionale Einfahren eines Arbeitszylinders
ausgeführt werden. Somit ist durch den Einsatz des erfin
dungsgemäßen Sperrventils sowohl ein proportionales Ausfah
ren als auch ein proportionales Einfahren eines Arbeitszy
linders möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich zwischen der
ersten Steuerkante und der zweiten Steuerkante am Hauptkol
ben ein Steuerbund befindet, durch den die zweite Ausneh
mung im Hauptkolben verschließbar ist. Dieser Steuerbund
verbessert das Verhalten des Sperrventils, wenn dieses zum
Ausfahren des Arbeitszylinders gesteuert wird. Insbesondere
wird das Ausfahren des Arbeitszylinders gleichmäßiger aus
geführt.
An einem Ende des Stößels entsprechend dem ersten Aus
führungsbeispiel kann ein Vorsteuerkegel vorgesehen sein,
durch den die erste Ausnehmung im Boden des Hauptkolbens
effektiv verschließbar ist.
Entsprechend einem zweiten und dritten Ausführungsbei
spiel kann an einem Ende des Stößels zur Bodenfläche des
Hauptkolbens hin ein Fortsatz mit erstem Kegelabschnitt,
erstem Zylinderabschnitt und zweitem Kegelabschnitt vorge
sehen sein. Der erste Kegelabschnitt und der zweite Ke
gelabschnitt sind so ausgebildet, daß diese die erste Aus
nehmung verschließen können. Damit wird auch beim langsamen
Aus fahren des Arbeitszylinders eine adäquate Festlegung der
Öffnungsquerschnitte der ersten Ausnehmung und der zweiten
Ausnehmung vorgenommen.
Wenn sich an den zweiten Kegelabschnitt beim zweiten
und dritten Ausführungsbeispiel ein zweiter Zylinderab
schnitt anschließt, der einen geringen Durchmesser als die
zweite Ausnehmung hat, so kann das Verhalten des Sperrven
tils beim schnellen Ausfahren des Arbeitszylinders bei vol
ler Bestromung der Magnetspule ähnlich dem Verhalten beim
schnellen Ausfahren des Arbeitszylinders ohne Bestromung
der Magnetspule gestaltet werden. Ferner ermöglicht die
Durchmesserrelation vom zweiten Zylinderabschnitt und der
ersten Ausnehmung ein problemloses Einführen des Fortsatzes
in die erste Ausnehmung bei der Montage des Sperrventils.
Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Zylinderabschnitt
einen angefasten Abschnitt aufweist, der das sichere Ein
führen des Fortsatzes des Stößels in die erste Ausnehmung
gestattet.
Beim dritten Ausführungsbeispiel wird kein Steuerkolben
verwendet, wodurch ein bewegliches Bauelement weniger vor
gesehen werden muß und trotzdem im wesentlichen die gleiche
Funktion wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt
wird. Die zweite Düseneinrichtung ist beim dritten Ausfüh
rungsbeispiel genauso wie beim vierten und fünften Ausfüh
rungsbeispiel eine Festdüse.
Ein Sperrventil mit dem vorstehend beschriebenen Fort
satz wird entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zum
proportionalen Ausfahren des Arbeitszylinders, wie folgt
betätigt: Von einer Ruheposition des Steuerkolbens aus, in
der die erste Ausnehmung geschlossen ist, wird die zweite
Ausnehmung im Hauptkolben durch den Steuerbund des Steuer
kolbens geschlossen und die erste Ausnehmung geöffnet,
d. h., daß sich der Steuerkolben in einer ersten Betäti
gungsposition befindet. Wird nun anschließend der Steuer
kolben vom Boden des Hauptkolbens stetig wegbewegt, so öff
net sich die zweite Ausnehmung proportional zum Hub des
Steuerkolbens und schließt sich die erste Ausnehmung pro
portional zum Hub des Steuerkolbens, bis eine zweite Betä
tigungsposition erreicht ist. Bei einer solchen Ansteuerung
des Steuerkolbens strömt Fluid durch das Sperrventil und
bewirkt ein langsames Ausfahren des Arbeitszylinders. Bei
weiterer Betätigung des Steuerkolbens über die zweite Betä
tigungsposition hinaus löst sich der Hauptkolben von der
Sitzkante und bewegt sich im wesentlichen synchron mit dem
Steuerkolben, wodurch ein größerer Fluidstrom über das
Sperrventil proportional gesteuert werden kann.
Ein Sperrventil entsprechend dem vierten Ausführungs
beispiel weist zwischen Hauptkolben und Stößel ein mit dem
Hauptkolben verbundenes Einsatzelement mit einer dritten
Ausnehmung, die einen Teil der ersten Düseneinrichtung bil
det, auf. Diese dritte Ausnehmung und die erste Ausnehmung
sind über eine Fortsatz am Stößel verschließbar, wobei der
Fortsatz in Richtung zur Bodenfläche des Hauptkolbens hin
einen zweiten Zylinderabschnitt, einen zweiten Kegelab
schnitt, einen ersten Zylinderabschnitt mit großem Durch
messer im Vergleich zu dem des zweiten Zylinderabschnitts
und einen ersten Kegelabschnitt aufweist. Für das langsame
Aus fahren eines Arbeitszylinders am Anschluß B wirkt der
zweite Kegelabschnitt mit der dritten Ausnehmung zusammen;
für ein langsames Einfahren wirkt der erste Kegelabschnitt
mit der ersten Ausnehmung zusammen. Für das schnelle Aus
fahren befindet sich entweder der erste Kegelabschnitt in
der ersten Ausnehmung oder der erste Zylinderabschnitt in
der dritten Ausnehmung; für das schnelle Einfahren befindet
sich der zweite Zylinderabschnitt in der dritten Ausneh
mung. Somit kann die erste Ausnehmung stärker an den hy
draulischen Erfordernissen orientiert gestaltet werden, wo
bei eine Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts der ersten
Ausnehmung eine Verkleinerung der Öffnungskraft des Stößels
bewirkt.
Entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung kann sich nur ein Stößel im Hauptkolben
befinden, wobei an der Stirnfläche dieses Stößels ein Vor
steuerkegel zum Verschließen der ersten Ausnehmung ausge
bildet ist und eine Einrichtung am Außenumfang eines Zylin
derabschnitts zusammen mit einer Einrichtung an der Innen
bohrung des Stößels eine dritte Ausnehmung festlegt, die
zusammen mit der ersten Ausnehmung die erste Düseneinrich
tung darstellt. Die Einrichtung am Außenumfang des Zylin
derabschnitt bzw. an der Innenbohrung des Stößels kann
Steuerkanten bzw. Kerbabschnitte aufweisen, die vorzugs
weise abgeschrägt sind. Die Kerabschnitte sind bevorzugt
paarweise an jeweils entgegengesetzten Seiten des Stößels
bzw. gegenüberliegenden Seiten der Innenbohrung ausgebil
det.
Folglich ist entsprechend dem vierten und fünften Aus
führungsbeispiel ein Sperrventil möglich, das langsames und
schnelles Aus fahren und Einfahren eines Arbeitszylinders am
Anschluß ermöglicht und bei dem die erste Ausnehmung nur
entsprechend hydraulischen Erfordernissen und nicht unter
Berücksichtigung mechanischer Einrichtungen am Stößel zu
gestalten ist.
Ein Sperrventil mit dem vorstehend beschriebenen Fort
satz wird entsprechend dem dritten bis fünften Ausführungs
beispiel zum langsamen Ausfahren des Arbeitszylinders, wie
folgt betätigt: Von einer Ausgangsposition des Stößels aus,
in der die erste Düseneinrichtung verschlossen ist, wird
die erste Düseneinrichtung geöffnet, d. h., daß sich der
Stößel in einer ersten Betätigungsposition befindet. Wird
nun anschließend der Stößel vom Boden des Hauptkolbens ste
tig wegbewegt, so schließt sich die erste Düseneinrichtung
umgekehrt proportional zum Hub des Stößels, bis eine zweite
Betätigungsposition erreicht ist. Bei einer solchen An
steuerung des Stößels strömt Fluid über den Vorsteuerkanal
des Sperrventils und bewirkt ein langsames Aus fahren des
Arbeitszylinders. Bei weiterer Betätigung des Stößels über
die zweite Betätigungsposition hinaus löst sich der Haupt
kolben von der Sitzkante und bewegt sich im wesentlichen
synchron mit dem Stößel, wodurch ein größerer Fluidstrom
über das Sperrventil gesteuert werden kann.
Vorzugsweise wird der Stößel durch das Bestromen einer
Spulenwicklung bewegt. Dieser kann dann im ersten und zwei
ten Ausführungsbeispiel den Steuerkolben bewegen. Durch
eine entsprechende Auswahl des Ansteuerstromes kann die Be
wegung des Stößels mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Ferner ist im Vergleich zur hydraulischen Ansteuerung des
Steuerkolbens und des Stößels der Materialaufwand geringer.
Bevorzugt ist am Gehäuse des Sperrventils ein Anschlag
für den Hauptkolben vorgesehen. Dadurch wird eine nicht
vorhersehbare Bewegung des Hauptkolbens verhindert und die
Betriebssicherheit erhöht.
Entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
ist am Polgehäuse der Spulenwicklung ein Federteller vorge
sehen, mit dem sich Vorspannfedern für den Steuerkolben und
für den Hauptkolben in Anlage befinden. Diese Vorspannfe
dern stellen im drucklosen Zustand und in dem Fall, in dem
die Spulenwicklung nicht bestromt ist, sicher, daß der
Hauptkolben gegen eine Sitzkante des Sperrventils vorge
spannt ist und der Steuerkolben gegen einen Haltering am
Stößel vorgespannt ist, d. h., daß sich diese in vorbestimm
ten Ausgangspositionen befinden, von denen aus eine gesteu
erte Bewegung möglich ist. Durch die Wirkverbindung zwi
schen Stößel und Steuerkolben, ist die gemeinsame Ansteue
rung von Steuerkolben und Stößel möglich.
Entsprechend dem dritten bis fünften Ausführungsbei
spiel ist am Polgehäuse der Spulenwicklung ein Federteller
vorgesehen, mit dem sich die Vorspannfeder für den Haupt
kolben in Anlage befindet. Diese Vorspannfeder stellt im
drucklosen Zustand und in dem Fall, in dem die Spulenwick
lung nicht bestromt ist, sicher, daß der Hauptkolben gegen
eine Sitzkante des Sperrventils vorgespannt ist. Dieses
trägt zur Betriebssicherheit bei.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Sperrventil im
Hubwerk eines Traktors verwendet, wobei bei dieser Anwen
dung die Vorteile eines Sperrventils besonders deutlich
werden, aber gleichzeitig auch eine proportionale Steuerung
beim Einfahren und Ausfahren des Arbeitszylinders abgesi
chert werden kann.
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein vorgesteuertes Sperrventil nach dem Stand
oder Technik,
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Sperrven
tils entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung, wobei der Ventilsitz weggelassen
wurde,
Fig. 3 eine Teilansicht des Sperrventils entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
wobei insbesondere der Hauptkolben und die da zugehörige
Sitzkante dargestellt sind,
die Fig. 4 bis 6 einzelne Schritte der Betätigung des
Sperrventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beim langsamen Aus fahren eines
Arbeitszylinders,
die Fig. 7 und 8 zwei Alternativen bei der Betätigung
des Sperrventils entsprechend dem ersten Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung beim schnellen Aus fahren
eines Arbeitszylinders,
die Fig. 9 und 10 einzelne Schritte der Betätigung des
Sperrventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beim schnellen Einfahren eines
Arbeitszylinders,
Fig. 11 die Betätigung des Sperrventils entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beim langsamen Einfahren eines Arbeitszylinders,
Fig. 12 einen Steuerkreislauf, in dem das erfindungsge
mäße Sperrventil zur Steuerung des Hubwerkes eines Acker
schleppers verwendet wird,
Fig. 13 ein zweites Ausführungsbeispiel entsprechend
der vorliegenden Erfindung, bei dem das Vorsteuerelement am
Stößel abgewandelt wurde,
die Fig. 14a bis 14e ein Sperrventil entsprechend einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wo
bei ein Stößel in unterschiedlichen Positionen dargestellt
ist,
die Fig. 15a bis 15e ein Sperrventil entsprechend einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wo
bei ein Stößel in unterschiedlichen Positionen dargestellt
ist, und
die Fig. 16a bis 16e ein Sperrventil entsprechend einem
fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wo
bei ein Stößel in unterschiedlichen Positionen dargestellt
ist.
Im folgenden erfolgt die detaillierte Beschreibung der
fünf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei
Elemente, die im zweiten bis fünften Ausführungsbeispiel
nicht mit einem vom ersten Ausführungsbeispiele abweichen
den Bezugszeichen versehen sind, und deren Funktion der Be
schreibung des ersten Ausführungsbeispiels zu entnehmen
sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine geschnittene Seitenansicht
bzw. eine geschnittene Teilansicht eines proportional ver
stellbaren vorgesteuerten Sperrventils 105 entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung.
Das Sperrventil 105 ist als Einbauventil in Patronen
bauweise ausgeführt und hat gemäß Fig. 3 ein Patronengehäu
se 160 und ein Polrohr 147, die über Gewindeabschnitte ab
nehmbar miteinander verbunden sind.
Im Patronengehäuse 160 sind ein Druckraum 165, der mit
einem Anschluß A des Sperrventils verbunden ist, und ein
ringförmiger Druckraum bzw. Ringraum 126, der mit einem An
schluß B des Sperrventils verbunden ist, axial hintereinan
der ausgebildet. Der Durchmesser des Druckraums 165 ist
gleich dem Innendurchmessers des Ringraums 126, wobei zwi
schen diesen eine Schulter 161 definiert ist. In der Nähe
der Schulter 161 befindet sich im Patronengehäuse 160 ein
Radialbohrungsstern 163.
Der Radialbohrungsstern 163 stellt Fluidverbindung zwi
schen dem Ringraum 126 und einem Ringraum her, der sich ra
dial außerhalb des Radialbohrungssterns 163 befindet und um
diesen herum ausgebildet ist. Dieser Ringraum kann mit
einem Druckraum eines Arbeitszylinders verbunden sein und
wird über Dichtringe abgedichtet, von denen der Dichtring
164 gezeigt ist. Der Druckraum 165 im Patronengehäuse kann
wahlweise mit einer Pumpe bzw. einem Tank verbunden werden,
um das Aus fahren und Einfahren des Arbeitszylinders über
das Sperrventil 105 steuern zu können.
Der Abschnitt des Patronengehäuses 160, in dem der
Druckraum 165 ausgebildet ist, kann an seinem Außenumfang
mit einem Gewinde versehen sein, um das Patronengehäuse 160
in einen Einschraubabschnitt in einer Aufnahmebohrung zu
schrauben. Diese Aufnahmebohrung kann in einem Ventilblock
für eine Vielzahl von weiteren Ventilen vorgesehen sein.
Innerhalb des Patronengehäuses 160 befindet sich ein
axial verschiebbarer Hauptkolben 120, der einen Hauptkegel
121 mit einer Konusfläche 124 aufweist. In der dargestell
ten Schließstellung befindet sich die Konusfläche 124 mit
einer Sitzkante 162, die am radial innersten Abschnitt der
Schulter 161 im Patronengehäuse 160 ausgebildet ist, in An
lage. Im Boden des Hauptkolbens 120 ist mittig eine erste
Düse 122 ausgebildet, die zwischen dem Druckraum 165 und
einer Innenbohrung 127 im Hauptkolben 120 Fluidverbindung
herstellen kann. Der Hauptkolben 120 ist im Axialabstand
zur Konusfläche 124 mit einer Radialschulter versehen, so
daß eine Ringfläche 125 ausgebildet wird. Durch die Radial
schulter wird eine Flächendifferenz zwischen der Fläche am
Ventilsitz und der durch den Außenumfang begrenzten Quer
schnittsfläche des Hauptkolbens 120 ausgebildet, über die
das Abheben des Hauptkolbens 120 unterstützt wird. Im zy
linderförmigen Abschnitt des Hauptkegels 121, d. h. zwischen
der ersten Düse 122 und der Ringfläche 125, ist eine zweite
Düse 123 vorgesehen, über die zwischen der Innenbohrung 127
im Hauptkolben 120 und dem Ringraum 126 Fluidverbindung
herstellbar ist.
In der Innenbohrung 127 des Hauptkolbens 120 befindet
sich ein Steuerkolben 130, der gegenüber dem Hauptkolben
120 axial verschiebbar ist. Der Steuerkolben 130 weist zur
ersten Düse 122 benachbart einen hohlzylinderartigen Ab
schnitt 137 auf, der an einer einer Bodenfläche der Innen
bohrung 127 zugewandten Schulter 128 endet und einen Raum
135 begrenzt. An den hohlzylinderartigen Abschnitt des
Steuerkolbens 130 schließt sich ein Abschnitt mit einer
Axialbohrung 136 an.
Im Mantel des hohlzylinderartigen Abschnitts 137 sind
mehrere sich in Radialrichtung erstreckende Vorsteuerboh
rungen 131 ausgebildet, die über den Raum 135 mit der er
sten Düse 122 verbindbar sind und außen in eine Ringnut 129
des Steuerkolbens 130 münden. Die Ringnut 129 wird durch
eine zweite Steuerkante 133 begrenzt, die im Vergleich zur
Position der Mittelachse der Vorsteuerbohrung 131 näher zum
offenen Ende des Steuerkolbens 130 liegt. Durch Axialver
schiebung des Steuerkolbens 130 kann der offene Querschnitt
der zweiten Düse 123 verringert werden, um eine Drosselung
des Fluidstroms über diese Düse 123 zu bewirken. Der in
Fig. 2 untere Endabschnitt des Steuerkolbens 130 ist radial
zurückgestuft, so daß eine erste Steuerkante 134 ausgebil
det wird, über die bei einer Axialverschiebung des Steuer
kolbens 130 die zweite Düse 123 auf- und zusteuerbar ist.
Zwischen der ersten Steuerkante 134 und der zweiten Steuer
kante 133 befindet sich ein Steuerbund 132, der solche Ab
messungen hat, daß dieser die zweite Düse 123 vollständig
schließen kann. Da in dieser Stellung des Steuerkolbens 130
gleichzeitig die erste Düse 122 geöffnet ist, herrscht dann
im Raum 135 derselbe Druck wie im Druckraum 165.
In der Axialbohrung 136 des Steuerkolbens 130 ist axial
mittig ein Stößel 140 vorgesehen, an dessen einem Ende sich
ein Vorsteuerkegel 141 befindet, dessen Außendurchmesser so
gestaltet ist, daß dieser die erste Düse 122 schließen
kann. Der Stößel 140 ist über einen nicht ganz geschlosse
nen Haltering 143 mit dem Steuerkolben 130 gekoppelt, so
daß bei einer Bewegung des Stößels 140 von der ersten Düse
weg diese Bewegung zum Steuerkolben 130 übertragen wird.
Der Durchmesser der Axialbohrung ist durchgehend größer als
der Durchmesser des Stößels 140. Aufgrund dieser Ausbildung
und aufgrund des nicht ganz geschlossenen Halterings 143
besteht eine offene Verbindung zwischen dem Raum 135 und
der Rückseite des Hauptkolbens 120. Dieser wird also auf
seiner gesamten durch den Außendurchmesser der Ringfläche
125 bestimmten Fläche von dem Druck in dem rückwärtigen
Steuerraum 138 in Schließrichtung beaufschlagt, wobei als
rückwärtiger Steuerraum alle Hohlräume betrachtet werden
können, in denen der zwischen den zwei Düsen 122 und 123
herrschende Steuerdruck ansteht.
Das andere Ende des Stößels 140 ist über einen eben
falls nicht geschlossenen Haltering 142 mit einem Magnetan
ker 146 verbunden, der sich im Polrohr 147 befindet. Der
Magnetanker 146 wird über die Bestromung einer außerhalb
des Polrohres 147 vorgesehenen Spulenwicklung 144 bewegt.
Im gesamten Ankerraum herrscht ebenfalls Steuerdruck.
Bewegt sich der Magnetanker 146 in Fig. 2 nach oben, so
nimmt dieser durch die Kopplung über den Haltering 142 be
dingt den Stößel 140 mit.
Der Hauptkolben 120 ist über eine schwache Vorspannfe
der 152 und der Steuerkolben 130 über eine Vorspannfeder
153 in die in Fig. 2 dargestellte Ausgangsstellung vorge
spannt. Die beiden Vorspannfedern 152, 153 sind mit ihren
in Fig. 2 gezeigten oberen Endabschnitten an einem Feder
teller 151 abgestützt, der sich seinerseits mit einer Ra
dialschulter des Polrohres 147 in Anlage befindet. Somit
ist der Hauptkolben 120 durch die Vorspannfeder 152 gegen
die Sitzkante 162 und der Steuerkolben 130 durch die Vor
spannfeder 153 in Richtung auf die Bodenfläche der Innen
bohrung 127 im Hauptkolben 120 vorgespannt. Auch der Stößel
140 und der Magnetanker 146 sind über die Vorspannfeder 153
in Fig. 2 nach unten vorgespannt, wobei beim Fehlen sonsti
ger Kräfte der Kegel 141 des Stößels 140 auf einer Sitz
kante an der Düse 122 aufsitzt. Zwischen dem Steuerkolben
130 und der Bodenfläche der Innenbohrung 127 besteht dann
ein Abstand.
Die Spulenwicklung 144 ist von einem Gehäuse 145 umge
ben, das eine Beeinflussung der Spulenwicklung 144 von
außen weitgehend verhindert. Am oberen Ende des Polrohrs
147 ist eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung der
Spulenwicklung 144 ausgebildet.
Der Hauptkolben 120 ist gegenüber dem Polrohr 147 durch
die Vorspannfeder 152 gegen die Sitzkante 162 vorgespannt.
Eine Bewegung des Hauptkolbens 120 von der Schulter 161 weg
kann nur durch ein Kräfteungleichgewicht hervorgerufen wer
den, das durch den Druck an der Fläche eines Hauptkegels
121 des Hauptkolbens 120, die zum Druckraum 165 weist, und
den Druck im Ringraum 126 einerseits sowie durch den Druck
im rückwärtigen Steuerraum 138 und durch die Vorspannfeder
152 bewirkt wird.
Der Steuerkolben 130 ist durch die Feder 153 vorge
spannt. Eine Bewegung des druckausgeglichenen Steuerkolbens
130 von der ersten Düse 122 weg wird durch Bestromen der
Spulenwicklung 144 des Proportionalmagneten hervorgerufen.
Bei der sich anschließenden Funktionsbeschreibung des
Sperrventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
befindet sich ein Arbeitszylinder über den zweiten Anschluß
B in Fluidverbindung mit dem Radialbohrungsstern 163 und
ist an den Druckraum 165 über den ersten Anschluß A beim
Aus fahren des Arbeitszylinders eine Pumpe und beim Einfah
ren des Arbeitszylinders ein Tank geschaltet.
Als erstes wird ein durch das Sperrventil 105 gesteuer
tes langsames Aus fahren des Arbeitszylinders unter Bezug
nahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben.
Zu Beginn des Ausfahrens befindet sich das Sperrventil
im in Fig. 3 gezeigten Ruhezustand, d. h., daß sich die Ko
nusfläche 124 auf der Sitzkante 162 befindet und daß bei
nicht erregter Spulenwicklung 144 der Vorsteuerkegel 141
des Stößels 140 die erste Düse 122 schließt. Dadurch stehen
die Vorsteuerbohrungen 131 mit der zweiten Düse 123 in Ver
bindung, wodurch zwischen dem rückwärtigen Steuerraum 138
und dem Ringraum 126 Fluidverbindung besteht und im rück
wärtigen Steuerraum wie auch im Ringraum 126 Lastdruck an
steht.
Die Spulenwicklung 144 wird nun in einer solchen Weise
bestromt, daß der Steuerbund 132 am Steuerkolben 130 die
zweite Düse 123 schließt und die erste Düse 122 durch das
Abheben des Vorsteuerkegels 141 des Stößels 140 geöffnet
ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Wird nun über den An
schluß A und z. B. ein Wegeventil der Druckraum 165 mit einer
Pumpe verbunden, so wird der Druck im Steuerraum 138 wegen
der geschlossenen Düse 123 gleich dem im Druckraum 165
herrschenden Pumpendruck, der z. B. bei einer Load-Sensing-
Regelung um ein bestimmtes Δp über dem Lastdruck liegt. Der
Hauptkolben 120 bleibt geschlossen, weil die Summe der
Kräfte, die durch den Pumpendruck an der von der Sitzkante
162 eingeschlossenen Fläche und durch den Lastdruck an der
zwischen der Sitzkante 162 und dem Außendurchmesser des
Hauptkolbens liegenden Ringfläche in Öffnungsrichtung er
zeugt werden, kleiner ist als die Kraft, die von im rück
wärtigen Steuerraum 138 herrschenden Pumpendruck an einer
durch den Außendurchmesser bestimmten Wirkfläche erzeugt
wird.
Wird nun, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, die Spulenwick
lung 144 stärker bestromt, so bewegt sich der Steuerkolben
130 von der ersten Düse 122 weg und öffnet die erste Steu
erkante 134 einen Querschnitt an der zweiten Düse 123. Es
beginnt nun Öl über die Vorsteuerung zu fließen. Der Druck
im Steuerraum 138 sinkt auf einen zwischen dem Pumpendruck
und dem Lastdruck liegenden Wert. Dieser Wert ist noch so
hoch, daß der Hauptkolben geschlossen bleibt.
Bei noch stärkerer Bestromung der Spulenwicklung 144
sinkt der Druck im Steuerraum 138 weiter, wobei sich der
Ölstrom über die Vorsteuerung erhöht. Schließlich ist die
zweite Düse 123 so weit offen, daß sich die Kräfte im
Gleichgewicht befinden, die vom Lastdruck und vom Pumpen
druck einerseits und vom Druck im Steuerraum 138 und der
schwachen Vorspannfeder 153 andererseits erzeugt werden.
Sieht man von dem geringen Einfluß der Vorspannfeder 153
ab, so folgt von da an der Hauptkolben 120 der Bewegung des
Steuerkolbens 130, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wobei -
Load-Sensing-Regelung vorausgesetzt - das Niveau des Drucks
im Steuerraum 138 bezüglich des Lastdrucks und des Pumpen
drucks gleichbleibt. Dabei öffnet sich stetig ein Durch
flußquerschnitt zwischen der Konusfläche 124 des Hauptkol
bens 120 und der Sitzkante 162 des Patronengehäuses 160.
Mit diesem Sperrventil ist es somit möglich, in Abhän
gigkeit von der Bestromung der Spulenwicklung 144 den Volu
menstrom zwischen dem Druckraum 165 und dem Ringraum 126
nach Belieben proportional zu steuern. Somit ist ein lang
sames Aus fahren des Arbeitszylinders mit gewünschtem Ver
halten möglich.
Als zweites wird ein durch das Sperrventil 105 gesteu
ertes schnelles Aus fahren des Arbeitszylinders unter Bezug
nahme auf die Fig. 7 und 8 in Form von zwei Varianten be
schrieben.
Bei dieser Betriebsart wird das proportional einstell
bare vorgesteuerte Sperrventil als ein einfaches Rück
schlagventil verwendet, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Das
heißt, daß der Vorsteuerkegel 141 die erste Düse 122 ge
schlossen hält und der Pumpendruck am Anschluß A den Haupt
kolben 120 gegen einen an einer gleichgroßen nicht druck
ausgeglichenen Fläche wirkenden Lastdruck und gegen die
Vorspannfedern 152 und 153 von der Sitzkante 162 abhebt.
Bei dieser Betriebsart wird unter Anlehnung an die
Steuerung zum langsamen Aus fahren des Arbeitszylinders die
Spulenwicklung 144 voll bestromt. Dadurch wird die erste
Düse 122 vollständig geöffnet; die erste Steuerkante 134
steuert die zweite Düse 123 auf, so daß ein maximaler Vor
steuerölstrom fließt. Damit nähert sich der Steuerdruck an
der Rückseite des Hauptkolbens an den Lastdruck an, den der
Steuerdruck nicht unterschreiten kann. Wenn die zweite Düse
123 vollständig geöffnet ist, so ist ihr Öffnungsquer
schnitt sehr viel größer als der der Düse 122. Die sehr un
terschiedlichen Druckabfälle an den Düsen 122 und 123 be
wirken nun ein Öffnen des Hauptkolbens 120. Der Hauptkolben
120 hebt somit von der Sitzkante 162 ab und macht voll auf,
wodurch ein großer Volumenstrom vom Anschluß A zum Anschluß
B gestattet wird und der Arbeitszylinder mit maximaler Ge
schwindigkeit aus fährt.
Als drittes wird ein durch das Sperrventil 105 gesteu
ertes schnelle Einfahren des Arbeitszylinders unter Bezug
nahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben.
Der Spulenwicklung 144 wird ein solcher Strom zuge
führt, daß der Stößel 140 abhebt und die erste Düse 122
öffnet, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Gleichzeitig verrin
gert sich durch die Axialbewegung des Steuerkolbens mit der
zweiten Steuerkante 133 der Strömungsquerschnitt der zwei
ten Düse 123, was eine Verringerung des Drucks im Steuer
raum 138 zur Folge hat. Der Druck am Anschluß B ist an die
Ringfläche 125 des Hauptkolbens 120 angelegt. Durch das
Öffnen der ersten Düse 122 wird der Druck im Steuerraum 138
zum Anschluß A hin abgebaut, so daß der Hauptkolben 120
durch den auf die Ringfläche 125 wirkenden Druck von seiner
Sitzkante 162 abgehoben werden kann, wie es in Fig. 10 ge
zeigt ist. Im Anschluß erfolgt ein schnelles Rückströmen
des Fluids vom Arbeitszylinder zum Tank, der mit dem Druck
raum 165 verbunden ist - der Arbeitszylinder fährt ein.
Als viertes wird ein durch das Sperrventil 105 gesteu
ertes langsames Einfahren des Arbeitszylinders unter Bezug
nahme auf Fig. 11 erläutert.
Bei dieser Betriebsart wird die Spulenwicklung 144 ge
ringer bestromt als beim schnellen Einfahren. Dadurch öff
net der Stößel 140 die erste Düse 122 nur gering. Die zwei
te Düse 123 hat aufgrund der geringen Axialverschiebung des
Steuerkolbens 130 einen großen Strömungsquerschnitt. Daher
sackt der Druck im Steuerraum 138 nur wenig unter den Last
druck am Anschluß B ab, so daß der Hauptkolben geschlossen
bleibt. Über die Düsen 122 und 123 strömt nur ein geringer
Volumenstrom vom Verbraucher zum mit dem Druckraum 165 in
Verbindung stehenden Tank. Über die Bestromung der Spulen
wicklung 144 ist der Hub des Stößels 140 regulierbar, wo
durch eine proportionale Geschwindigkeitssteuerung beim
Einfahren ermöglicht wird.
Bei der vorstehend genannten Ventilstruktur entspre
chend dem ersten Ausführungsbeispiel muß beim Ausfahren
eines Arbeitszylinders, der sich am Anschluß B befindet,
bei voller Öffnung der Öffnungsquerschnitt der Düse 123 we
sentlich größer als der Öffnungsquerschnitt der Düse 122
sein. Um dieses zu veranschaulichen wird nachfolgend das
Kräftegleichgewicht am Hauptkolben 120 für das Aus fahren
des Arbeitszylinders aufgestellt, wobei die Federkraft der
relativ schwachen Feder 152 sowie der Überdeckungsbereich
vom Stößel 141 und der Düse 122 unberücksichtigt bleiben.
Im rückwärtigen Steuerraum wirkt an einer Fläche A2,
die mit dem Hauptkolbenradius r2 berechnet wird, der Steu
erdruck Pst. An der Fläche A1, die durch die Sitzkante 162
begrenzt wird und die den Radius r1 hat, wirkt der Pumpen
druck Pp. An der Ringfläche 125 mit dem Flächeninhalt A2 -
A1 wirkt der Lastdruck PL.
Das Kräftegleichgewicht am Hauptkolben 120 lautet so
mit:
A1.Pp + (A2 - A1).PL = Pst.A2
Wird nun davon ausgegangen, daß die Ringfläche (A2-
A1) wesentlich größer als die Fläche A1 ist, beispielsweise
verhalten sich r1/r2 = 1/2, so lautet das Kräftegleichge
wicht nach dem Steuerdruck Pst umgestellt:
Pst = PL + (Pp - PL)/4
Somit liegt der Steuerdruck näher beim Lastdruck. Da
aber über die Düsen 122 und 123 die gleiche Fluidmenge
fließt, muß der Öffnungsquerschnitt der Düse 123 wesentlich
größer als der der Düse 122 sein. Im vorstehend genannten
Ausführungsbeispiel kann dieses dadurch umgesetzt werden,
daß der Öffnungsquerschnitt der Düse 122 klein gestaltet
wird. Das erhöht jedoch die Gefahr des Verstopfens.
Die notwendige Differenz zwischen den Öffnungsquer
schnitten der Düsen 122 und 123 kann mit wesentlich gerin
gerer Neigung zum Verstopfen dadurch erreicht werden, daß
der Stößel 140 mit einem Fortsatz 241 versehen wird, wie
dieser im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, das
in Fig. 13 gezeigt ist.
Bei der in Fig. 13 gezeigten Anordnung entsprechend dem
zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich am Zylinderab
schnitt des Stößels 240 die Grundfläche eines ersten Ke
gelabschnitts 242. Die Spitze des ersten Kegelabschnitts
242 geht in einen ersten Zylinderabschnitt 244 und dann in
einen zweiten Zylinderabschnitt 243 über, dessen Spitze mit
dem ersten Zylinderabschnitt 244 verbunden ist. An der
Grundfläche des zweiten Kegelabschnitts 243 befindet sich
ein zweiter Zylinderabschnitt 245, an den sich ein ange
faster Abschnitt 246 anschließt. Dieser angefaste Abschnitt
246 dient dazu, bei der Montage des Ventils den Fortsatz
241 durch die erste Düse 122 hindurchstecken zu können. Zu
diesem Zweck muß der Durchmesser des Zylinderabschnitts 245
und der Durchmesser der Grundfläche des zweiten Kegelab
schnitts 243 kleiner als der Innendurchmesser der ersten
Düse 122 sein.
Mit diesem Fortsatz 241 ändert sich der Fluidstrom
durch die Düse 241 im Vergleich zum vorhergehenden Ausfüh
rungsbeispiel beim langsamen und schnellen Ausfahren. Dabei
sind den unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten der zwei
ten Düse 123 die folgenden Relativpositionen des Fortsatzes
241 in der ersten Düse 122 zugeordnet:
Ist die zweite Düse 123 durch die zweite Steuerkante 133 noch nicht vollständig geschlossen, so befindet sich der erste Kegelabschnitt 242 in der ersten Düse 122 und drosselt den Fluidstrom. Das allmähliche Öffnen der ersten Düse 122 wird dabei von einem allmählichen Schließen der zweiten Düse 123 begleitet.
Ist die zweite Düse 123 durch die zweite Steuerkante 133 noch nicht vollständig geschlossen, so befindet sich der erste Kegelabschnitt 242 in der ersten Düse 122 und drosselt den Fluidstrom. Das allmähliche Öffnen der ersten Düse 122 wird dabei von einem allmählichen Schließen der zweiten Düse 123 begleitet.
Wenn sich das Steuerbund 134 vor der zweiten Düse 123
befindet, befindet sich der erste Zylinderabschnitt 244 in
der ersten Düse 122 und erlaubt einen maximalen Fluidstrom.
Wenn der Öffnungsquerschnitt der zweiten Düse 123 über
die erste Steuerkante 134 verringert ist, befindet sich der
zweite Kegelabschnitt 243 in der ersten Düse 122 und dros
selt den Fluidstrom. Das allmähliche Öffnen der zweiten Dü
se 123 ist dabei von einem allmählichen Schließen der er
sten Düse 122 begleitet.
Somit wird sowohl beim Einfahren des Arbeitszylinders
als auch beim Aus fahren des Arbeitszylinders die Differenz
der Öffnungsquerschnitte der Düsen 122 und 123 ohne Schwie
rigkeiten erhalten. Der Hauptkolben 120 kann daher in bei
den Fällen sicher angesteuert werden.
Ferner findet das schnellen Aus fahren nach Fig. 8 unter
Verwendung des Fortsatzes 241 nach Fig. 13 bei ähnlichen
Öffnungsquerschnitten der Düsen 122 und 123 wie das schnel
le Ausfahren nach Fig. 7 statt. Im Unterschied zu dem Fall,
in dem ein Vorsteuerkegel 141 am Stößel 140 vorhanden war,
wird nun, wenn die Düse 122 durch den zweiten Zylinderab
schnitt 245 geschlossen ist, der Steuerdruck an der Rück
seite des Hauptkolbens 120 gleich dem Lastdruck, d. h. nied
riger als im Fall des vorhandenen Vorsteuerkegels 141. Da
mit öffnet der Hauptkolben früher und kann die Funktions
sicherheit des Ventils erhöht werden.
Mit dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel lie
gen Sperrventile vor, bei denen ein Vorsteuerelement im
Hauptkolben 120 aus einem Stößel 140 bzw. 240 und einem
Steuerkolben 130 besteht, bei denen der Öffnungsquerschnitt
einer ersten Düseneinrichtung über die Relativposition des
Stößels 140 bzw. 240 bezüglich der ersten Düse 122 ein
stellbar ist und bei denen der Öffnungsquerschnitt einer
zweiten Düseneinrichtung über die Relativposition des Steu
erkolbens 130 bezüglich der zweiten Düse 123 einstellbar
ist.
Beim proportionalen Heben wird zu Beginn eine Ausgangs
stellung des Vorsteuerelements vorgesehen, in der die erste
Düseneinrichtung verschlossen und die zweite Düseneinrich
tung offen ist. Durch einen Hub des Vorsteuerelements in
eine erste Betätigungsposition wird die erste Düseneinrich
tung geöffnet und die zweite Düseneinrichtung geschlossen,
wobei sich der Hauptkolben 120 auf der Sitzkante 162 befin
det.
Erfolgt nun durch einen weiteren Hub des Vorsteuerele
ments eine Bewegung von diesem zu einer zweiten Betäti
gungsposition hin, ab der der Hauptkolben der Hubbewegung
des Vorsteuerelements folgt, so vergrößert sich der Öff
nungsquerschnitt der zweiten Düseneinrichtung bezüglich des
Öffnungsquerschnitt der ersten Düseneinrichtung.
Im ersten Ausführungsbeispiel erfolgt nur eine Ver
größerung des Öffnungsquerschnitts der zweiten Düsenein
richtung, während der Öffnungsquerschnitt der ersten Düsen
einrichtung konstant bleibt. Im zweiten Ausführungsbeispiel
erfolgt eine schnellere Relativänderung der Öffnungsquer
schnitt zueinander, wobei der Öffnungsquerschnitt der zwei
ten Düseneinrichtung vergrößert und der der ersten Düsen
einrichtung gleichzeitig verringert wird.
Als verallgemeinertes Funktionsprinzip kann aus dem er
sten und zweiten Ausführungsbeispiel abgeleitet werden, daß
beim proportionalen Heben in der ersten Betätigungsposition
des Vorsteuerelements ein solcher Druck im rückwärtigen
Steuerraum 135 vorliegen muß, daß sich der Hauptkolben 120
mit der Sitzkante 162 in Anlage befindet. Dieses kann, bei
gleichgroßer erster und zweiter Fläche am Hauptkolben,
durch einen kleineren Öffnungsquerschnitt der zweiten Dü
seneinrichtung im Verhältnis zu dem der ersten Düsenein
richtung umgesetzt werden. Für die Bewegung des Vorsteuer
elements in die zweite Betätigungsposition muß sich der
Druck im Steuerraum 135 verringern, was durch eine Erhöhung
des Öffnungsquerschnitts der zweiten Düseneinrichtung im
Verhältnis zu dem der ersten Düseneinrichtung umgesetzt
werden kann.
Da es sich bei den Änderungen des Öffnungsquerschnitts
und damit des hydraulischen Widerstandes der ersten und
zweiten Düseneinrichtung zum Einstellen der ersten Betäti
gungsposition und zum Übergehen zur zweiten Betätigungspo
sition um Relativänderungen der Öffnungsquerschnitte der
ersten und zweiten Düseneinrichtung zueinander handelt, ist
es nicht notwendig, den Öffnungsquerschnitt der beiden Dü
seneinrichtungen zu ändern. Eine Düseneinrichtung kann so
mit eine Festdüse sein.
Da der Magnetanker 146 durch die Spulenwicklung 144
eine Bewegung in Axialrichtung des Vorsteuerelementes be
wirkt, ist es hinsichtlich einer besseren Steuerbarkeit
vorteilhaft, mit dieser Bewegung den Öffnungsquerschnitt
einer Axialausnehmung im Hauptkolben und somit der ersten
Düseneinrichtung zu ändern. Folglich ist vorzugsweise die
zweite Düseneinrichtung die Festdüse.
Unterschiedliche Ausgestaltungen der ersten Düsenein
richtung werden nun im dritten bis fünften Ausführungsbei
spiel untersucht, bei denen sich unterschiedliche hydrauli
sche Eigenschaften des Sperrventils und konstruktive Anfor
derungen an dieses ergeben.
Das in den Fig. 14a bis 14e gezeigte dritte Ausfüh
rungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungs
beispiel darin, daß im dritten Ausführungsbeispiel kein
Steuerkolben vorgesehen ist. Das Vorsteuerelement wird al
lein durch einen Stößel 240 gebildet, an dem wie im zweiten
Ausführungsbeispiel ein Fortsatz 341 vorgesehen ist und an
dem sich in Richtung zur ersten Fläche 324a hin ein erster
Kegelabschnitt 342, ein erster Zylinderabschnitt 344, ein
zweite Kegelabschnitt 343, ein zweiter Zylinderabschnitt
345 und ein angefaster Abschnitt 346 befinden.
Somit hat das dritte Ausführungsbeispiel im Verhältnis
zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel einen einfache
ren Aufbau, wobei durch den fehlenden Steuerkolben ein be
wegliches Element weniger im Sperrventil vorgesehen werden
muß und sich folglich die Herstellungskosten verringern.
Bevorzugt wird bei diesem Ausführungsbeispiel, daß die
erste Fläche 324a des Hauptkolbens 320, die zum Anschluß A
weist, etwa die gleiche Größe wie die zweite Fläche 125 am
Hauptkolben 320 hat. Wenn nun also der Steuerdruck im rück
wärtigen Steuerraum 335 zwischen dem Druck am Anschluß A
und dem Druck am Anschluß B liegt und der Öffnungsquer
schnitt der ersten Düseneinrichtung gleich dem Öffnungs
querschnitt der zweiten Düseneinrichtung ist, besteht ein
Gleichgewicht zwischen der Kraft, die durch den Druck an
der ersten Fläche 324a und den Druck an der zweiten Fläche
125 hervorgerufen, und der Kraft, die durch den Druck im
Steuerraum 335 hervorgerufen wird.
Zum Öffnen der Fluidverbindung über einen Spalt zwi
schen dem Hauptkolben 120 und der Sitzkante 162 beim Heben
muß nun aus diesem Gleichgewichtszustand heraus der Öff
nungsquerschnitt der ersten Düseneinrichtung verringert
werden. Zum Öffnen dieser Fluidverbindung beim Senken muß
hingegen eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts der er
sten Düseneinrichtung erfolgen.
Bei einem Sperrventil entsprechend dem dritten Ausfüh
rungsbeispiel ist das langsame Aus fahren kein proportiona
les Heben, sondern es findet eine allmähliche Verringerung
des Volumenstromes an der ersten Düseneinrichtung statt.
Die Geschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers erhöht
sich erst dann wieder, wenn sich der Hauptkolben von der
Sitzkante entfernt. Ist beim langsamen Ausfahren ein klei
ner Geschwindigkeitsbereich ausreichend, so macht sich ein
relativer kleiner Hub des Vorsteuerelements bei der Bewe
gung von der ersten Betätigungsposition in die Position, in
der der Hauptkolben von der Sitzkante abhebt, nicht negativ
bemerkbar.
Die Öffnungskraft, die von der Spulenwicklung 144 auf
den Stößel 340 zu übertragen ist, wird in der Betriebsart
Senken durch den auf den Fortsatz 341 wirkenden Lastdruck
am ersten Kegelabschnitt 342 bestimmt. Um diese Öffnungs
kraft möglichst klein zu halten, muß der Durchmesser der
ersten Ausnehmung 122 klein gestaltet werden. Aus Stabili
täts- und Fertigungsgründen bezüglich dem ersten Zylinder
abschnitt 344 kann jedoch eine bestimmte Mindestabmessung
nicht unterschritten werden. Dadurch sind Probleme beim
Senken entstanden.
Diese Probleme können durch ein räumliches Vertauschen
der zwei Düsenabschnitte am Stößel gelöst werden, wie es
nachstehend im vierten und fünften Ausführungsbeispiel ge
zeigt wird.
Beim in den Fig. 15a bis 15e gezeigten Sperrventil ent
sprechend dem vierten Ausführungsbeispiel ist das Vorsteu
erelement in Form eines Stößels 440 ausgebildet, der einen
aus Kunststoff geformten Zylinderabschnitt 440a aufweist,
in dessen vorderen Endabschnitt eine Stößelspitze 440b aus
Metall eingegossen ist. Zwei Abschnitte 440b1, 440b2 mit
größerem Durchmesser an der Stößelspitze 440b sorgen für
eine formschlüssige, feste Verbindung zwischen dem Zylin
derabschnitt 440a und der Stößelspitze 440b. Ferner weist
die Stößelspitze 440b einen Fortsatz 441 auf, der vom Zy
linderabschnitt 440a nicht bedeckt ist. Vom Zylinderab
schnitt 440a weg sind folgende Abschnitte in dieser Reihen
folge am Fortsatz 441 der Stößelspitze 440b vorgesehen: ein
zweiter Zylinderabschnitt 444, dessen Funktion der des er
sten Zylinderabschnitts 344 im dritten Ausführungsbeispiel
entspricht, ein zweiter Kegelabschnitt 443, dessen Funktion
der des zweiten Kegelabschnitts 343 im dritten Ausführungs
beispiel entspricht, ein erster Zylinderabschnitt 445, des
sen Funktion der des zweiten Zylinderabschnitts 345 im
dritten Ausführungsbeispiel entspricht, und ein erster Ke
gelabschnitt 442, dessen Funktion der des ersten Kegelab
schnitts 342 im dritten Ausführungsbeispiel entspricht.
Zwischen dem Stößel 440, der in eine Innenbohrung im
Hauptkolben 420 eingeführt ist, und dem Hauptkolben 420 be
findet sich ein Einsatzelement 470, das in dieser Reihen
folge in Richtung zur Stößelspitze 440b hin aufweist: einen
Zylinderabschnitt 470a mit großem Innendurchmesser, einen
Abschnitt 470c mit Verbindungsausnehmungen, die zwischen
der rückwärtigen Steuerkammer 435 und der zweiten Düsenein
richtung 123 Fluidverbindung herstellen, und einen Ab
schnitt 470b mit großem Innendurchmesser, in dessen Mitte
eine dritte Ausnehmung 471 vorgesehen ist, die zusammen mit
der ersten Ausnehmung 122 die erste Düseneinrichtung bil
det. Zwischen der Innenbohrung des Hauptkolbens 420 und dem
Außenumfang des Abschnitts 470b mit großem Innendurchmesser
ist eine Dichtung 476 vorgesehen, die einen Fluidstrom zwi
schen der ersten Ausnehmung 122 und der zweiten Düsenein
richtung 123 über andere Abschnitte als die dritte Ausneh
mung 471 verhindert. Eine Axialbewegung des Einsatzelements
470 bezüglich dem Hauptkolben 420 wird durch einen Spreng
ring 475 verhindert, der sich an einem zur Stirnfläche am
Abschnitt 470b mit kleinem Durchmesser entgegengesetzt lie
genden Endabschnitt des Einsatzelements 470 in einer ring
förmigen Ausnehmung in der Innenbohrung des Hauptkolbens
420 befindet. Um ein einfaches Anbringen des Sprengrings
475 zu ermöglichen, muß zwischen der Bodenfläche der Innen
bohrung des Hauptkolbens 420 und der Stirnfläche des Ab
schnitts 470b mit kleinem Durchmesser ein ringförmiger Zwi
schenraum 477 von geringen Abmaßen vorgesehen sein.
In gleicher Weise wie beim ersten bis dritten Ausfüh
rungsbeispiel liegt der Druck im rückwärtigen Steuerraum
435 sowohl nahe des Bodenabschnitts der Innenbohrung im
Hauptkolben 420, und in diesem Fall auch am Einsatzelement
470, als auch an der zur ersten Fläche 424a entgegegesetzt
liegenden Stirnfläche des Hauptkolbens 420 an, so daß der
Druck im rückwärtigen Steuerraum 435 an einer Fläche am
Hauptkolben 420 wirkt, dessen Flächeninhalt der Summe aus
erster Fläche, an der der Druck am Anschluß A anliegt, und
zweiter Fläche, an der der Druck am Anschluß B anliegt, am
Hauptkolben 420 entspricht.
Vorzugsweise ist wie beim dritten Ausführungsbeispiel
auch beim Sperrventil entsprechend dem vierten Ausführungs
beispiel der Flächeninhalt der ersten Fläche 424a etwa
gleich dem Flächeninhalt der zweiten Fläche 425, so daß
sich bei gleichem Öffnungsquerschnitt von erster und zwei
ter Düseneinrichtung ein Gleichgewichtszustand ergibt.
Nachfolgend werden die verschiedenen Stellungen der
Stößelspitze 440b bezüglich dem Hauptkolben 420 mit dem
Einsatzelement 470 beschrieben.
In der in Fig. 15a gezeigten Stellung befindet sich der
erste Kegelabschnitt 442 in der ersten Ausnehmung 122 und
blockiert somit die Fluidverbindung über die erste und
zweite Düseneinrichtung durch den Hauptkolben 420 hindurch.
In der in Fig. 15b gezeigten Stellung wird eine zum Hub
des Stößels 440 proportionale Aufsteuerung der ersten Dü
seneinrichtung ermöglicht, bei der die erste Ausnehmung 122
über den ersten Kegelabschnitt 442 geöffnet wird und der
Öffnungsquerschnitt der dritten Ausnehmung 471 konstant
bleibt. Der Zwischenraum zwischen der Stirnfläche des Zy
linderabschnitts 440a des Stößels 440 und dem Einsatzele
ment 470 ist dabei so gestaltet, daß keine zusätzliche
Drosselung des Fluidstrom auftritt.
Mit der in Fig. 15c gezeigten Stellung ist der maximal
mögliche Öffnungsquerschnitt der ersten Düseneinrichtung
erreicht, da sich noch der zweite Zylinderabschnitt 444 in
der dritten Ausnehmung 471 befindet und ein großer Öff
nungsquerschnitt zwischen der ersten Ausnehmung 122 und dem
ersten Kegelabschnitt 442 vorliegt.
Bei der in Fig. 15d gezeigten Stellung befindet sich
der zweite Kegelabschnitt 443 in der dritten Ausnehmung
471. Die erste Ausnehmung 122 ist im Vergleich zur Stellung
in Fig. 15c noch stärker geöffnet. Insgesamt tritt jedoch
in der ersten Düseneinrichtung durch den im Vergleich zur
Stellung in Fig. 15c geringeren Öffnungsquerschnitt der
dritten Ausnehmung 471 eine stärkere Drosselwirkung als bei
der Stellung in Fig. 15c auf.
In der in Fig. 15e gezeigten Stellung ist die dritte
Ausnehmung durch den ersten Zylinderabschnitt 445 ver
schlossen, wobei jedoch um den Zylinderabschnitt 445 herum
ein Ringspalt von geringen Abmessungen vorhanden ist, um
ein Gleiten des Stößels 440 zu ermöglichen. Bei der Stel
lung entsprechend Fig. 15e liegt demzufolge eine fast
vollständig verschlossene erste Düseneinrichtung vor.
Vorteilhaft ist bei der vierten Ausführungsform, daß
der Querschnitt der ersten Ausnehmung 122 nicht von Abmes
sungen der Stößelspitze 440b abhängt. Der Sitzdurchmesser
kann in Abstimmung mit der zweiten Düseneinrichtung, die
als weiteres Ausführungsbeispiel auch im Öffnungsquer
schnitt variabel sein kann, sehr viel kleiner als beim
dritten Ausführungsbeispiel gewählt werden. Die magnetische
Einrichtung zur Betätigung des Stößels muß daher für hohe
Lastdrücke nicht größer dimensioniert werden.
Ferner kann auch die Verhinderung von Einengungen des
Öffnungsquerschnitts durch Schmutzteilchen bei der Wahl der
Querschnitte der Düseneinrichtungen berücksichtigt werden.
Von Nachteil ist hier jedoch die Notwendigkeit des Vor
sehens des Einsatzelementes 470 und der Ausnehmung für den
Sprengring 475 in der Innenbohrung des Hauptkolbens 420.
Dadurch entstehen nicht nur höhere Herstellungskosten, son
dern es ist die Funktionssicherheit eines weiteren Bauteils
im Hauptkolben 420 zu gewährleisten.
Dieser Nachteil kann durch ein Sperrventil entsprechend
dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beseitigt werden.
Das in den Fig. 16a bis 16e gezeigte Sperrventil ent
sprechend dem fünften Ausführungsbeispiel weist genauso wie
das dritte Ausführungsbeispiel nur ein Bauelement, und zwar
einen Stößel 540, im Hauptkolben 520 auf.
Der Stößel 540 hat in der Reihenfolge zur ersten Fläche
524a am Hauptkolben 520 hin einen Schaftabschnitt 548 mit
einem Außendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmes
ser der Innenbohrung des Hauptkolbens 520 ist, einen Zylin
derabschnitt 543, dessen Außendurchmesser ebenfalls kleiner
als der Innendurchmesser der Innenbohrung des Hauptkolbens
520 ist und an dessen Umfang eine Drosselungseinrichtung
vorgesehen ist, einen Kegelabschnitt 542 und einen Vorsteu
erkegel 541, durch den die erste Ausnehmung 122 verschließ
bar ist. Der Schaftabschnitt 548 und der Zylinderabschnitt
543 können auch mit dem gleichen Durchmesser ausgebildet
sein. Die Drosselungseinrichtung besteht aus Kerbabschnit
ten 543a, 543b, 543c und 543d, die jeweils paarweise (543a,
543b; 543c, 543d) an entgegengesetzten Umfangsabschnitten
des Zylinderabschnitts 543 vorgesehen sind und die, wie es
in Fig. 16a aus der Darstellung des Kerbabschnitts 543c
entnehmbar ist, eine Ausnehmung 543c2 mit zylinderförmigem
Querschnitt und im Anschluß daran eine Ausnehmung 543c1 mit
kegelförmigem Querschnitt aufweisen.
Der Hauptkolben 520 weist am Bodenabschnitt der Innen
bohrung eine zylinderförmige Innenausnehmung 521 auf, deren
Innendurchmesser größer als der der Innenbohrung ist, so
daß zwischen der Innenbohrung des Hauptkolbens und der zy
linderförmigen Innenausnehmung 521 eine ringförmige Steuer
kante 524 vorhanden ist.
Die Steuerkante 524 ist vorzugsweise abgeschrägt und
bildet zusammen mit den Kerbabschnitten 543a, 543b, 543c,
543d die dritte Ausnehmung. Somit besteht die erste Düsen
einrichtung aus der Ausnehmung 122, die durch den Vorsteu
erkegel 541 verschließbar ist, und den Ausnehmungen, die
die Steuerkante 524 und die Kerabschnitte festlegen. Die
zweite Düseneinrichtung wird wie auch im dritten und vier
ten Ausführungsbeispiel durch eine Festdüse 123 gebildet.
Alternativ dazu kann die dritte Ausnehmung auch durch
einen Zylinderabschnitt 543 ohne Kerabschnitte und gegen
überliegende Vertiefungen an der Innenbohrung des Hauptkol
bens 520 gebildet werden, wobei die Vertiefungen in Analo
gie zur Querschnittsfläche der Kerbabschnitte jedoch in um
gekehrter Reihenfolge zur ersten Fläche 524a des Hauptkol
bens hin einen zylinderförmigen Querschnitt und von dieser
Fläche 524a weg einen kegelförmigen Querschnitt haben.
Wichtig ist bei der Gestaltung der Kerbabschnitte und
der Steuerkante, daß mit einem vorbestimmten Hub (z. B. 1 mm)
des Stößels eine vorbestimmte Flächenänderung (z. B. 0,7 mm2)
beim Öffnungsquerschnitt der dritten Ausnehmung realisier
bar ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Flächenin
halt der ersten Fläche 524a am Hauptkolben vorzugsweise
etwa gleich dem Flächeninhalt der zweiten Fläche an diesem.
Nachfolgend werden die verschiedenen Stellungen des
Stößels erläutert.
In der in Fig. 16a gezeigten Stellung ist die erste
Ausnehmung durch den Vorsteuerkegel 541 geschlossen und die
dritte Ausnehmung offen.
In der in Fig. 16b gezeigten Stellung ist eine propor
tionale Öffnung der ersten Ausnehmung 122 möglich, während
die dritte Ausnehmung noch eine maximale Fluidströmung ge
stattet.
Bei der in Fig. 16c gezeigten Stellung ist die erste
Düseneinrichtung maximal geöffnet, wobei die erste und die
zweite Ausnehmung einen großen Öffnungsquerschnitt haben.
In Fig. 16d ist der Öffnungsquerschnitt der dritten
Ausnehmung verringert, während in Fig. 16e die dritte Aus
nehmung bis auf den Ringspalt um den Zylinderabschnitt 543
herum vollständig geschlossen ist.
Beim fünften Ausführungsbeispiel ist von Vorteil, daß
nur die Innenausnehmung 521 im Hauptkolben 520 vorgesehen
werden muß und ansonsten keine weiteren Bauteile außer dem
Stößel 541 in den Hauptkolben 520 eingeführt zu werden
brauchen. Der Öffnungsquerschnitt der dritten Ausnehmung
ist über die Gestaltung der Kerabschnitte, die am Außenum
fang des Stößels 540 in einfacher Weise vorgesehen werden
können, beeinflußbar.
Somit ergibt sich mit dem fünften Ausführungsbeispiel
eine kostengünstige Umsetzung des Prinzips der vorliegenden
Erfindung, wobei die Funktion in den einzelnen Stellungen
einfach vorhersagbar ist.
Somit wird beim dritten bis fünften Ausführungsbeispiel
beim langsamen Heben von der in den Fig. 14a, 15a, 16a ge
zeigten Ausgangsstellung, in der die erste Düseneinrichtung
geschlossen ist, die in den Fig. 14c, 15c, 16c gezeigte er
ste Betätigungsposition eingenommen, in der der Öffnungs
querschnitt der ersten Düseneinrichtung maximal ist. Über
die in den Fig. 14d, 15d, 16d gezeigte Verringerung des
Öffnungsquerschnitts der ersten Düseneinrichtung wird der
Druck im rückwärtigen Steuerraum gesenkt, bis sich der
Hauptkolben, im Extremfall bei einer wie in den Fig. 14e,
15e, 16e gezeigten Position des Vorsteuerelements, synchron
zum Hub des Vorsteuerelements bewegt, wodurch eine
Fluidströmung zwischen dem Anschluß A und dem Anschluß B
über einen Spalt zwischen dem Hauptkolben und der Sitzkante
ermöglicht wird.
Zum schnellen Heben der Last wird entweder die in den
Fig. 14a, 15a, 16a gezeigte Position oder die in den Fig.
14e, 15e, 16e gezeigte Position des Vorsteuerelementes im
Hauptkolben eingenommen, wobei die erste Düseneinrichtung
verschlossen ist. Dadurch wirkt das erfindungsgemäße Sperr
ventil wie ein Sperrventil ohne Proportionalfunktion. Auf
grund des Dichtsitzes in den Fig. 14a, 15a, 16a wird ein
Aufsitzen des ersten Kegelabschnitts 342 auf der ersten
Düse 122 bevorzugt.
Zum schnellen Senken der Last wird die erste Düsenein
richtung maximal geöffnet, wie es in Fig. 14c, 15c, 16c ge
zeigt ist. Dadurch nimmt der Volumenstrom durch die zweite
und die erste Düseneinrichtung einen Maximalwert an, woraus
sich ein schnelles Abheben des Hauptkolbens von der Sitz
kante 162 ergibt.
Zum langsamen Senken der Last wird das Vorsteuerelement
von der in den Fig. 14a, 15a, 16a gezeigten Position, in
der die erste Düseneinrichtung geschlossen ist, über die in
den Fig. 14b, 15b, 16b gezeigte Position, in der eine pro
portionale Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts der ersten
Düseneinrichtung erfolgt, zu der in den Fig. 14c, 15c, 16c
gezeigten Position hin betätigt. Als Ergebnis kann der
Zeitpunkt des Abhebens des Hauptkolbens von der Sitzkante
162 genau vorherbestimmt werden.
Damit wird durch die Erfindung ein Sperrventil geschaf
fen, das ein langsames Einfahren und ein langsames Ausfah
ren eines angeschlossenen Arbeitszylinders effektiv ermög
licht, wobei die Geschwindigkeit des Einfahren bzw. Ausfah
rens manuell oder elektronisch einstellbar ist. Gleichzei
tig führt das Sperrventil aber auch bei fehlender elektri
scher Erregung die Funktion eines einfachen Rückschlagven
tils aus. Damit ist das erfindungsgemäße Sperrventil in un
terschiedlichsten Anwendungen bei geringem Materialaufwand
zur wirksamen Steuerung eines Arbeitszylinders geeignet.
Vorzugsweise ist der Hauptkolben 120 des erfindungsge
mäßen Sperrventils sowohl beim Einfahren als auch beim Aus
fahren eines angeschlossenen Arbeitszylinders gegen einen
Anschlag am Patronengehäuse bewegbar, wodurch Materialver
formungen und ein unkontrollierter Betrieb des Sperrventils
verhindert werden können.
Bezüglich der Gestaltung des Antriebs des Stößels bzw.
der Kombination aus Stößel und Steuerkolben sowie weiterer
Merkmale des vorgesteuerten Sperrventils wird auf die am
5.12.1997 eingereichte Anmeldung mit dem internen Akten
zeichen MA7237 verwiesen.
Fig. 12 zeigt den Einsatz des erfindungsgemäßen Sperr
ventils 105 bei einer Hubwerksteuerung eines Traktors.
In dieser Steuerschaltung befindet sich am Druckraum
165 des Sperrventils 105 eine Konstantpumpe 101, zu der
eine 3-Wege-Druckwaage 110 über einen Druckanschluß und Ab
laufanschluß parallel geschaltet ist. Der Ringraum 126 des
Sperrventils ist mit einem Druckraum 104 eines Arbeitszy
linders 103 verbunden. Zwischen dem Druckraum 104 des Ar
beitszylinders 103 und dem Eingang der Druckwaage 110 sind
eine Meßblende 106 und ein einfaches Rückschlagventil 107
vorgesehen. Ferner ist ein federseitiger Steueranschluß der
Druckwaage 110 mit dem zwischen der Meßblende 106 und dem
Rückschlagventil 107 liegenden Leitungsabschnitt und über
ein Ventil 109 mit dem Tank 102 verbunden.
Beim Aus fahren des Arbeitszylinders 103 wird das System
als Load-Sensing-System eingesetzt. Der Pumpendruck PP
liegt dabei um ΔpD1 oberhalb des Lastdrucks PL, da das Ven
til 9 in die Position b geschaltet ist, in der die Verbin
dung zwischen dem Steueranschluß der Druckwaage 110 und dem
Tank 102 unterbrochen ist.
Beim Einfahren des Arbeitszylinders 103 ist das Ventil
109 in die Position a geschaltet, in der eine Verbindung
zwischen dem Steueranschluß der Druckwaage 110 und dem Tank
102 besteht. Dadurch liegt am Steueranschluß der Druckwaage
110 der Tankdruck an, wodurch die Druckwaage 110 aufgesteu
ert wird, um das Fluid im Arbeitszylinder 103 und die För
dermenge der Pumpe zum Tank 102 zurückzuführen.
Beim Einfahren und beim Aus fahren des Arbeitszylinders
103 kann durch den Nutzer eine beliebige proportionale An
steuerung des Sperrventils 105 vorgenommen werden, die dem
gewünschten Verhalten des Arbeitszylinders 103 angepaßt
ist. Vorzugsweise wird jedoch elektronisch angesteuert, um
ein komplexes Zusammenspiel mit weiteren hydraulischen Kom
ponenten umzusetzen.
Beispielsweise ist beim Einsatz der vorstehend genann
ten Steuerung beim Hubwerk eines Pfluges ein Sollwert vor
gegeben und werden Istwerte von Lagesensoren bzw. Kraftsen
soren eingelesen. Aus diesen Werten wird das notwendige An
steuersignal für das Sperrventil 105 berechnet.
Somit ist es mit einer solchen Steuerschaltung möglich,
Kriechbewegungen des Arbeitszylinders durch das absolut
leckölfreie Sperren des Sperrventils zu vermeiden und
gleichzeitig sowohl beim Einfahren als auch beim Aus fahren
eines Arbeitszylinders eine proportionale Ansteuerung aus
zuführen.
Die Erfindung bezieht sich somit beim ersten und zwei
ten Ausführungsbeispiel auf ein vorgesteuertes Sperrventil
mit einem Hauptkolben, der sich mit einer Sitzkante in An
lage befinden kann und der eine radiale Ausnehmung und eine
axiale Ausnehmung aufweist, einem im Hauptkolben bewegli
chen Steuerkolben, der eine erste Steuerkante aufweist, die
in Richtung des Kolbenendes des Hauptkolbens weist, und
einem im Steuerkolben angeordneten Stößel, durch den der
Steuerkolben bewegbar ist. Vorzugsweise sind zur ersten
Steuerkante benachbart ein Steuerbund und eine zweite Steu
erkante ausgebildet. Die Vorsteuerung des Sperrventils er
folgt über das Freilegen und Verdecken der Querschnittsflä
chen der axialen Ausnehmung und der radialen Ausnehmung
über die erste Steuerkante, die zweite Steuerkante, den
Steuerbund bzw. über einen Vorsteuerkegel am Stößel, wobei
durch diese Vorsteuerung bedingt eine Fluidströmung über
die axiale Ausnehmung und die radiale Ausnehmung im Haupt
kolben hervorgerufen werden kann und/oder der Hauptkolben
zur Sitzkante in Abstand gebracht werden kann.
Ein vorgesteuertes Sperrventil entsprechend der vorlie
genden Erfindung weist demzufolge in einem Hauptkolben ein
Vorsteuerelement auf, über das das Verhältnis des hydrauli
schen Widerstandes einer ersten Düseneinrichtung im Haupt
kolben zum hydraulischen Widerstand einer zweiten Düsenein
richtung im Hauptkolben veränderbar ist. Dabei steht die
erste Düseneinrichtung mit einem Anschluß in Verbindung, an
dem sich vorzugsweise eine Pumpe befindet, und die zweite
Düseneinrichtung mit einem Anschluß in Verbindung, an dem
sich vorzugsweise ein Arbeitszylinder eine Verbrauchers be
findet. Über eine entsprechende Ansteuerung des Vorsteuer
elementes ist durch eine Änderung des Verhältnisses der hy
draulischen Widerstände ein langsames und schnelles Ausfah
ren und ein langsames und schnelles Einfahren des Arbeits
zylinders möglich.
Claims (26)
1. Vorgesteuertes Sperrventil (105; 305; 405; 505), das aufweist:
einen Hauptkolben (120; 320; 420; 520), über den eine Verbindung zwischen einem ersten Anschluß (A) und einem mit einem hy draulischen Verbraucher verbindbaren, zweiten Anschluß (B) aufsteuerbar ist und der an einer ersten Fläche (124a) vom ersten Anschluß (A) herrschenden Druck und an einer ringför migen, zweiten Fläche (125) vom Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers in Öffnungsrichtung und von einem in einem rückwärtigen Steuerraum (135; 335; 435; 535) herrschenden Steuer druck in Schließrichtung beaufschlagbar ist,
ein Vorsteuerelement (130,140; 130, 240; 340; 440; 540), das bezüg lich des Hauptkolbens (120; 320; 420; 520) koaxial bewegbar ist,
eine im Hauptkolben (120; 320; 420; 520) vorgesehene erste Düsen einrichtung (122; 122, 471; 122, 524, 543), über die der rückwärtige Steuerraum (135; 335; 435; 535) mit dem ersten Anschluß (A) ver bindbar ist,
eine im Hauptkolben (120; 320; 420; 520) vorgesehene zweite Dü seneinrichtung (123), über die der rückwärtige Steuerraum (135; 335; 435; 535) mit dem zweiten Anschluß (B) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Ausgangsstellung des Vorsteuerelements (130, 140; 130, 240; 340; 440; 540), in der die erste Düseneinrich tung verschlossen und die zweite Düseneinrichtung offen ist, für einen Druckmittelfluß vom ersten Anschluß (A) zum zweiten Anschluß (B) die erste Düseneinrichtung durch einen Anfangshub des Vorsteuerelements (130,140; 130, 240; 340; 440; 540) in eine erste Betätigungsposition geöffnet wird, wobei ein solches Verhältnis des hydraulischen Widerstandes der er sten Düseneinrichtung (122; 122, 471; 122, 524, 543) zum hydrauli schen Widerstand der zweiten Düseneinrichtung (123) einge stellt wird, daß der sich einstellende Steuerdruck den Hauptkolben (120; 320; 420; 520) geschlossen hält, und daß beim weiteren Hub des Vorsteuerelements (130, 140; 130, 240; 340; 440; 540) über die erste Betätigungsposition hinaus das Verhält nis des hydraulischen Widerstandes der ersten Düseneinrich tung zum hydraulischen Widerstand der zweiten Düseneinrich tung größer wird.
einen Hauptkolben (120; 320; 420; 520), über den eine Verbindung zwischen einem ersten Anschluß (A) und einem mit einem hy draulischen Verbraucher verbindbaren, zweiten Anschluß (B) aufsteuerbar ist und der an einer ersten Fläche (124a) vom ersten Anschluß (A) herrschenden Druck und an einer ringför migen, zweiten Fläche (125) vom Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers in Öffnungsrichtung und von einem in einem rückwärtigen Steuerraum (135; 335; 435; 535) herrschenden Steuer druck in Schließrichtung beaufschlagbar ist,
ein Vorsteuerelement (130,140; 130, 240; 340; 440; 540), das bezüg lich des Hauptkolbens (120; 320; 420; 520) koaxial bewegbar ist,
eine im Hauptkolben (120; 320; 420; 520) vorgesehene erste Düsen einrichtung (122; 122, 471; 122, 524, 543), über die der rückwärtige Steuerraum (135; 335; 435; 535) mit dem ersten Anschluß (A) ver bindbar ist,
eine im Hauptkolben (120; 320; 420; 520) vorgesehene zweite Dü seneinrichtung (123), über die der rückwärtige Steuerraum (135; 335; 435; 535) mit dem zweiten Anschluß (B) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Ausgangsstellung des Vorsteuerelements (130, 140; 130, 240; 340; 440; 540), in der die erste Düseneinrich tung verschlossen und die zweite Düseneinrichtung offen ist, für einen Druckmittelfluß vom ersten Anschluß (A) zum zweiten Anschluß (B) die erste Düseneinrichtung durch einen Anfangshub des Vorsteuerelements (130,140; 130, 240; 340; 440; 540) in eine erste Betätigungsposition geöffnet wird, wobei ein solches Verhältnis des hydraulischen Widerstandes der er sten Düseneinrichtung (122; 122, 471; 122, 524, 543) zum hydrauli schen Widerstand der zweiten Düseneinrichtung (123) einge stellt wird, daß der sich einstellende Steuerdruck den Hauptkolben (120; 320; 420; 520) geschlossen hält, und daß beim weiteren Hub des Vorsteuerelements (130, 140; 130, 240; 340; 440; 540) über die erste Betätigungsposition hinaus das Verhält nis des hydraulischen Widerstandes der ersten Düseneinrich tung zum hydraulischen Widerstand der zweiten Düseneinrich tung größer wird.
2. Vorgesteuertes Sperrventil (105) nach Anspruch 1,
wobei das Vorsteuerelement einen Steuerkolben (130) auf weist, die erste Düseneinrichtung eine erste Ausnehmung (122) aufweist und die zweite Düseneinrichtung eine zweite Ausnehmung (123) aufweist, und
wobei das Sperrventil (105) eine Steuereinrichtung (133, 134) am Steuerkolben (130) aufweist, über die ein Öffnungsquer schnitt zwischen dem rückwärtigen Steuerraum und der zwei ten Ausnehmung (123) stetig verstellbar ist.
wobei das Vorsteuerelement einen Steuerkolben (130) auf weist, die erste Düseneinrichtung eine erste Ausnehmung (122) aufweist und die zweite Düseneinrichtung eine zweite Ausnehmung (123) aufweist, und
wobei das Sperrventil (105) eine Steuereinrichtung (133, 134) am Steuerkolben (130) aufweist, über die ein Öffnungsquer schnitt zwischen dem rückwärtigen Steuerraum und der zwei ten Ausnehmung (123) stetig verstellbar ist.
3. Sperrventil nach Anspruch 2, wobei
die Steuereinrichtung eine erste Steuerkante (134) aufweist,
über die bei Ansteuerung des Steuerkolbens (130) die zweite
Ausnehmung (123) stetig aufsteuerbar ist.
4. Sperrventil nach Anspruch 3, wobei
in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen und die zweite Ausnehmung (123) verschlossen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen ist und sich der Öffnungs querschnitt der zweiten Ausnehmung (123) über die erste Steuerkante (134) vergrößert, bis eine zweite Betätigungspo sition des Steuerkolbens (130) erreicht ist, und
bei weiterer stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) von der zweiten Betätigungsposition aus der Hauptkolben (120) der Bewegung des Steuerkolbens (130) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils ent fernt.
in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen und die zweite Ausnehmung (123) verschlossen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen ist und sich der Öffnungs querschnitt der zweiten Ausnehmung (123) über die erste Steuerkante (134) vergrößert, bis eine zweite Betätigungspo sition des Steuerkolbens (130) erreicht ist, und
bei weiterer stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) von der zweiten Betätigungsposition aus der Hauptkolben (120) der Bewegung des Steuerkolbens (130) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils ent fernt.
5. Vorgesteuertes Sperrventil (105) nach Anspruch 3, wobei
das Vorsteuerelement einen Stößel (140) aufweist, der ko
axial zum Steuerkolben (130) vorgesehen ist, durch den die
erste Ausnehmung (122) verschließbar ist,
wobei die erste Ausnehmung (122) im Hauptkolben (120) als Axialbohrung ausgebildet ist und die zweite Ausnehmung (123) im Hauptkolben (120) als Radialbohrung ausgebildet ist, und
wobei die erste Steuerkante (134) als Umfangskante einer Ra dialschulter des Steuerkolbens (130) ausgeführt ist.
wobei die erste Ausnehmung (122) im Hauptkolben (120) als Axialbohrung ausgebildet ist und die zweite Ausnehmung (123) im Hauptkolben (120) als Radialbohrung ausgebildet ist, und
wobei die erste Steuerkante (134) als Umfangskante einer Ra dialschulter des Steuerkolbens (130) ausgeführt ist.
6. Sperrventil nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung
eine zweite Steuerkante (133) aufweist, über die bei Axial
bewegung des Stößels (140) zur Öffnung der ersten Ausnehmung
(122) die zweite Ausnehmung (123) kontinuierlich zusteuerbar
ist, wobei die zweite Steuerkante (133) in Öffnungsrichtung
des Stößels axial hinter der ersten Steuerkante (134) ange
ordnet ist.
7. Sperrventil nach Anspruch 6, wobei am Steuerkolben (130)
zwischen der ersten Steuerkante (134) und der zweiten Steu
erkante (133) ein Steuerbund (132) vorgesehen ist, durch den
die zweite Ausnehmung (123) vollständig verschließbar ist.
8. Sperrventil nach Anspruch 7, wobei der Stößel (140) einen
Vorsteuerkegel (141) aufweist, über den die erste Ausnehmung
(122) im Hauptkolben (120) verschließbar ist.
9. Sperrventil nach Anspruch 1, wobei die erste Düsenein
richtung eine erste Ausnehmung (122) aufweist, die zweite
Düseneinrichtung eine Festdüse in Form einer zweiten Aus
nehmung (123) ist und das Vorsteuerelement ein Stößel (340;
440; 540) ist, durch den die erste Ausnehmung (122) ver
schließbar ist.
10. Sperrventil (305; 405; 505) nach Anspruch 9, wobei
die erste Ausnehmung (122) im Hauptkolben (320; 420; 520) als
Axialbohrung ausgebildet ist und die zweite Ausnehmung (123)
im Hauptkolben (320; 420; 520) als Radialbohrung ausgebildet
ist.
11. Sperrventil nach Anspruch 5, 6, 7, 9 oder 10, wobei der
Stößel (240; 340) einen Fortsatz (241; 341) mit einem ersten Ke
gelabschnitt (242; 342), dessen Grundfläche mit dem Zylinder
abschnitt des Stößels (240; 340) verbunden ist, und mit einem
zweiten Kegelabschnitt (243; 343), dessen Spitze über einen
ersten Zylinderabschnitt (244; 344) mit der Spitze des ersten
Kegelabschnitts (242; 342) verbunden ist, aufweist, wobei die
erste Ausnehmung (122) durch den Fortsatz (241; 341) ver
schließbar ist.
12. Sperrventil nach Anspruch 11, wobei an der Grundfläche
des zweiten Kegelabschnitts (243; 343) ein zweiter Zylinderab
schnitt (245; 345) ausgebildet ist, dessen Durchmesser nicht
größer als der Durchmesser der ersten Ausnehmung (122) ist.
13. Sperrventil nach Anspruch 12, wobei am zweiten Zylin
derabschnitt (245; 345) ein angefaster Abschnitt (246; 346) aus
gebildet ist.
14. Sperrventil nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 11
bis 13, wenn diese von Anspruch 2 abhängen, wobei
in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen und die zweite Ausnehmung (123) verschlossen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Ausnehmung (122) verringert und sich der Öffnungsquerschnitt der zweiten Ausnehmung (123) über die erste Steuerkante (134) vergrößert, bis eine zweite Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) erreicht ist, und
der Hauptkolben (120) bei weiterer stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) von der zweiten Betätigungsposition aus der Bewegung des Steuerkolbens (130) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils ent fernt.
in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) die erste Ausnehmung (122) offen und die zweite Ausnehmung (123) verschlossen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Ausnehmung (122) verringert und sich der Öffnungsquerschnitt der zweiten Ausnehmung (123) über die erste Steuerkante (134) vergrößert, bis eine zweite Betätigungsposition des Steuerkolbens (130) erreicht ist, und
der Hauptkolben (120) bei weiterer stetiger Bewegung des Steuerkolbens (130) von der zweiten Betätigungsposition aus der Bewegung des Steuerkolbens (130) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils ent fernt.
15. Sperrventil nach Anspruch 9 oder 10, das ein Einsatz
element (470) aufweist, das zwischen dem Hauptkolben (420)
und dem Stößel (440) vorgesehen, bezüglich diesen koaxial
angeordnet ist und mit dem Hauptkolben (420) mechanisch ver
bunden oder einstückig ausgebildet ist,
wobei die erste Düseneinrichtung eine dritte Ausnehmung (471) aufweist, die in Längsrichtung des Einsatzelement (470) mittig vorgesehen ist,
wobei der Stößel (440) einen Fortsatz (441) mit einem ersten Kegelabschnitt (442), dessen Grundfläche mit der Grundfläche eines zweiten Kegelabschnitts (443) verbunden ist, dessen Spitze wiederum mit einem Zylinderabschnitt (440a) des Stößels (440) verbunden ist, aufweist,
wobei die erste Ausnehmung (122) und die dritte Ausnehmung (471) durch den Fortsatz (441) in Abhängigkeit von der Rela tivposition des Fortsatzes (441) bezüglich der jeweiligen Ausnehmung verschließbar sind.
wobei die erste Düseneinrichtung eine dritte Ausnehmung (471) aufweist, die in Längsrichtung des Einsatzelement (470) mittig vorgesehen ist,
wobei der Stößel (440) einen Fortsatz (441) mit einem ersten Kegelabschnitt (442), dessen Grundfläche mit der Grundfläche eines zweiten Kegelabschnitts (443) verbunden ist, dessen Spitze wiederum mit einem Zylinderabschnitt (440a) des Stößels (440) verbunden ist, aufweist,
wobei die erste Ausnehmung (122) und die dritte Ausnehmung (471) durch den Fortsatz (441) in Abhängigkeit von der Rela tivposition des Fortsatzes (441) bezüglich der jeweiligen Ausnehmung verschließbar sind.
16. Sperrventil nach Anspruch 15,
wobei die Grundfläche des ersten Kegelabschnitts (442) mit der Grundfläche des zweiten Kegelabschnitts (443) über einen ersten Zylinderabschnitt (445), dessen Durchmesser nicht größer als der Durchmesser der dritten Ausnehmung (471) ist, verbunden ist, und
wobei die Spitze des zweiten Kegelabschnitts (443) mit einem Zylinderabschnitt (440a) des Stößels (440) über einen zweiten Zylinderabschnitt (444) verbunden ist.
wobei die Grundfläche des ersten Kegelabschnitts (442) mit der Grundfläche des zweiten Kegelabschnitts (443) über einen ersten Zylinderabschnitt (445), dessen Durchmesser nicht größer als der Durchmesser der dritten Ausnehmung (471) ist, verbunden ist, und
wobei die Spitze des zweiten Kegelabschnitts (443) mit einem Zylinderabschnitt (440a) des Stößels (440) über einen zweiten Zylinderabschnitt (444) verbunden ist.
17. Sperrventil nach Anspruch 9 oder 10,
wobei der Stößel (540) einen Vorsteuerkegel (541) aufweist, über den die erste Ausnehmung (122) im Hauptkolben (520) ver schließbar ist,
wobei die erste Düseneinrichtung eine erste Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflussung, die sich am Außenumfang eines Zylinderabschnitts (543), der mit der Grundfläche des Vorsteuerkegels (541) verbunden ist, befindet, und eine zweite Einrichtung (524) zur Volumenstrombeeinflussung, die im Hauptkolben (520) koaxial zum Stößel (540) vorgesehen ist, aufweist, und
wobei über die Relativposition der ersten Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflussung und der zweiten Einrichtung (524) zur Volumenstrombeeinflussung ein Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Ausnehmung (122) und der zweiten Ausneh mung (123) einstellbar ist.
wobei der Stößel (540) einen Vorsteuerkegel (541) aufweist, über den die erste Ausnehmung (122) im Hauptkolben (520) ver schließbar ist,
wobei die erste Düseneinrichtung eine erste Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflussung, die sich am Außenumfang eines Zylinderabschnitts (543), der mit der Grundfläche des Vorsteuerkegels (541) verbunden ist, befindet, und eine zweite Einrichtung (524) zur Volumenstrombeeinflussung, die im Hauptkolben (520) koaxial zum Stößel (540) vorgesehen ist, aufweist, und
wobei über die Relativposition der ersten Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflussung und der zweiten Einrichtung (524) zur Volumenstrombeeinflussung ein Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Ausnehmung (122) und der zweiten Ausneh mung (123) einstellbar ist.
18. Sperrventil nach Anspruch 17,
wobei die erste Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflus sung Kerbabschnitte (543a, 543b, 543c, 543d) aufweist, die paar weise jeweils entgegengesetzt zueinander am Außenumfang des Zylinderabschnitts (543) in Längsrichtung des Stößels (540) vorgesehen sind,
wobei die zweite Einrichtung (524) zur Volumenstrombeein flussung eine ringförmige Steuerkante (524) aufweist, deren Radialabschnitt zur ersten Fläche (524a) des Hauptkolbens (520) weist.
wobei die erste Einrichtung (543) zur Volumenstrombeeinflus sung Kerbabschnitte (543a, 543b, 543c, 543d) aufweist, die paar weise jeweils entgegengesetzt zueinander am Außenumfang des Zylinderabschnitts (543) in Längsrichtung des Stößels (540) vorgesehen sind,
wobei die zweite Einrichtung (524) zur Volumenstrombeein flussung eine ringförmige Steuerkante (524) aufweist, deren Radialabschnitt zur ersten Fläche (524a) des Hauptkolbens (520) weist.
19. Sperrventil nach Anspruch 17,
wobei die zweite Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung Kerbabschnitte aufweist, die paarweise einander jeweils ge genüberliegend am Innenumfang einer zylinderförmigen Innen ausnehmung (535) im Hauptkolben (520), in der sich der Stößel (540) befindet, in Längsrichtung des Stößels (540) vorgesehen sind,
wobei die erste Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung eine ringförmige Steuerkante aufweist, die sich am Außenum fang des Zylinderabschnitts (543) befindet und deren Radial abschnitt bezüglich des Vorsteuerkegels (541) des Stößels (540) in entgegengesetzt liegende Richtung weist.
wobei die zweite Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung Kerbabschnitte aufweist, die paarweise einander jeweils ge genüberliegend am Innenumfang einer zylinderförmigen Innen ausnehmung (535) im Hauptkolben (520), in der sich der Stößel (540) befindet, in Längsrichtung des Stößels (540) vorgesehen sind,
wobei die erste Einrichtung zur Volumenstrombeeinflussung eine ringförmige Steuerkante aufweist, die sich am Außenum fang des Zylinderabschnitts (543) befindet und deren Radial abschnitt bezüglich des Vorsteuerkegels (541) des Stößels (540) in entgegengesetzt liegende Richtung weist.
20. Sperrventil nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Kerbab
schnitte (543a, 543b, 543c, 543d) und/oder die ringförmige Steu
erkante (524) abgeschrägt sind.
21. Sperrventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wenn
diese von Anspruch 9 oder 10 abhängen, oder nach einem der
Ansprüche 15 bis 20, wobei
in der Ausgangsstellung des Stößels (340; 440; 540) die erste Düseneinrichtung verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Stößels (340; 440; 540) die erste Düseneinrichtung offen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Vorsteuerelements (340; 440; 540) sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Düsen einrichtung verringert, bis eine zweite Betätigungsposition des Stößels (340; 440; 540) erreicht ist, und
der Hauptkolben (320; 420; 520) bei weiterer stetiger Bewegung des Stößels (340; 440; 540) von der zweiten Betätigungsposition aus der Bewegung des Stößels (340; 440; 540) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils entfernt.
in der Ausgangsstellung des Stößels (340; 440; 540) die erste Düseneinrichtung verschlossen ist,
in der ersten Betätigungsposition des Stößels (340; 440; 540) die erste Düseneinrichtung offen ist,
bei nachfolgender stetiger Bewegung des Vorsteuerelements (340; 440; 540) sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Düsen einrichtung verringert, bis eine zweite Betätigungsposition des Stößels (340; 440; 540) erreicht ist, und
der Hauptkolben (320; 420; 520) bei weiterer stetiger Bewegung des Stößels (340; 440; 540) von der zweiten Betätigungsposition aus der Bewegung des Stößels (340; 440; 540) im wesentlichen folgt und sich von einer Sitzkante (162) des Sperrventils entfernt.
22. Sperrventil nach einem der Ansprüche 5 bis 21, wenn An
spruch 14 von Anspruch 5 abhängt, wobei der Stößel mit
einem Magnetanker (146) verbunden ist, der durch das Be
stromen einer Spulenwicklung (144) bezüglich einem Polrohr
(147) bewegbar ist, so daß der Stößel bezüglich dem Haupt
kolben (120) bewegbar ist.
23. Sperrventil nach Anspruch 22, wobei am Gehäuse des
Sperrventils zumindest ein Anschlag vorgesehen ist, mit dem
sich der Hauptkolben (120) durch eine Bewegung des Magnetan
kers (146) bedingt in Anlage befinden kann.
24. Sperrventil nach Anspruch 22 oder 23, wobei eine Vor
spannfeder (152) für den Hauptkolben (120) an einem am Pol
rohr (147) befestigten Federteller (151) abgestützt ist und
den Hauptkolben (120) gegen die Sitzkante (162) des Sperrven
tils vorspannt.
25. Sperrventil nach Anspruch 24, wenn dieser von Anspruch
5 abhängt, wobei eine Vorspannfeder (153) für den Steuerkol
ben (130) am Federteller (151) abgestützt ist und den Steuer
kolben (130) gegen einen Haltering (143) am Stößel (140) vor
spannt.
26. Sperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das zur Steuerung des Hubwerks eines Traktors verwendbar
ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19755120A DE19755120A1 (de) | 1997-02-27 | 1997-12-11 | Vorgesteuertes Sperrventil |
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EP98905258A EP0963518A1 (de) | 1997-02-27 | 1998-01-13 | Vorgesteuertes sperrventil |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=7821737
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19755120A Withdrawn DE19755120A1 (de) | 1997-02-27 | 1997-12-11 | Vorgesteuertes Sperrventil |
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DE (1) | DE19755120A1 (de) |
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