DE2018243A1

DE2018243A1 - Hydraulische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE2018243A1
Application number: DE19702018243
Authority: DE
Inventors: Leo Hayden Columbus Ohio Weese William Frederick Lawndale Cahf Dillon, (V St A ) P
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1970-04-16
Publication date: 1971-02-25
Also published as: GB1304620A; US3578018A

Description

Die Erfindung bezieht sioh auf eine hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere auf ein Steuerventil zur Verwendung in einem hydraulischen System, um einen Druckanstieg oder eine Anstiegsgesobwindigkeit in dem System daran zu hindern, einen bestimmten Maximalwert zu übersteigen. Die Erfindung ist besonders anwendbar als Pilotanlage in Verbindung mit der zweiten Stufe eines zweistufigen Entlastungsventils, um zu verhindern, daß Druckanstiege einen bestimmten Wert überschreiten. Sie kann auch dazu verwandt werden, die Druckanstiegsgeschwindigkeit zu beschränken oder zu begrenzen, ohne die Maximaldruokbegrenzungsfunktion von Entlastungsventilen zu besitzen.

In vielen hydraulisoben Anlagen besteht die Hotwendigkeit, eine Steuervorrichtung zu verwenden, um mo-

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meηtaue oder kurzzeitige Druckspitzen, welche auf Stoßbelastung des Systems zurückzuführen sind, zu glätten oder zu eliminieren, Solche plötzlichen Sruokepitzen können darauf zurückzuführen sein, daß ein Kolben oder ein Plunger in einem Zylinder gegen den Boden des Zylinders läuft, eine hydraulische leitung verstopft ist oder eine hydraulisch betätigte Maschine meohanisob einer Stoßbelastung ausgesetzt ist. Immer wenn derartige Bedingungen eintreten, entsteht ein plötzlicher Druckanstieg in dem hydraulischen System. Wenn die Anstiegsgesobwindigkeit des Druckanstiegs plijbzliob erfolgt und möglicherweise sobneller als irgendein Teil der Sicherheitsvorrichtung, beispielsweise ein Oberdruckventil arbeiten kann, dann können eobwere Zerstörungen die Folge sein.

Um diese Nachteile zu beseitigen, wird eine bydraulisobe Steuervorrichtung vorgesoblagen, die einen Ventilkolben umfaßt, der in einer Hoobdruokzone angeordnet ist W und mit geringem Druok in einer Stellung gebalten wird, in der ein Versoblußteil, welches an dem Kolben angeorndet ist, eine Leitung zwischen der Hoobdruokzone und einer Niederdruokzone verschließt, wobei der Kolben mit einem verengten Durchlaß zwischen seinen beiden Oberflächen versehen ist, so daß unter stetigen Bedingungen die Drücke auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens ausgeglichen sind, bei einer bestimmten Anstiegsgescbwindigkeit des Druokes

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über einen bestimmten Gesohwindigkeltswert binaus die Druckdifferenz an den gegenüberliegenden Fläohen des Kolbens zufolge dea verengten Durchlasses derart ist, daß der Kolben sich bewegt und die Leitung zwischen der Hoch- und der Niederdruokzone freigibt, so daß Druckflüssigkeit abstrusen kann.

Torzugsweise sind die fläoben auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens geringfügig verschieden, damit ein kleiner Druck vorbanden ist, der den Kolben in seiner geschlossenen Stellung zu halten versuoht. Dies erreiobt man am besten dadurob, daß der Tersoblußsitz so ausgestaltet ist, daS ein Teil seiner Fläche sich auf niedrigem Druck befindet.

Das Druckanstiegsbegrenmungsventil kann vorteilhaft als Pilotventil verwandt werden, so daß, wenn es eich Offnet, es einen Druckabfall an de« Hauptventil hervorruft, so daß dieses sich in die geöffnete Stellung bewegt und dadurob Hoobdruokmediu« in den Torratetank ableitet. Es kann ferner dazu benutzt werden, die Geschwindigkeit des Offnens eines Tentils, beispielsweise eines Entlastungsventile, zu verbessern, falls eine plötzliohe Druckwelle auftritt.

Die Arbeitsweise des Tentils wird im gewissen Umfang von der Größe der Kammer hinter dem Kolben bestimmt oder mit anderen Worten, die Kammer, die duroh das

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Kolbenventil verschlossen wird und deren einzige Verbindung mit der Hoohdruokeeite über den verengten Durchlaß besteht. Im Betrieb düttokt der Druck den Kolben in die geöffnete Stellung immer dann, wenn der Eingangsdruok zum Ventil ansteigt oder mit einer großen Geschwindigkeit zunimmt und damit jenen Druck übersteigt, welcher den Kolben in der geschlossenen Stellung zu halten bestrebt ist, weil der Druck sich nioht sofort durch den im Quer schnitt verringerten Durohlaß ausgleichen kann, der die beiden Kolbenkammern verbindet. Der Kolben bewegt siob, und durch diese Bewegung des Kolbens wird ein Druckausgleich erreiobt und das angesoblossene Ventil öffnet dann, so daß Druckmittel abgeleitet werden oder in einen Vorratsbehälter fließen kann, wodurob der ansteigende Druok begrenzt wird. Die Entfernung, über die siob der Kolben in einem solchen Fall bewegt, hängt von der Kompressibilität des Mediums und dem Flüssigkeitsvolumen, welches zu komprimieren ist, ab.

" In einer bevorzugten Ausgestaltungsform wird der

Steuerdruck für das den Druckanstieg begrenzende Ventil von der Steuerkammer einer zweiten Stufe eines Entlastungsventil abgeleitet. Bei dieser Ausgestaltung bewirkt das Offnen eines den Druokanstieg begrenzenden Ventile ein öffnen des Ventils der zweiten Stufe, so daß das einströmende Druckmittel abgeleitet wird. Auf diese Weise werden

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größere Mengen Druckmittel abgeleitet als eine Pilotstufe es könnte, wenn keine zweite Ventilstufe vorbanden wäre, und außerdem wird die Anspreobgesobwindigkeit ganz erbebliob verbessert.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie eine druokunempfindliohe Charakteristik besitzt, so daß es möglich ist, Druckveränderungen, festzustellen bei irgendeinem Ausgangsdruok und folglich kein Minimalausgangsdruck erforderlioh ist, mit anderen Worten, das Ventil sprioht auf DruokverStärkungen an, unabhängig von dem Druok, bei welchem die Verstärkung, die zu regeln ist, ausgelöst wurde, lediglich aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Fluidums.

Ein weiterer Vorteil des Ventils ist die Leichtigkeit, mit der es justiert werden kann. Besonders die Einstellung der Änderungsgesobwindigkeit, die erforderlich ist, die Tätigkeit des Ventils auszulösen, läßt sich sehr einfach dadurch variieren, daß man die Größe der Flüssigkeitskammer auf der geschlossenen Seite des Kolbens verändert. Je größer diese Kammer ist, umso mehr eingeschlossene Flüssigkeit ist enthalten, und da idle flüssigkeit leiobt kompressiv ist, wird sie umso leiohter in die geöffnete Stellung gebraoht. Aufgrund dieser Charakteristik kann die Einstellung des Ventils durch einen einfachen Stopfen erfolgen, der sich in die Kammer auf der gesohlos-

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senen Seite des Kolbens bineinerstreokt. Ein Hineinbewegen des Stopfens in die Kammer verringert das Kammervolumen und so wird die Verstärkungsgesobwindigkeit, die erforderlich ist, das Ventil auszulösen, erhöbt. Umgekehrt, bewegt man den Stopfen aus der Kammer heraus, wird die Einstellung der GeschwindigkeitsverStärkung am Ventil verringert.

Ein weiterer Vorteil ist der, daß das Ventil afar leicht mit einem zweistufigen Entlastungeventil zusammen verwandt werden kann, so daß man große Mengen von Fluidum bewältigen kann sowohl als Überdruckventil oder Entlastungsventil als auch als Steuerventil für die Verstärkungsgesobwindigkeit in einem großen hydraulischen Apparat. Das Ventil ist sehr gut dafür geeignet, als Standardeinriobtung ausgestaltet zu werden, die zusammen mit einem bestehenden Typenbereioh von Ventilen ohne Schwierigkeiten verwandt werden kann.

Die Erfindung wird nun anband von Ausfübrungsbeispielen, die in der Zeiobnung dargestellt sind, näher erläutert.

In der Zeiobnung stellen dar:

Fig. 1 eine schematisobe Darstellung einer hydraulischen Vorrichtung in Verbindung mit der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durob die hydraulische Steuervorrichtung durob das Pilotsteuer-

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ventil für die Steuerung der Geschwindigkeit des Druckanstiege und durob die zweite Stufe eines zweistufigen Überdruckventils, Fig. 3 einen Querschnitt duroh eine Kombination eines Pilotventile zur Steuerung der Geschwindigkeit des Druokanstiegs und durob die zweite Stufe eines Ventils ähnlich dem der Fig. 2 und

Fig. 4 in einer Graphik den Druckverlauf eines hydraulischen Systems mit und ohne die erfindungsgemäSe Steuervorrichtung·

In Fig. 1 ist soheaatisoh ein hydraulisches Systen dargestellt, welches die erfindungsgemäöe Vorrichtung enthält. Es handelt sich hierbei nur üb ein Beispiel einer Anwendung, und die erfindungegemäße Vorrichtung kann in vielen verschiedenen Weisen in hydraulischen Systemen Anwendung finden.

Das System nach Fig. 1 besteht aus einer hydraulischen Pumpe 1, die ein hydraulisches Fluidum unter Druck über hydraulische Leitungen 2, 3 und 4 zu gegenüberliegenden Seiten eines hydraulischen Motors 5 leitet. Das hydraulische Fluidum, welches duroh diese leitungen bindurobströmt, passiert ein überdruckventil 9 und ein von Hand zu betätigendes Vierwegeventil 6. Fluidumsdruck aus dem Motor strömt in den Tank 8 über eine Leitung 7 und das Vierwegeventil 6.

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Das Ventil 9 wird durch ein druokmittelbetätigtes Pilotventil 10 gesteuert, das wiederum mit der Druckseite der Pumpe 1 über die leitungen 11 und 12 verbunden ist.

Das hydraulische System, welobes oben beschrieben ist, verwendet handelsübliche Teile, die in herkömmlicher Weise verwandt werden. Im Betrieb fördert die Pumpe 1 des Systems hydraulische Flüssigkeit durob das Ventil 9 * und das Ventil 6 zu einer Seite eines hydraulischen Motors 5* Die hydraulische Flüssigkeit auf der anderen Seite des Motors wird zu einem Vorratstank 8 über das Vierwegeventil 6 zurtiokgeleitet. Die Strömungericbtung zum Motor wird duroh die Sohaltstellung des Vierwegeventils 6 bestimmt. Falls der hydraulische Druck an dem Überdruckventil 9 einen bestimmten voreingestellten Wert überschreitet, veranlaßt das Pilotventil 10 das Ventil 9 zum öffnen, und hydraulische Flüssigkeit wird an den Tank 8 zurückgeführt, | so daB eine Entlastung dieser Eoobdruoksltuation eintritt.

Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung besteht in einem Ventil 15, das eine Druckanstiegsgesobwindigkeit steuert und das in einem hydraulischen Kreis gemäS Fig. 1 als erstes Pilotsteuerventil parallel mit dem Druoksteuerpilotventil 10 zur Steuerung des Ventils 9 verwandt wird. Damit 1st nur ein Anwendungsbeispiel der Steuerung der Druokanstiegsgescbwindigkeit gegeben, jedoch bandelt es

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siob hierbei um eine reobt typische Anwendung, obwohl bei anderen Anwendungen das Yentil zur Steuerung der Druokanstiegsgesobwindigkeit allein oder zusammen mit einem Überdruckventil aucb benutzt werden kann.

Zur Veransohauliobung der Bedingungen, die reobt häufig auftreten und bei denen ein Yentil zur Steuerung der Druckanstiegsgesohwindigkeit gemäß der Erfindung zur Entlastung verwendet wird, soll angenommen werden, daß der Kolben 16 des hydraulischen Motors 5 gegen den Boden des Zylinders 17 des Motors läuft. Wenn das stattfindet, bat die Flüssigkeit, die von der Pumpe 1 geliefert wird, keinen Platz, wo sie hineinströmen soll, bis sich das Überdruckventil 9 öffnet und durch Abführung von Druckflüssigkeit über das Yentil 9 zum Tank 8 eine Entlastung erzeugt. In den meisten Fällen, wenn nur Überdruckventile zur Druckentlastung oder zur Begrenzung der Druckspitze in einem System verwandt werden, erreicht der Druck momentan Spitzenwerte, die oberhalb der Einstellung des Überdruckventils, wie in Fig. 4 gezeigt, liegen, was auf die verhältnismäßig langsame öffnungsobarakteristik der meisten Überdruckventile zurückzuführen ist. Wenn jedoch die Merkmale der Begrenzung der Druokanstiegsgesohwindigkeit einem Überdruckventil zugeordnet werden, werden diese Spitzen eliminiert durch die elastische Wirkung, die durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 wiedergegeben ist.

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Der Zweok der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuerventils oder in der Anwendung gemäß fig. 1 eines Pilotventils zur Steuerung der Druckeaetiegagesobwindigkeit, durob das der Druok in dem System der in Fig. 4 gestrichelt gezeichneten Linie folgt. Mit anderen Worten, das Ventil 15 zur Steuerung der Druckenstiegsgesohwindigkett öffnet sich und veranlaßt das Ventil 9, sich fast sofort beim Auftreten eines Druckanstiegs ebenfalls zu öffnen. Auf diese Weise wird dieser Druckanstieg abgefangen, und zwar für eine Zeitspanne, bis das langsamer auf Druck ansprechende Pilotventil 10 Zeit hat, auf den Druok anzusprechen, auf welchen es eingestellt ist. Dann öffnet das Pilotventil 10 und hält das Ventil 9 der zweiten Stufe so lange offen, solange überhöhter Druok herrscht.

Das Ventil 9 und das den Druok steuernde Pilotventil 10 sind handelsübliche Elemente. Sie sind vollständig ) in der amerikanischen Patentschrift 2 580 128 beschrieben.

Wie aus Fig. 2 hervorgebt, umfaßt das Ventil 9 ein Gehäuse 21 mit einer zentrisoben Bohrung 22, einer Querbobrung 23 und einer vertikalen leitung 24, die eine Verlängerung der Bohrung 22 darstellt. Die anderen Enden der Bohrungen 23 und der leitung 24 sind wie bei 25 mit Gewinde versehen, damit das Ventil 9 in einem hydraulisoben System angeschlossen werden kann, wobei die Bohrung 23

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mit der Druokseite dee hydraulischen Systeme verbunden let, während die leitung 24 mit dem Tank 8 verbunden 1st. Das Gehäuse 21 1st ferner alt einer zweiten seitlichen leitung

26 versehen, die an Ihrem Gebäuseende durob einen Stopfen

27 verschlossen ist. Die Leitung 26 steht mit einer im Durchmesser verringerten Leitung 28, die vertikal verläuft, In Verbindung und die siob bis sum oberen Ende des Gehäuses erstreokt, weiter durch das Gehäuse 29 des Verstärkungssteuerventils 15 und lh eine vertikale Leitung 30 verringerter Quersobnlttsflache übergeht, welohe im Gehäuse 31 des Pilotventils gebildet ist. Das Gehäuse 29 des Steuerventils ist oben auf dem Ventil 9 vermittels geeigneter Befestigungsmittel befestigt,und die Kappe oder das Gehäuse 31 des Druoksteuerpllotventlls 10 ist wiederum auf dem oberen Ende des Pilotventils 15 durob geeignete MIttel befestigt. Auf dfese Weise bilden die beiden Pllotventlle 10 und 15 und das Ventil 9 eine einheitliche kompakte Anordnung für hydraulische Systeme. Das Gehäuse 29 des Steuerventils 15 besitzt eine flache Bodenwand 32, die das obere Ende der Bohrung 22 abschließt, wenn dls Gehäuse 29 auf dem Gehäuse 21 befestigt i£. Die Leitung 30 steht an ihrem oberen Ende eit einer Bohrung 33 in Verbindung, die sich quer durch das Gehäuse 31 erstreokt. Diese Bohrung ist ferner mit einer weiteren vertikalen Leitung 34 in Verbindung, die sich durch das Gehäuse 29 erstreckt

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und zur Aobse der Bohrung 22 koaxial verläuft. Ehe das Gehäuse 31 und das Gehäuse 29 mit dem Gehäuse 21 zur Herstellung der Ventilanordnung verbunden werden, wird ein Ventilsitzeinsatz 35 in die Bohrung 22 gepreßt, der eine Sobulter zwischen dem unteren Ende der Bohrung 22 und der leitung 24 erfaSt. Um ein Entweichen von Fluidum aus der Bohrung 22, die eine Kammer in dem Gehäuse 21 bildet, zu ■ verhindern, ist ein Rückschlagventil 36 vorgesehen, wel-) ohes mit dem Ventilsitz 35 zusammenwirkt. Dieses Rückschlagventil bildet einen !Teil eines Kolbens 37, der gleitbar in der Bohrung 22 oberhalb der Querbohrung 23 angeordnet ist. Der Kolben 37 unterteilt die Bohrung 22 in einen oberen und einen unteren Absobnitt, wobei der untere Abschnitt dauernd mit der Hoobdruokseite des hydraulischen Systems über die Bohrung 23 in Verbindung steht. Der Kolben 37 ist mit einer Axialbohrung 38 verseben, in der gleitbar ein Ausgleichskolben 40 angeordnet ist, der in seinem Durchmesser etwas geringer ist als die öffnung 41 in dem Ventilsitz 35« Der Ausgleichskolben 40 besitzt einen kleinen Flansch 42, der vom oberen Ende nach außen weist und mit einer Nut bei 43 verseben ist, die zur Aufnahme eines O-Ringes 44 dient. Die Nut ist so auf einer Seite angeordnet, daß der Ring unter normalen Bedingungen ein kurzes Stück über den Kolben hinausragt. Der Kolben 40 als auch der Kolben 37 sind mit inneren

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Ausnehmungen zur Aufnahme einer Schraubenfeder 45 versehen, die versucht, den Ausgleichskolben mit der Bodenwand 32 des Gehäuses 29 und das Ventil 36 in Berührung mit dem Ventilsitz 35 zu halten. Der Kolben 37 besitzt eine zentrisobe Bohrung 46, die eine Verbindung zwischen der Leitung 34 des Gehäuses 29 und der Leitung 24 herstellt. Zwischen den Leitungen 30 und 34 in dem Gehäuse 31 liegt ein zweiter Ventilsitz 47 mit einer öffnung 48. Der Ventilsitz 47 wird von einem kegelförmigen Ventil 50 erfaßt, das durch eine Schraubenfeder 51 gegen den Sitz gedrückt wird. Die Feder liegt zwischen dem Ventil 50 und einem Federauflager 53, das wiederum durch eine Justierschraube 54 beaufschlagt ist. Wenn das Ventil 50 den Sitz 57 erfaßt, ist die Verbindung zwischen denLeitungen 30 und 34 unterbrochen. Das Gehäuse 31 ist mit einer weiteren Leitung 55 versehen, die von der Bohrung 33 ausgehend durch das Gehäuse 29 des Geschwindigkeitssteuerventils in die Kammer 22 führt. Diese Leitung stellt eine begrenzte Verbindung zwisohen dem Abschnitt der Kammer 22, die vom Ventilsitz abgelegen ist und der Bohrung 33 her zwisohen den Einmündungen der Leitungen 30 und 34. Die Bohrung 33 ist ferner mit einer Führung 58 versehen, die einen länglichen Kolben 60 gleitbar aufnimmt. DieserKolben ist mit einer Längsbohrung versehen, die an dem einen Ende in einer Querbohrung 61 einmündet. Die öffnungen stellen

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eine gedrosselte Verbindung zwisohen den Abschnitten der Bohrung 33 auf gegenüberliegenden Enden des Kolbens 60 und der Leitungen 28 und 30 sowie der öffnung in dem Kolben 60 und der Leitung 55 mit den Abschnitten, der Bohrung 22 auf gegenüberliegenden Enden des Kolbens 37 her. Wenn also Flüssigkeit unter Druck in die Bohrung 22 durch die Leitung 23 einströmt, wird ein Teil dieser

* Flüssigkeit in den Abschnitt der Bohrung 22 gelangen, die oberhalb des Kolbens liegt, wodurch dieser Flüssigkeitsdruck in dieser Kammer den Druck in dem Absohnitt der Bohrung am Ventilsitz ausgleioht. Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, solange das Ventil 50 auf dem Ventilsitz 47 gebalten wird und die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in dem System niedrig ist.

Aufgrund der dargestellten und beschriebenen Ausgestaltung ist der Fluidumsdruok in der Bohrung 33 zwischen dem Ventil 50 und dem Kolben 60 der gleiche wie der Druck

™ in dem hydraulischen System, wenn das Ventil 50 geschlossen bleibt. Der Druck in der Bohrung 33 auf der Seite des Sitzes 47ι auf dem das Ventil liegt, ist der des Tanks. Daraus ergibt sich, daß, wenn der Druok in dem System ansteigt, das Ventil 50 einem solohen Druok ausgesetzt ist und sich in dfe geöffnete Stellung gegen die Feder 51 bewegen will. Die Fläche des Ventils, die dem Druok ausgesetzt ist, ist gleioh der Fiäohe der öffnung 48 im Ventil-

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sitz 47. Diese Fläche ist etwas kleiner als die Quersobnittsfläobe des Kolbens 60. Zufolge der gedrosselten Verbindung zwisohen den gegenüberliegenden Enden des Kolbens wird dieser im wesentlichen dem gleichen Druck auf gegenüberliegenden Enden ausgesetzt sein, und es besteht keine Tendenz, daß der Kolben sich bewegt« solange ein solches Druokgleiobgewiobt herrscht. Es wurde gefunden, daß man wünschenswerte Ergebnisse sicherstellen kann, wenn das Verhältnis «wischen den Quersohnittsfläcben des Kolbens 60 und der öffnung 48 Io Sitz 47 im wesentlichen gleiob dem Verhältnis der Quersobnlttsfläobeη der öffnung 41 im Ventilsitz 35 und des Ausgleichskolben 40 ist.

Im Betrieb wird la der Bohrung 22 durch die Leitung 23 Druok eingeleitet. Ein Teil dieses Druckes wirkt über die Leitungen 28 und 30 über die Bobrungen 61 und 33 auf das obere Ende der Bohrung 22 auf den Kolben 37. In dem HaSe wie der Druok in de« Druckmittel ansteigt, nimmt die Kraft, die das Ventil 50 von Sitz 57 abzuheben versucht, zu. Ist die Kraft ausreichend, die Kraft der Feder 51 zu überwinden, beginnt Fluidura an dem Ventil 50 vorbeizustrb'men und durob die Leitung 34, das Innere des Kolbens 40 und 37 hindurch zur Auslaßleitung 24. Dieser Vorgang bewirkt eine Druckdifferenz auf den gegenüberliegenden Enden des Kolbens 60, die den Kolben 60 auf den Ventilsitz 47 zubewegt und dabei mit seinem Ende das

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Ventil 50 erfaßt und dieses weiter vom Ventilsitz 47 wegbewegt. Öffnet sich das Ventil 50 auf diese Weise, wird der Fluidumsdruok in der Bohrung 55 und in dem oberen Ende der Bohrung 22 begrenzt oder steigt nioht weiter an, wodurch eine Druckdifferenz auf gegenüberliegenden Enden des Kolbens 37 erzeugt wird und der höhere Druck auf dem unteren Ende des Kolbens herrscht. Der höhere Druck drückt den Kolben nach oben, so daß sich das

) Ventil 36 von seinem Sitz 35 abhebt und Druckmittel direkt aus der Bohrung 22 in die Auslaßleitung 24 fließen kann. Palis der Druckmittelbedarf des Systems steigt, kann der am Ventil 22 herrschende Druck unter den Druckwert abfallen, der erforderlich ist, das Ventil 50 geöffnet zu halten, so daß es sich jetzt schließt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraft des Fluidums, die auf das Ventil 50 wirkt, nicht mehr ausreichend, es gegen die Wirkung der Feder 51 zu halten, so daß sich das Ventil schließt

^ und den Abfluß von Fluidum aus dem oberen Ende der Bohrung 22 zur Auslaßleitung absperrt. Der Pluidumsdruck in diesem Bereich steigt dann schnell auf den des unteren Endes der Bohrung 22 an, und der Kolben 37 wird nach unten durch die Feder 45 gedruckt sowie durch den Fluidumsdruok, der sich zufolge der Pläcbendifferenz der oberen und der unteren Enden des Kolbens 37 ergibt. Wenn sich der Kolben 37 nach unten bewegt, tritt das Rtiokschlag-

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ventil 36 mit dem Sitz des Einsatzes 35 zusammen, so daß ein weiterer Abfluß von Druckmittel aus der Bohrung 22 verhindert wird.

Zusätzlich zu den vertikalen Leitungen 28, 34 und 55» die sich durch das Gehäuse 29 des Steuerventils 15 erstrecken, erstreckt sioh eine abgestufte Querbohrung 65 von einerSeite aus in das Gehäuse 29 hinein und durchdringt die vertikalen leitungen 34 und 55. Innerhalb der Bohrung 65 ist ein. dritter Ventilsitz 66 angeordnet, der auf einer Schulter 67 liegt, die durch eine kleine Querschnittsfläche 68 und eine mittlere Quersohnittsfläche 69 der Bohrung 65 gebildet wird. Der Sitz 66 liegt zwischen den beiden vertikalen Leitungen 34 und 55. Die Leitung 55 ist eine Hochdruckleitung, die mit dem oberen Ende der Bohrung 22 verbunden ist und die Leitung 34 ist mit d-er Auslaß leitung 24 verbunden. Gleitbar innerhalb des mittleren Abschnitts 69 der Bohrung 65 ist ein Kolben 71 gelagert, der einen nach innen weisenden konisch geformten Ventilkörper 72 aufweist, der mit einer zylindrischen öffnung 73 in einem Ventilsitz 66 zusammenwirkt. Eine Schraubenfeder 75 geringer Kraft drückt den Ventilkörper 72 in die geschlossene Stellung. Die Feder 75 liegt zwischen dem äußeren Ende 76 des Kolbens 71 und dem inneren Ende 77 eines Stopfens 78. Der Stopfen 78 ist in einem dritten Abschnitt großen Durohmessers 79 der Bohrung 65 befestigt.

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Eine Axia!bohrung 80 erstreckt sich durch den Stopfen 78. Die Bohrung 80 ist an ihrem äußeren Ende mit einem Innengewinde 82 versehen, in das eine Schraube 83 hineingeschraubt ist. Um den Austritt von Druckmittel an der Schraube 83 zu verhindern, ist eine Verschlußkappe 85 über das Ende der Schraube 83 gesobraubt. Die Kappe liegt gegen einen Dichtungsring 86, der zwischen der Kappe 85 und dem Ende des Stopfens 78 angeordnet iab. O-Ringe 87 und 88 in den Seitenfläohen des Dichtringes 86 verhindern ein Ausströmen von Druckmittel zwischen der Kappe 85 und dem Ring 86 bzw. zwischen dem Ring 86 und dem Stopfen 78.

Durch den Kolben 71 erstreckt sich eine kleine Bohrung 92 und verbindet die Kammer 91 auf der Innenseite des Kolbena 71 mit der Kammer 81 auf der Außenseite des Kolbens. Die Kammer 81 wiederum steht mit der Axialbohrung 80 in dem Stopfen 78 in Verbindung.

Falls im Betrieb eine plötzliche Druckzunabme in dem Pluidum in der Einlaßleitung 23 des Ventils 9 auftritt, wird der Kolben 37 nach oben gedrüokt, wodurch der Druck in der Kammer 90 oberhalb des Kolbens 37 ansteigt. Daraus ergibt sich ein Druckanstieg in der Kammer 91, die zwischen dem Ventilsitz 66 und dem Kolben 71 liegt. Wenn dieser Druckanstieg sehr plötzlich stattfindet, wird der Druck auf der Öffnungsseite des Kolbens 71 in der Kammer 91 nicht sofort durch einen Druck auf der anderen Seite des

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Kolbens 71 in der Kammer 81 ausgeglichen, weil durch die verengte Bohrung 92 in dem Kolben 71 nur eine begrenzte Strömungsgeschwindigkeit möglich ist. Aus diesem Grund komprimiert der Kolben 71- das Fluidum in den Kammern 81 und 80 und bewegt sloh unter Betrachtung von Pig. 2 nach rechts, so daß Fluidum durch die Leitung 55 Über den Ventilsitz 66 zur Auslaßleitung 34 strömen kann. Wenn eine beträchtliche Menge des Fluidums plötzlioh über den Ventilsitz 66 abfließen kann, bewegt sich das Ventil 37 naoh oben und öffnet ein zweites Ventil 9, so daß eine Entlastung des Zustandes hoben Druckes stattfindet, ehe der Druck in der Bohrung 23 einen Höchstwert übersteigen kann. Dieser Zustand ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 angedeutet.

Die Größe der Bohrung 92 im Kolben 71 ist, bezogen auf die Größe der Kammer 91 und die geringe Kraft der Feder 75» so, daß der Kolben 71 und das zugehörige Ventil 72 wenigstens für eine Zeitspanne geöffnet bleiben, die etwa gleich der Mindestzeit ist, die das Pilotventil 10 benötigt, sich zu öffnen. Fig. 4 zeigt, daß die Zeit für das Pilotventil 10, auf einen Druckanstieg zu reagieren, etwa der Zeit entspricht, die das Ventil 15 und das Ventil 9 für ihre Arbeitsweise benötigen. Nachdem auf beiden Seiten des Kolbens 71 Druckausgleich eingetreten ist über die Bohrung 92, schließt das Ventil aufgrund der Belastung

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durch die Feder 75 und der Flächenunterschiede des Kolbens. Wenn danaoh der Zustand hohen Druckes weiter fortbesteht, fährt das Pilotventil 10 fort, Fluidum über den Ventilsitz 41 abzuleiten und das Ventil 36 von seinem Ventilsitz 35 abgehoben zu halten. Erst wenn der Zustand hohen Druckes vorüber ist, schließt sich das Ventil 36 wieder.

Es wird nun auf Pig. 3 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine zweite Ausgestaltungsform eines Pilotventils 115 zur Überwachung eines Druckanstiegs in Verbindung mit einem Ventil 109 dargestellt. Diese Ausgestaltung ist in Konstruktion und Funktion dem Pilotventil 15 und dem Überdruckventil 9 nach der Ausgestaltungsform naoh Fig. 2 im wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, daß das auf Druck ansprechende Pilotventil 10 aus dieser Kombination weggelassen worden ist. Die aus Ventil 109 und Ventil 115 bestehende Kombination kann in Systemen angewandt werden, welche unerwünschte, sich überlaufende Druckspitzen be-

. sitzen, nämliob in Systemen mit entfernt gelegenen Überdruckventilen oder in Systemen, die Überdruckventile verwenden, die eine langsame Ansprechzeit besitzen. Die erste Systemart kann eine druckausgeglichene Kolbenpumpe variablen Volumens aufweisen. Theoretisch begrenzt eine solche Pumpe automatisch den Systemdruck auf einen voreingestellten Pegel, dadurch, daß das Volumen steuernde Element der Pumpe auf ein ausreichend verringertes Pumpvolumen bewegt wird,

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damit gerade der gewünschte Maxima!druck aufrechterhalten wird. Theoretisch braucht eine solche Pumpe nicht mit einem Überdruckventil zusammen benutzt zu werden, aus praktischen Gründen jedoch sprint eine druokausgegliohene Kolbenpumpe mit variablem Volumen im allgemeinen sehr langsam auf Überlastungsbedingungen an, so daß ein Drucksteuerventil in einem solchen hydraulischen System sehr wünschenswert ist, um diese sich überlaufenden Druckspitzen oberhalb eines voreingestellten Pegels zu beseitigen.

Bei der Ausgestaltung nach Pig. 3 haben die Teile des Ventils 109 und 115» die identisch mit den Teilen der Ventile 9 und 15 der Pig. 2 sind, dieselben Bezugszeichen. Diejenigen, die nicht identisch sind, die aber in ihrer !Funktion einem entsprechenden Teil der Ausgestaltung nach Pig. 2entsprechen, haben eine Bezugszahl, die um 100 höher liegt. Beispielsweise entspricht das Ventil 109 in seiner Funktion dem Ventil 9 usw.

Das Ventilgehäuse 121 ist dem Ventilgehäuse 21 der Ausgestaltung nach Pig. 2 identisch, mit der Ausnahme, daß es keine horizontale Leitung 26 besitzt, die über eine Leitung 28 und Ventil 10 mit der Kammer 90 oberhalb des Kolbens 37 verbunden ist. Stattdessen ist die Bohrung 22 unterhalb des Kolbens 137 direkt mit der Kammer 90 oberhalb des Kolbens durch eine Leitung 100 geringen Querschnitts verbunden, die sich vertikal durch den Kolben hindurcherstreokt.

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Das Drucksteuerpilotventil 115 entspricht dem Pilotventil 15, mit der Ausnahme, daß die Leitungen 55 und 34 die Kammern auf gegenüberliegenden Seiten des Ventilsitzes 66 mit dem Steuerdruck und dem Auslaß an der Bohrung 65 des Ventils 115 verbinden, statt durch das Gehäuse 129 des Ventils 115 zu führen.

Im Betrieb arbeiten beide Ventile 109 und 115 zusammen, um hohe Drücke genau in derselben Weise zu verhüten, W wie das die Ventile 9 und 15 tun. Insbesondere bei einem plötzlichen Druckstoß in der Bohrung 23 des Ventils 109 wird der Druck in der Kammer 90 plötzlich erhöht. Dieser plötzliohe Druckanstieg führt zu einer Verschiebung des Kolbens 71 und des Ventilkörpers 72, so daß sich dieser von dem Ventilsitz 66 abhebt. Da alle hydraulischen Flüssigkeiten leicht kompsessibel sind, muß mit zunehmendem Druckanstieg in der Kammer 91 Fluidum den Kammern 81 und

80 zugeführt werden, um das Ventil 72, 66 geschlossen zu halten. Falls zusätzliches Fluidum nicht schnell genug

herangeführt wird, um den Druck in den Kammern 81 und 80 gleichzuhalten, so daß in der Kammer 91 der Druck ansteigt, bewegt sich der Kolben 71. Die Bewegung des Kolbens 71 resultiert in einem fast sofortigen Druckausgleich in den Kammern 91, 81 und 80. Obgleich die Bohrung 92 die Kammern 91,

81 und 80 miteinander verbindet, ist der Strom durch die Bohrung 92 nicht ausreichend, um sofort die Drücke in den

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Kammern 91» 81 und 80 während des plötzlichen Druckanstiegs im System auszugleichen. Die Verschiebung des Kolbens 71 findet jedoch sofort statt, so daß dadurch Druokausgleich in den Kammern 91, 81 und 80 stattfinden kann durch Veränderung des Volumens durch Verschiebung des Kolbens. Das bedeutet, daß die Kammer 91 sofort geöffnet ist, um über das Ventil 72, 66 und die Leitungen 65, 34 und 24 Flüssigkeit abzugeben. Diese Öffnungswirkung gestattet den Übergang eines Teils des Volumens von der Kammer 90 zur Auslaßleitung, und der Einlaßdruck in der Kammer 62 zwingt dann den Kolben 137 dazu, eich schnell nach oben zu bewegen und das Ventil 36, 35 zu öffnen, wodurch eine relativ große Fluidumsmenge direkt der Auslaßleitung 34 zugeführt wird.

Während eines sehr schnellen Druckanstiegs und wenn sioh der Kolben 70 das erste Mal zum Ausgleich der Drücke in den Kammern 91, 81 und 80 bewegt, findet ein Strom aus der Kammer 91 in die Kammer 81 durch die Bohrung 92 statt, was auf die Einwirkung der Feder 75 zurückzuführen ist. Diese Feder drückt den Kolben 71 leicht in die Schließstellung dee Ventils 72, 76. Diese Schließung findet statt, wenn Fluidum langsam aus der Kammer 91 in die Kammer 81 durch die Bohrung 92 hindurchströmt. Das erforderliche kleine Druckdifferential, das diesen Strom hervorruft, wird durch die Wirkung der Feder 75 erzeugt, die mit einer kleinen Kraft auf den Kolben 71 wirkt. Die Kraft der Feder

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75 ist zu gering, um die erste sohneile Bewegung des Kolbens 71 bei einem plötzlichen Druokanstieg in dem System tatsächlich zu verzögern, jedoch verbindert sie ein Öffnen des Ventils 72, 76, wenn ein langsamer Druckanstieg stattfindet. In einem solchen Falle kann der Strom durch die Bohrung 92 schnell genug einen Druckausgleich zwisohen den Kammern 91 und 81 herstellen und benötigt keine Bewegung des Kolbens 71, um diesen Druckausgleich zu erzielen. Da das Ventil 72, 76 sich bei langsamem Druckanstieg in dem System nicht öffnet, bleibt auch das Ventil 36, 35 geschlossen und das Volumen der Kammer 90 ist nicht über das Ventil 72, 66 mit dem Auslaß in Verbindung.

Bei einem sehr sohnellen Druokanstieg und wenn die Ventile 72, 76 und 36, 35 geöffnet sind, wie oben beschrieben, schließt sich das Ventil 72, 76, wenn eine ausreichende Menge Fluidum durch die Bohrung 92 geströmt ist. Das Ventil 36, 35 schließt sich, wenn ais der Öffnung 23 durch die Bohrung 100 Flüssigkeit in die Kammer 90 geflossen ist, wobei die Schließkraft durch die Feder 45 bewirkt wird. Wenn dieses stattfindet, sollten die Bedingungen, die zu dem Druckstoß geführt haben, durch eine andere Armatur in dem System beseitigt worden saLn.

Der hauptsächlichste Vorteil des oben beschriebenen Ventils zur Steuerung der Druckanstiegsgesohwindigkeit ist der, daß es auf Druckverstärkungen empfindlich anspricht,

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unabhängig von dem Ausgangsdruck in dem System, von dem der Druckanstieg ausgeht. Mit anderen Worten, es macht keinen Unterschied, ob der anfängliche Druck in dem System 300 Atmosphären oder 1 Atmosphäre beträgt. Das Ventil spricht in einer sehr kurzen Zeitspanne an und verhindert unerwünschte schnelle Druckanstiege. Da außerdem das Pilotventil Pluidum direkt dem Auslaß zuführt, kann es unabhängig von irgendwelchen anderen Ventilen zur Verhinderung von Stoßbelastungen in einem hydraulischen System verwendet werden. Ein weiterer Vorteil dieser Steuerung der Druckanstiegsgesobwindigkeit ist der, daß sie einstellbar ist, so daß die Druckanstiegsgeschwindigkeit, auf die das Ventil anspricht, verändert werden kann, einfach daduroh, daß die Stellung der Schraube 83 in der Kammer 80 verändert wird. Je kleiner das Volumen der Kammer 80 mit Bezug auf die Größe der Bohrung 92 in dem Kolben ist, umso größer kann die Druokanstiegsgesohwindigkeit sein, die das Ventil erlaubt. Das ist auf die verschiedenen Mengen an Fluidum zurückzuführen, die den verschiedenen voreingestellten Volumina in der Kammer 80 zugeführt werden müessen, damit Druckausgleich in den Kammern 91 und 80 aufgrund der Kompressibilität des Pluidums stattfinden kann.

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Claims

Patentansprüche

1 .J Hydraulische Steuervorrichtung für ein hydraulisches System zur Begrenzung des Anstiegs des Druckes oder der Druokanstiegsgeschwindigkeit auf einen einstellbaren Maximalwert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilkolben (71) in einer Hochdruckzone vorgesehen ist, der in einer Stel-

^ lung gehalten ist, in der sein Ventilkörper (72) eine Leitung zwischen einer Hochdruckzone und einer Zone niedrigen Druckes schließt, wobei der Kolben eine Bohrung (92) zwischen seinen beiden Flächen aufweist, derart, daß unter normalen Bedingungen die Drücke auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens ausgeglichen sind, bei Druckanstieg über eine eingestellte Anstiegsgeschwindigkeit hinaus, die siob an den gegenüberliegenden Flächen einstellende Druckdifferenz durch die Bohrung aber so wirkt, daß sie den KoI-

^ ben bewegt und dieser den Durchgang zwischen der Hochdruckzone und der Zone niedrigen Druckes öffnet, wodurch Druokmittel abfließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläohen auf beiden Seiten des Kolbens (71) etwas verschieden voneinander sind, so daß eine kleine Andruckkraft den Kolben in die geschlossene Stellung zurückzubewegen versucht.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper so ausgebildet ist, daß ein Teil seiner Oberfläche sich auf einem niedrigen Druck befindet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen einer Axialbohrung (80), welches duroh den Kolben (71) begrenzt ist und mit der Hochdruckzone über die Bohrung (92) in Verbindung steht, veränderbar ist, um den Wert, bei dem das Ventil wirksam wird, zu verändern.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurob gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß ein Druckabfall an dem Hauptventil beim öffnen duroh die Vorrichtung eintritt, wodurch das unter hohem Druck stehende Druckmittel das Hauptventil öffnet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 in Verbindung mit einem Hauptventil, daduroh gekennzeichnet, daß der Körper des Hauptvehtils den Ventilkolben (71) zum Öffnen zwingt, wenn die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in der Hauptleitung einen bestimmten Wert übersteigt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Ventil zugeordnet ist, das direkt auf den Fluidumsdruck in der Hochdruckaone anspricht und einen Hauptdruckschalter betätigt.

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