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B r e m s v e n t i 1 Die Erfindung betrifft ein Bremsventil für
hydraulische Antriebsanlagen. In bekannter Weise besteht die Aufgabe eines Bremsventils
darin, eine unkontrollierbare Bewegung eines hydraulischen Antriebes,beispielsweise
eines unter einer in Arbeitsrichtung der Pumpe wirkenden äußeren Last stehenden
Hydraulikmotors oder hydraulischen Arbeitszylinders zu unterbinden. Zu diesem Zweck
regelt das Bremsventil in Abhängigkeit des Förderstromes und des Druckes der Pumpe
das aus dem hdraulischen Antrieb austretende, der äußeren Last ausgesetzte Arbeitsmittel.
Als Regelglied dient bei bekannten Bremsventiien ein in öffnungsrichtung vom Pumpendruck
und in Schließrichtung von einer Feder und gegebenenfalls vom Lastdruck beaufschlagter,
mit einer Steuerkante zusammenwirkender Steuerkolben. Der Einsatz von Steuerkolben
als REgelglieder ist trotz dessen sich nachteilig auf die Antriebsanlage auswirkenden
Leckage für einen ausreichenden Regelhub vorteilhaft.
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Zur Vermeidung der Leckage ist bereits ein als Sitzventil ausgebildetes
Bremsventil bekanntgeworden. Zur Erzielung eines ausreichenden Reyelhubes ist bei
diesem Bremsventil eine mit Steuerschlitzen versehene hohl zylindrische Verlängerung
am Ventilkörper vorgesehen. Die Steuerkante wird vom Gehäuserand gebildet. Da die
Abführung der Bremsflüssigkeit durch die Steurschlitze eine ungleichmäßige Strömung
im Ventilsitzbereich bewirkt, ergibt sich ein die Dichtheit des Sitzventils beeinträchtigender
ungleichmäßiger Strömungsverschleiß an den Ventilsitzflächen. Bei diesem bekannten
Bremsventil wirkt ferner der Lastdruck auf dem Ventilkegel in dessen schließendem
Sinne. Dies bedingt, daß der Steuerdruck zum Aufsteuern des Ventilkegels diese vom
Lastdruck bewirkte Belastung zusätzlich überwinden muß. Das druckwirksame Flächenverhältnis
des Steuerkolbens zum Ventilkegel muß deshalb so gezählt erden, daß zumindest bei
den gängigen
wirksamen Flächenverhältnissen der Kolben von unter
Last stehenden Arbeitszylindern ein Aufsteuern des Ventilkegels gewährleistet ist.
Bei ungünstigen Kolbenflächenverhältnissen,beispielsweise 1:4 wie sie bei Arbeitszylindern
mit einseitiger Kolbenstange vorkommen, ist ein Einsatz dieser bekannten Bremsventile
nicht mehr möglich. Durch Fehlen einer einstellbaren das Regelglied zusätzlich in
Schließrichtung belastenden Feder ist zudem eine Einstellung des Bremsventil auf
einen bestimmten Steuerdruck nicht gegeben.
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Ein weiterer Mangel besteht bei den bekannten Bremsventilen darin,
daß der volle Regelhub des Regelgliedes nur für einen bestimmten zu bremsenden Ölstrom
ausgenutzt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Bremsventils,
das im geschlossenen Zustand völlig dicht ist, dessen Regelglied während des Regelvorganges
weitgehend vem Lastdruck unabhängig ist, das eine Anpassung des Steurdruckes an
die Betriebsverhältnisse erlaubt der und bei demrEHegelhub des Regelgliedes über
einen weiten Förderstrombereich der Pumpe optimal ausgenutzt wird.
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Nach der Erfindung wird dies durch die Kombination folgender zum Teil
bekannter Merkmale erreicht: a) Das Regelglied ist als im Ventilgehäuse drehbar
angeordneter Steuerkolben mit in Umfangs- und Längsrichtung verlaufenden, mit blendenartigen
Ausnehmungen im Ventilgehäuse zusammenwirkenden Steuerkanten ausgebildet; b) der
Steuerkolben bildet mit einem Ventil sitz im Ventilgehäuse zusammenwirkenden Ventilkegel
eine Verschiebeeinheit, die mit einer oder mehreren anstellbaren Federn in Schließrichtung
belastet ist; c) der Federraum ist über ein im Ventilkegel angeordnetes, als Sitzventil
ausgebildetes Vorsteuerventil mit dem
Raum vor dem Ventilkegel zu
verbinden; d) der den Hauptventilkegel bildende Ventilkegel und Vorsteuerventilkegel
stehen mit Anschlagflächen eines vom Steuerdruck beaufschlagten Betätigungskolben
in Wirk-Verbindung.
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Durch die unter a) genannten Merkmale wird zur Ausnutzung des vollen
Regelhubes das Bremsventil dem zu bremsenden ölstrom angepaßt. Mit den Merkmalen
unter bs wird die Leckagefreiheit des Bremsventils im geschlossenen Zustand gewåhrleistet
und gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen, den Steuerdruck den jeweiligen Betriebsverhältnissen
anzupassen, Die Merkmale nach c) bewirken während des Regelvorganges eine Entlastung
des Federraumes des 3remsventils, so daß der Steuerdruck relativ niedrig gehalten
werden kann und dementsprechend auch der Betätigungskolben nach d> mit kleinem
Durchmesser ausgeführt werden kann. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist in
Durchflußrtchtung der Bremsflüssigkeit gesehen der Ventilkegel hinter dem Steuerkolben
angeordnet. Dadurch wird im Bereich der Ventilsitze eine weitgehende Vergleichmäßigung
der durchs:römenden Bremsflüssigkeit gewährleistet und damit ein die Dichtheit des
Sitzventils beeinträchtigender, ungleichmäßiger Strömungsverschleiß an den Sitzflächen
unterbunden. Eine weitere Vergleichmäßigung der Strömung im Bereich der Ventilsitzflächen
ist dadurch zu erreichen, wenn in Durchflußrichtung der Bremsflüssigkeit gesehen
der Raum vor dem Ventilsitz vergrößert wird, indem der Durchmesser des Steuerkolbens
größer gehalten ist als der Ventilsitzdurchmesser. Ein Verstellen des Steuerkolbens
um dessen Achse von außen zum Zwecke der Anpassung des Bremsventils an den ölstrom
wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der Steuerkolben eine an gegenüberliegenden
Seiten abgeflachte, hohlzylindrische Verlängerung aufweist, die mit den abgeflachten'Seiten
mit einer haubenartigen, im Ventilgehäuse drehbar geführten sowie in Axialrichtung
im Ventilgehäuse fixierten Hülse in Formschluß steht. Zweckniäßigerweise schließt
die haubenartige iIülse gleichzeitig den
Federraum für die den Steuerkolben
in Schließrichtung belastenten Feder ein und weist ein von außen anstellbares Abstützelement
für diese Feder auf. Vorteilhafterweise sind die mit den Steuerkanten des Steuerkolbens
zusammenwirkenden, blendenartigen Aussparungen in einer im ,Gehäuse ortsfest angeordneten
Hülse eingelassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 die Schaltung mit einem in Axialschnitt dargestellten Bremsventil
für einen unter einer äußeren Last stehenden Arbeitszylinder.
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Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 einen
Schnitt nach der Linie III-III des Bremsventils in Fig. 1.
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In Fig. 1 ist mit 1 das Ventilgehäuse bezeichnet, in dessen axialer
Bohrung 2 eine Hülse 3 eingepreßt ist. In der Hülse 3 sind im Bereich des Ventitraumes
4 Aussparungen 5 und im Bereich des Ventilraumes 6 Aussparungen 7 eingebracht. Die
Aussparungen 7 haben rechteckigen Querschnitt und liegen auf einander gegenüberliegenden
Seiten der Hülse 3 (Fig. 2).
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Die abgestufte Bohrung 8 der Hülse 3 nimmt im Bereich 8 a den gleitend
oingepaßten Steuerkolben 9 und im Bereich 8 b den betätigungskolben lo auf. Der
Steut'rkolbt'n 9 zeigt ein mit Steuer- bzw. Abdeckkanten 12 versehenos Formteil
ii auf, das seinerseits einen, mit dem von der umlaufenden Kante 14 der abgesetzten
Bohrung 8 b gebildeten Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkego1l3 aufweist Dor Ventilkegol
13, Formteil 11, sowie Steuerkolben 9 sind mit einer gemeinsamen Axialbohrung 15
versehen, die im Bereich des Ventilkegels 13 zur Aufnahme eines Ventilsitzes 16
abgesetzt ist.
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Der Ventilsitz 16 bildet gemeinsam mit der den Verschlußkörper bildenden
Kugel 17 ein Vorsteuerventil.
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Die die Kugel 17 auf den Ventil sitz 16 drückende Feder 18 stützt
sich am anderen Ende an der abgesetzten Fläche 19 der abgestuften Durchgangsbohrung
20 der zylindrischen Verlängerung 21 des Federtellers 22 für'die Druckfeder 24,
24a ab, deren Spannung über das Drucksttick 23 von der Anstellschraube 25 einstellbar
ist. Der Federteller 22 stützt sich auf der abgesetzten Fläche 26 des, eine hohlzylindrische
Verlängerung 27 aufweisenden Steuerkolbens 9 ab, so daß der Steuerkolben 9 einschließlich
des mit diesem ein Teil bildenden Ventilkegels 13 in Schließrichtung belastet ist.
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Der obere Bereich 27a der hohzyindxischen Verlängerung 27 des Steuerkolbens
9 ist auf einander gegenEberliegenden Seiten 28 Bbgeflacht (Fig. 3). Die Xbgeflachten
Seiten 28 der hohl zylindrischen Verlängerung 27a stehen einer entsprechenden Auss>arung
29 eines in der abgesetzten Bohrung 2a geführten, mit einem Außensechskant 30 versehenen
haubenförmiger Hülse 31 in Formschluß.
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Am Außenumfang 32 ist an der Halte eine umlaufende Nut 33 eingelassen,
die einen Sprengring 34 aufnimmt. Der Sprengring 34 stützt sich außen an einer umlaufenden
Nut 35 eines am Gehäuse mittels nicht gezeigten Schrauben befestigten Ringes 36
ab, so daß die Hülse 31 im Gehäuse 1 axial fixiert ist. Die Drehsicherung der Hülse
31 erfolgt durch die im Ring 36 eingelassene Schraube 37. Die mit dem Ventilraum
6 in Verbindung stehende Anschlußbohrung 38 steht ihrerseits über die Leitung 39
mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 40, dessen Druckmedium unter einer äußeren
Last liegt, in Verbindung. Die mit dem Ventilraum 4 in Verbindung stehende Anschlußbohrung
41 steht über die Leitung 42 mit dem Anschluß B eines 4-Wegeventils 43 mit drei
Schaltstellungen a, b, c in Verbindung. Von der vom Anschluß A des 4-Wegeventils
43 zum kolbenseitigen Zylinderraum 44
führende Leitung 45 zweigt
eine zum Steuerkolbenraum 46 des Bremsventils führenden Steuerleitung 47 ab.
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Die Wirkungsweise des Bremsventils ist folgende: In der gezeigten
Schaltstellung b des 4-Wegeventils 43 ist,der Druckanschluß P von den Anschlüssen
A, B und T getrennt und der Tankanschluß T mit den Anschlüssen A und B verbunden.
Damit steht der Zylinderraum 40 und die mit diesem in Verbindung stehende Leitung
39 sowie der Ventilraum 6 unter einem, der äußeren Last L entsprechenden Druck.
Über die im Steuerkolben 9 eingelassene Drossel 48, sowie den Ringspalt 49 zwischen
Bohrung 15 und zylindrischer Verlängerung 21 des Federtellers 22 steht sowohl der
Raum 51 zwischen Ventilsitz 14 und Steuerkolben 9 als auch der Federraum 52 unter
dem Lastdruck.
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Dadurch wird der Ventilkegel 13 und die den Vorsteuerkegel bildende
Kugel 17 außer den jeweiligen Kräften der Feder 24 bzw. 18 noch zusätzlich vom Lastdruck
auf die Ventilsitze 14 bzw. 16 gedrfickt. Die Sitsventilausbildung von Vorsteuer-
und Hauptventil gewährleistet in der gezeigten Schließstellung von Ventilkegel 13
und Kugel i7 einen leckölfreien Abschluß des Bremsventils. Damit wird ein Absinken
des Kolbens 53 in Richtung der Last L wirkungsvoll Unterbunden.
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Wird das 4-Wegeventil in Schaltstellung a verschoben, ist die mit
dem Ventilraum 4 verbundene Leitung 42 mit dem Tank und die zum Zylinderraum 44
führende Leitung 45 mit der Pumpe verbunden. Baut sich im Steuerkolbenraum 46 ein
geringer Steuerdruck auf, verschiebt sich der Betätigungskolben lo mit Betätigungsstift
54 nach Überwindung der Kraft der sich an der abgesetzten Fläche 56 des Betätigungskolbens
lo und an der Fläche 57 des Ventilkegels 13 abstützenden Feder 58 in Richtung der
von der Feder 18 sowie vom Lastdruck in Schließrichtung belasteten Vorsteuerkugel
17 und hebt diese von ihrem i Ventilsitz 16 ab.
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Damit entspannt sich'der Federraum 52 und über die Radialbohrungen
50 im Formteil 11 der Raum 51 zwischen Ventilkegel 13 und Steuerkolben 9. Ein weiteres
Aufsteuern des Betätigungskolbens lo bewirkt die Anlage der Stirnfläche 59 an die
Stirnfläche 60 des Ventilkegels 13 und daran anschließend ein Aufsteuern des Ventilkegels
13 sowie des Steuerkolbens 9. Zum Aufsteuern des Ventilkegels 13 ist durch das vorher
bereits geöffnete Vorsteuerventil 16, 17 lediglich die Kraft der Feder 24 bzw. 24a
zu überwinden. Die in scholießrichtung auf den Ventilsitz wirkende Kraft der Feder
24, 24a läßt sich durch die Anstellschraube 25 in weiten Grenzen verändern und damit
dem Steuerdruck der Druckmittelquelle anpassen. Der Regelweg "W" ist von der Anschlagfläche
62 der flanschartigen Erweiterund der hülsenförmigen Verlängerung 27 des Steuerkol-.beins
9 und der Stirnfläche 63 der Hülse 31 begrenzt.
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Dem zu bremsenden FlUssigkeitsstrom wird das Bremsventil durch entsprechende
Überdeckung der Aussparung 7 in der Hülse 3 mittels der Abdeckkanten 12 des mit
dem Steuerkolben 9 ein gemeinsames Teil bildenden Formteiles 11 durch entsprechendes
Drehen der mit der hülsenförmigen Verlängerung 27a formschlüssig verbundenen mit
einem Sechskant 30 versehenen Hülse 31 angepaßt.
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Bei aufgesteuertem Steuerkolben 9 ist der Ventilraum 6 über die vom
Steuerkolben 9 freigegebenelX Querschnittsfläche der Aussparungen 7 der IIUlse 3,
den Raum 51 sowie über die freie Ringfläche zwischen Ventilsitzfläche 14 und abgehobenen.Ventilkegel
13 mit dem Ventilraum 4 verbunden und damit über die Anschlußbohrung 41, die Verbind,ungsleitung
42 und über das Wegeventil 43 auch mit der Tankleitung T. Dadurch, da, der Ventilkegel
13 öffnet bevor der Steuerkolben 9 die Aussparungen 7 aufsteuert, ist gewährleistet,
daß der freie Durchtrittsquerschnitt
zwischen Ventilsitz 14 und
Ventilkegel 13 in jeder Stellung des Ventilkegels 13 bzw. des Steuerkolbens 9 größer
ist als die vom Steuerkolben 9 freigegebene QuerschnittsflAche der Aussparungen
7. Der Ventilkegel 13 in Verbindung mit dem Ventilsitz 14 nimmt somit an keiner
Regelung des durchströmenden Arbeitsmittels teil. Ein Strömungsverschleiß dieser
Teile ist demgemäß gering. In der Schaltstellung c des Vierwegeventils 43 ist die
zum Anschluß 41 des Bremsventils führende Leitung 42 mit der Drucknittelleitung
P verbunden, während die unmittelbar zum kolbenseitigen Zylinderraum 44 führende
Leitung 45 mit der Tankleitung T in Verbindung steht. Da der Ventilraum 4 über eine
Bohrung 64 sowie einer mit einem Rückschlacventil 65 abgesicherte Umgehungsbohrung
66 und eine weitere Bohrung 67 mit dem Ventilraum 6 verbunden ist, ist das Druckmittel
dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 40 unter Umgehung des Bremsventils zuzuführen.