DE2100311A1 - Uberdruckeinnchtung fur Hydraulik vorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine Hydraulikvorrichtung, z.B. Druckmittelmotor, wie er zum Betätigen von Werkzeugmaschinen bei Kraftübertragungseinrichtungen, Gesteinsbohrern usw. verwendet wird, bzw. für ein hydraulisches System, insbesondere auf eine Überdruckeinrichtung bzw. eine Ventileinheit zum Ablassen von Flüssigkeit aus einer Hydraulikvorrichtung oder einem hydraulischen System, wenn in diesem ein festgelegter, hoher Druckwert erreicht wird, wobei der Entlastungskanal geöffnet bleibt, bis der Druck auf einen erheblich tiefer liegenden, festgelegten Wert gesunken ist.

Die Erfindung ist auf ein hydraulisches System anwendbar, bei dem hydraulischer Druck von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel zu entlasten ist. Im besonderen läßt sie sich zur Steuerung von Druckmittelmotoren oder von doppeltwirkenden Hydraulikzylindern anwenden, wie sie die GB-PS 872 951 zeigt.

Dieser Hydraulikzylinder kann mit einer Überdruckeinrichtung bzw. Steuereinrichtung der Gattung versehen sein, wie sie

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in der DT-PS 1 106 571 beschrieben ist.

Die Überdruckeinrichtung nach dem deutschen Patent 1 106 5 weist ein Druckentlastungsventil auf, das mit dem Druckraum des Hydraulikzylinders in Verbindung steht und so eingestellt ist, daß es den Druckraum für den Pail mit einem drucklosen Raum verbindet und druckentlastet, daß ein vorher bestimmter Hochdruckwert in ihm erreicht ist. Auf das Verschlußstück des Entlastung ventils wirkt ein in einem Zylinder geführter und unter Federspannung stehender Kolben mit einer relativ großen Fläche ein, der eine öffnung/der Zylinderwand auf- oder zusteuert. Die ,Schließfläche des Verschlußstücks ist viel kleiner als die Kolbenfläche und steht mit dem Druckraum des Hydraulikzylinders in einer Weise in Verbindung, daß das Verschlußstück beim Erreichen eines festgelegten hohen Druckwertes (Hochdruckwertes) von seinem Sitz abgehoben wird. Außerdem steht ein Raun auf der dem Verschlußstück zugewandten Seite des Kolbens mit der Druckkammer in Verbindung. Der Hochdruckwert, bei dessen Erreichen das von ihm beaufschlagte Verschlußstück vom Ventilsitz abhebt und der durch. Federkraft gespannte -kolben bewegt wird, läßt sich durch Einstellung der auf den Kolben wirkenden Federkraft einstellen. Das Verschlußstück muß im geöffneten Zustand einen Zntlastungskanal freigeben, der so- groß ist, daß er beim Rückhub des Kolbens die effektive Ausströmmenge aus dem Zylinder und zusätzlich die ib'rdermenge des Hydraulikzylinders durchläßt, da diese auch während des Rückhubes Flüssigkeit liefert. Bei großem Zylinder und/oder großer Geschwindigkeit des Rückhubes ist ein Entlastungsventil mit großen Abmessungen erforderlich, damit der notwendige große Flüssigkeitsdurchsatz möglich ist. Daraus ergibt sich, daß die den Kolben spannende Feder sehr kräftig und die zur Einstellung der Feder aufzuwendende Kraft erheblich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte tiberdruckeinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den festgelegten Hochdruckwert, bei dem das Entlastungsventil öffnet, einzustellei

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ohne dabei die Spannung einer kräftigen Feder verändern zu müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine Überdruckeinrichtung für eine Hydraulikvorrichtung, insbesondere für einen Druckmittelmotor oder eine Druckmittelpumpe mit einem Druckentlastungsventil, das in der Offenstellung einen Druckraum der Hydraulikvorrichtung mit einem drucklosen Raum oder Niederdruekraum verbindet, mit einem in einem Zylinder geführten und unter Federspannung stehenden Kolben, der eine Öff_ nung in der Zylinderwand übersteuert und auf ein erstes Ventil einwirkt, das mit dem Druckraum , der von einem Überdruck zu entlasten ist, in ständiger Verbindung steht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste Ventil bezüglich des Drucks unter teilweisem Druckausgleich steht und daß ein zweites, ebenfalls mit dem Druckraum in ständiger Verbindung stehendes Ven-

auf

til vorgesehen ist, das/exnen Ventilsitz mit kleinerer Querschnittsfläche als das erste Ventil aufsitzen kann und durch eine einstellbare Feder belastet ist, und daß die beiden Ventile auslaßseitig in ständiger Verbindung mit dem Zylinderraum auf der nicht federbelasteten Seite des Kolbens stehen.

Die einstellbare Feder des zweiten Ventils kann augrund der kleinen Ventilsitzfläche schwach sein und wird so eingestellt, ™ daß das zweite Ventil bei einem festgelegten hohen Druckwert öffnet, was zur Folge hat, daß Druckflüssigkeit in den Zylinderraum gelangt, die den Kolben gegen die Feder drückt. Dadurch kann das größere erste Ventil öffnen und der Kolben wird veranlaßt, die Öffnung in der Zylinderwand freizugeben. Das öffnen des größeren ersten Ventils gestattet den Austritt einer erheblichen Flüssigkeitsmenge aus der Hydraulikvorrichtung, welche diejenige, die aus dem zweiten Ventil austreten kann, bei weitem übersteigt. Das zweite Ventil arbeitet also als eine Art Auslöseventil, welches das"Öffnen des größeren ersten Ventils veran-

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laßt. Das erste Ventil soll, um einen großen Flüssigkeitsdurehsatz zu ermöglichen, groß sein; wogegen das zweite Ventil klein sein soll, damit es mit einer schwachen Feder arbeiten kann.

Die Einstellung des Druckwertes, bei dem das zweite Ventil öffnet und die Druckentlastung auslöst, wird durch die Einstellung der auf dessen Ventilkörper wirkenden Kraft der schwachen Feder bewirkt. Da die Einstellung an der genannten Stelle und nicht am Kolben selbst erfolgt, braucht die auf den Kolben wirkende schwere Feder nicht einstellbar zu sein.

Ein nachteiliger Effekt der Überdruckeinrichtung, bei der eine einstellbare Feder auf den Kolben wirkt - das ist bei der bekannten Ventileinheit gemäß dem deutschen Patent 1 106 571 der Fall·:-, bestehtdarin, daß sich der Wert des Niederdruckes ändert, bei dem der Kolben das erste Ventil schließt, und zwar in Abhängigkeit von der Federeinstellung. Gemäß dem Patent 1 106 571 können die Betriebskenngrößen des Hydraulikzylinders durch Regulierung der Ausströmgeschwindigkeit aus dem Zylinderraum, nachdem die Auslaßöffnungen geschlossen worden sind, gesteuert werden - beispielsweise dadurch, daß zusätzlich ein Auslaßdrosselventil mit einstellbarer Ausströmöffnung vorgesehen wird. Bei gegebener Abmessung der Ausströmöffnung ist die Ausströmgeschwindigkeit vom Druck abhängig. Ist also die auf den Kolben wirkende Feder einstellbar, so ist die zur Erzeugung einer bestimmten Wirkung notwendige Einstellung der Ausströmöffnung nicht konstant, sondern ändert sich vielmehr in Abhängigkeit von der Federeinstellung. Die der Erfindung zugrundeliegende Verbesserung ermöglicht, daß ein festgelegter konstanter Wert niederen Druckes unabhängig von den Einstellungen des genannten, festgelegten Hochdruckwertes beibehalten werden kann, so daß eine gegebene Einstellung der Öffnungsgröße, unabhängig von dem eingestellten Wert des festgelegten hohen Druckes den gleichen Effekt hervorruft.

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Anstatt zur Steuerung der Betriebskenngroßen eine einstellbare Ausströmöffnung zu verwenden - es kann sich beispielsweise um eine Öffnung handeln, in die sich eine sich verjüngende Nadel mehr oder weniger weit hineindrehen läßt (einstellbares Nadelventil) - kann man ein bewegliches Einstellelement vorsehen, das sich stufig einstellen läßt und beispielsweise in einer Weise arbeitet, daß es jede beliebige einer Gruppe von Öffnungen verschiedener Abmessung freigibt, w obei, falls eine Änderung der Betriebsgrößen erwünscht ist, eine gewählte öffnung geeigneter Größe geöffnet werden kann; das ist beispielsweise

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bei hydraulischen Pressen der Fall, wenn zwischen Einzelhubbetrieb, automatischem, langhubigem Betrieb oder einem Betrieb mit aufeinanderfolgenden, kurzen Hüben gewählt werden soll.

soll

Das erste Ventil bzw. dessen Ventilkörper/, was bereits gesagt worden ist, unter einem teilweisen Druckausgleich stehen. Dadurch kann die auf den Kolben wirkende Feder leichter ausgeführt sein, da diese Feder nicht gegen den vollen Druck des hydraulischen Systems zu arbeiten braucht. Der Ventilkörper darf jedoch nicht voll druckausgeglichen sein, da in diesem Falle die öffnende Kraft fehlen würde. Das zweite Ventil kann derart gestaltet sein, dass sein vom Ventilsitz fernes Ende entweder dem Druck der Atmosphäre oder einem Raum mit angenähert atmosph rischen Druck ausgesetzt ist. In diesem Falle wird der Ventil-.körper nicht nur durch die Federkraft, sondern auch durch einen noch im Zylinderraum befindlichen Druck gegen den Ventilsitz gedrückt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich das dem Ventilsitz ferne Ende in einer Kammer, die den gleichen Druck wie der Zylinderraum aufweist; das kann beispielsweise mittels eines Durchgangskanals durch den Zylinder oder durch den Ventilkörper selbst bewerkstelligt v/erden. In diesem Fall wird der Ventilkörper nur durch die Federkraft, ohn< wesentliche Unterstützung durch hydraulische Kräfte, auf den Ventilsitz gedrückt.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind an Ausführungsbeispielen anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Überdruckeinrichtung;

Fig. 2 den Schnitt durch eine Bruchdarstellung einer abgewandelten Form des ersten Ventils;

Fig. 3 den Schnitt durch eine Bruchdarstellung einer weiteren abgewandelten Form des ers-ten Ventils.

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In den Figuren sind gleichen oder entsprechenden Teilen die gleichen Bezugszahlen zugeordnet.

Nach Fig. 1 weist die Ventileinheit ein Entlastungsventil •10. - innerhalb der strichpunktierten Umrahmung 11 - und ein Auslöseventil 12 - innerhalb der strichpunktierten Umrahmung 13 - auf. Die Steuerventileinheit dient zum Ablassen von Hydraulikflüssigkeit aus einem hydraulischen System 15 über eine Leitung 16 durch eine Auslaßöffnung 14, und zwar beim Auftreten eines festgelegten, hohen Druckes in der Leitung 16, wobei in diesem Fall der Weg vom hydraulischen System 15 zur Auslaßöffnung 14 W geöffnet bleibt, bis der Druck in der Leitung 16 auf einen festgelegten, viel tiefer liegenden Druckwert gefallen ist.

Die Leitung 16 teilt sich in die Zweigleitungen 17 und 18 auf. Die Zweigleitung 17 führt zu dem Entlastungsventil 10, während die Zweigleitung 18 zum Auslöseventil 12führt. Der Wegdurch das Entlastungsventil 10 ist normalerweise durch einen Ventilkörper 19 ( -".das erste . Ventil.· ) gesperrt, der auf einem Ventilsitz 20 ruht und durch die Wirkung einer kräftigen, nicht -einstellbaren Feder 21 gegen diesen Ventilsitz gedruckt wird. Der Weg durch das Auslöseventil 12 wird normalerweise durch einen Ventilkörper 22 ( .das zweite.. Ventil. ) _ _" J gesperrt, der durch die Wirkung einer Feder 24 gegen einen Ventilsitz 23 gedruckt wird. Die Spannung der Feder 24 läßt sich mittels eines schraubbaren Einstellelementes 25 verstellen. Der Querschnitt des Ventilsitzes 23 des zweiten Ventilkörpers 22 ist klein, so daß die Feder 24 relativ schwach sein kann; es ist demnach die zur Einstellung ihrer Spannung notwendige Kraft gering. Andererseits ist der Querschnitt des Ventilsitzes 20 des ersten Ventilkörpers 19 groß, der so bei geöffnetem Entlastungsventil 10 einen großen Austrittsfluß aus dem hydraulischen System 15 ermöglicht. Die Kammer 26 - in Fig. 1 auf der rechten Seite des zweiten Ventils 22 - ist mit einem Zylinär/?7 - in Fig. 1 auf der rechten Seite des Ventilkörpers 19 - durch einen Kanal 28 ver-

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blinden. Steigt also der Druck in der Leitung 16 auf den festgelegten hohen Wert, bei dem das Auslöseventil 12 entsprechend der gewählten Einstellung öffnet, - der Druckwert wird durch die Verstellung des Einstellelementes 25 eingestellt-,so wird der zweite Ventilkörper 22 vom Ventilsitz 23 abgehoben, so daß der Druck in der Leitung 16 über die Kammer 26 und den Kanal 28 zur Kammer 27 des Entlastungsventils 10 gelangt. Der dort herrschende Druck wirkt;auf einen Kolben 30, der gleichzeitig die rechte Wand ( siehe Fig. 1) der Kammer 27 bildet« Der Querschnitt des Kolbens 30 ist im Vergleich zum Querschnitt des ersten Ventil— körpers 19 groß; außerdem ist dieser Ventilkörper im Hinblick auf den Druck in der Zweigleitung 17 teilweise druckausgeglichen, was im folgenden noch beschrieben wird. Die Kraft der Jeder 21 hat eine Größe, die zwar den ersten Ventilkörper 19 ohne Schwierigkeit gegen den Druck der Leitung 16, der über die Zweigleitung 17 übertragen wird, auf den Ventilsitz drückt, die jedoch nicht annähernd ausreicht, diesem Druck zu widerstehen, wenn dieser' auf die größere Fläche des Kolbens 30 wirkt, der über die Zweigleitung 18, den zweiten Ventilkörper 22 und den Kanal 28 übertragen wird. Es wird daher der Kolben nach rechts bewegt (siehe Pig. 1 ) und die Öffnung 14 aufgesteuert, so daß ein schneller Austritt von Flüssigkeit aus dem hydraulischen System 15 über die Leitung 16 , die Zweigleitung 17 und das nunmehr geöffnete Ventil. 19 ' erfolgt. Es findet allerdings auch eine schwache Ausströmung über den parallelen Weg statt, der aus der Zweigleitung 18, dem geöffneten zweiten Ventil 22 und dem Kanal 18 be_ steht.

Da der Flüssigkeitsdruck stromaufwärts der Auslaßöffnung 14 weiterhin auf die Fläche des Kolbens 30 wirksam ist, hält der Kolben die Auslaßöffnung 14 weiterhin so lange geöffnet, bis der Flüssigkeitsdruck erheblich gefallen ist. Ist das der Fall und ist die Auslaßöffnung zugesteuert, so hat das erste Ventil 19 noch nicht vollständig geschlossen. Um ein vollständiges Schliessen zu ermöglichen, ist eine zweite Auslaßöffnung 31 für die Flüssigkeit vorgesehen, die eine durch eine Stellschraube 33

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einstellbare öffnung 32 aufweist. Der Druck stromaufwärts der Öffnung 32 hängt von der Kraft der Feder 21 ab, und da diese Feder nicht einstellbar ist, hat eine bestimmte Einstellung der Stellschraube 33 die gleiche Wirkung, und zwar unabhängig von der Einstellung des Einstellelementes 25» d.h· unabhängig von dem eingestellten Druckwert, bei dem die Überdruckeinrichtung öffnet.

Wie bereits erwähnt undin Fig. 1 dargestellt, ist das erste

Yentil 19 im Hinblick auf den Druck in der Zweigleitung teilweise druckausgeglichen und ist durch einen Schaft 35 mit einem Führungsteil 36 verbunden, das in einer Bohrung 37 auf der der Zweigleitung 17 gegenüberliegenden Seite geführt wird und einen Gleitsitz aufweist. Der effektive Querschnitt des ersten Ventilkörpers 19 ist jedoch größer als derjenige des Führungsteiles 36, so daß der Druck in der Zweigleitung 17 resultierend auf den Ventilkörper 19 eine kleine Kraft ausübt, die bestrebt ist, das Ventil zu öffnen. Andererseits ist der Druck in derKammer 27, der den ersten Ventilkörper auf seinem Ventilsitz zu halten versucht, auf der ganzen effektiven Fläche des Ventils wirksam. Es kann somit die Feder 21 leichter ausgeführt sein, als es anderenfalls notwendig wäre.

Im Falle der abgewandelten Ausführung nach Fig. 2,ist das erste Ventil. 19 im Hinblick auf den Druck im Zylinder-- raum 27 ebenfalls teilweise druckausgeglichen, so daß dessen Bewegungen im wesentlichen durch die Feder 21 bestimmt werden und die auf ihn wirkenden, resultierenden, hydraulischen Kräfte minimal sind. Zu diesem Zweck ist das Ende 41 der Bohrung 37 geschlossen und bildet eine Kammer 42, die mit der Kammer 27 des Ventils über einen Kanal 43 im Ventilkörper 19 in fester Verbindung steht. Diese Verbindung durch den Ventilkörper 19 könnte ebenso gut durch einen Kanal 44 im Gehäuse des Entlastungsventil ersetzt werden· Dieser Vnetilkörper könnte im Hinblick auf den Druck in der Kammer 27 dadurch voll druckausgeglichen werden, daß auf der linken Seite ( siehe Fig. 2) des Ventilkörpers ein Kopf

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mit gleichem Durchmesser des Ventilsitzes 20 vorgesehen wird,

Pig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung, die sich in diesem Falle auf die Steuerung des Flüssigkeitsaustrittes aus der Kammer 27 des Ventils, nachdem der Kolben 30 die Auslaßöffnung 14 geschlossen hat, bezieht. Anstatt eine Stellschraube 33 mit einer sich verjüngenden Nadel_zur Steuerung einer einzigen

■ Öffnung 32 zu verwenden (siehe Fig. 1 und 2), kann man eine Stellschraube 46 mit einem flachen Ende 47 vorsehen, die beim Hinein- und Herausdrehen nacheinander mehrere Öffnungen 48, 49 und 50 schließt oder öffnet. Bei dieser abgewandelten Ausführung kann also der Flüssigkeits_austritt stufig reguliert werden. Das ist beispielsweise in einem Fall von Vorteil, wenn

drei .verschiedene Betriebszustände erforderlich sind, die sich durch die Stellschraube 46 einstellen lassen, da durch diese Maßnahme die Gefahr einer falschen Einstellung der Stellschraube 44 auf ein Minimum reduziert ist.

Ansprüche

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Claims (4)

Ansprüche

1. Überdruckeinrichtung für eine Hydraulikvorrichtung, insbesondere für einen Druckmittelmotor oder eine Druckmittelpumpe mit einem Druckentlastungsventil, das in der Offenstellung einen Druckraum der Hydraulikvorrichtung mit einem drucklosen Raum oder Niederdruckraum verbindet, mit einem in einem Zylinder geführten und unter Federspannung stehenden Kolben, der eine Öffnung in der Zylinderwand übersteuert und auf ein erstes Ventil einwirkt, das mit dem Druckraum der von einem

zu
Überdruck/entlasten ist, in ständiger Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , dass das erste Ventil (19) bezüglich des Drucks unter teilweisem Druckausgleich steht und dass ein zweites ebenfalls mit dem Druckraum in ständiger Verbindung stehendes Ventil (22) vorgesehen ist, das auf einem Ventilsitz (23) mit kleinerer Querschnittsfläche als das erste Ventil auf-, sitzen kann und durch eine einstellbare Feder (24) belastet ist, und dass die beiden Ventile auslaßseitig in ständiger Verbindung mit dem Zylinderraum auf der nicht-federbelasteten Seite des Kolbens (30) stehen.

2. Überdruckeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Feder (21) des Entlastungsventils (10) nicht einstellbar ist und dass ein einstellbares Drosselventil (32, 33; 46, 48, 49, 50) zur Einstellung des Flüssigkeitsaustritts aus dem Zylinderraum (27), wenn der Kolben (30) die Öffnung (14) in der Zylinderwand geschlossen hat, vorgesehen ist.

3. Überdruckeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass/Drosselventil (48, 49, 50, 46) eine stufige Einstellung ermöglicht.

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4. Überdruckeinrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (19) wenigstens unter einem teilweisen Druckausgleich auch bezüglich des Drucks im Zylinderraum (27) steht.

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L e e r s e i t e