DE2245131A1

DE2245131A1 - Steuerventil fuer eine pumpe, insbesondere radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE2245131A1
Application number: DE19722245131
Authority: DE
Inventors: James Melvin Bahl
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-04-19
Also published as: FR2157332A5; AR203261A1; IT966193B

Description

(Case No. 10173) DEERE & COMPANY

Steuerventil für eine Pumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für eine Pumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe mit einem in einer Längsbohrung des Ventilkörpers angeordneten, federbeaufschlagten Steuerschieber, der den Druckmittelfluß von einer im Ventilkörper vor dem Steuerschieber vorgesehenen Einlaßbohrung, die mit einer Auslaßöffnung der Radialkolbenpumpe verbttnden ist, zu einer im Ventilkörper nach dem Steuerschieber vorgesehenen Auslaßbohrung, die mit einer Kurbelkamrner der Radialkolbenpumpe verbunden ist, 'steuert.

Es sind Steuerventile obiger Gattung bekannt, die gute Dichteigenschaften aufweisen und eine Steuerung in Abhängigkeit eines Druckes ermöglichen. Sollen die Steuerventile jedoch eine Dosierung des Druckmittelflusses vornehmen, der notwendig ist, um eine einwandfreie Steuerung beispielsweise einer Pumpe zu gewährleisten, so treten unerwünschte Druckschwankungen infolge der Instabilität des Steuerventiles auf. Andere Ventile sind jedoch während des Steuervorganges stabil, haben jedoch unerwünschte Strömungsverluste, was zu einer Veränderung des Kolbenhubes bei Radialkolbenpumpe^ führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung

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der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Vermeidung von Leckverlusten im steuerventil eine gute Dosierung des Druckmittelflusses gewährleistet ist. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Steuerschieber ein erstes nur die von der Einlaßbohrung ankommende Leckströmung absperrendes Dichtelement und ein zweites das von der Einlaßbohrung ankommende Druckmittel dosierendes Steuerelement aufweist, das nur dann Druckmittel passieren läßt, wenn das erste Dichtelement von seinem Ventilsitz abgehoben ist. Auf diese \7eise ist es möglich, daß das erste Dichtelement, das die Leckverluste verhindert, zuerst vom Ventilsitz abhebt und danach eine Verstellung des zweiten Dichtelementes gewährleistet, das so ausgebildet ist, daß eine Dosierung des Druckmittels möglich ist, so daß ein allmählicher Druckanstieg bzw. eine allmähliche Druckabsenkung durch Verstellung des zweiten Dichtelementes gewährleistet ist. Durch die stufenweise Öffnung des zweiten Ventiles wird auch eine stufenweise Veränderung des Hubes der Kolben der Radialkolbenpumpe ermöglicht. Ist das Steuerventil geschlossen, so verhindert das erste Dichtelement Leckverluste, so daß während der Schließstellung des Steuerventiles keine Hubveränderung der Kolben der Radialkolbenpumpe stattfindet. Hierzu ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, daß der Steuerschieber aus einem eine kegelförmige Steuerfläche aufweisenden Ventilkolben gebildet ist, wobei zwischen dem einen Ende des Ventilkolbens

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und einer der Einlaßbohrung ηachgeordneten Steuerbohrung
das erste Dichtelement vorgesehen ist. Durch die kegelförmig ausgebildete Steuerfläche kann der Druckmittelfluß kontinuierlich vergrößert bzw. verkleinert werden. Da das
erste Dichtelement in Strömungsrichtung gesehen vor dein
zweiten Dichtelement bzw. der Steuerfläche angeordnet ist, können Leckverluste vollständig vermieden werden, zum anderen können die Herstellungstoleranzen zur Fertigstellung
des zweiten Dichtelementes vergrößert werden.

Gemäß der Erfindung ist es ferner vorteilhaft, daß der Ventilkolben in einer eine erste Bohrung aufweisenden Buchse verschiebbar gelagert ist, die eine an die erste Bohrung
sich anschließende, einen größeren Durchmesser als die erste Bohrung aufweisende, zweite Bohrung aufweist, in der
sich die Steuerfläche befindet, wenn das erste Dichtelement gegen seinen an der Steuerbohrung vorgesehenen Ventilsitz anliegt bzw. eine erste Stellung einnimmt, wobei nach Verstellung des ersten Dichtelementes in eine zweite Stellung bzw. nach Abheben vom Ventilsitz die steuerfläche eine dem Ventilsitz nachgeschaltete Eadialbohrung stufenweise freigibt, die eine Durchflußverbindung zwischen der Einlaßbohrung und der Auslaßbohrung herstellt, und daß die Steuerfläche sich in Richtung der Einlaßbohrung zur Mittelachse des Ventilkolbens verjüngt, und daß das erste Dichtelement

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als Kugelventil-Dichtkörper ausgebildet ist, und daß der Kugelventil-Dichtkörper, ein von der Steuerfläche getrennt angeordnetes Dichtelement ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, daß der Kugelventil-Dichtkorper um einen ausreichenden Betrag in Strömungsrichtung gesehen nach links verstellt werden kann und damit den Durchfluß für das in die Einlaßöffnung einströmende Druckmittel gewährleistet. Erst nach ausreichender Verstellung gibt die kegelförmige S-teuerfläche die Radialbohrung stufenweise frei, so daß eine kontinuierliche Vergrößerung des Druckmittelflusses stattfindet und. somit eine kontinuierliche Veränderung des Hubes der in der Radialkolbenpumpe angeordneten Kolben. Damit der Kugelventil-Dichtkorper nach Druckabfall wiedfir auf seinen Ventilsitz gepresst wird, ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, daß der Ventilkolben mit der kegelförmigen Steuerfläche gegen die Wirkung einer Feder in Abhängigkeit eines Druckanstieges in der Einlaßbohrung bzw. eines Rückstau-Druckes in einer mit der Radialkolbenpumpe verbundenen Auslaßringleitung verstellbar ist.

In der Zeichnung ist ein in der Beschreibung erläutertes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an einem hydraulischen System dargestellt, das eine Radialkolbenpumpe 1 2 mit einem zylindrischen Pumpengehäuse 14, in dem eine zylinderförmig ausgebildete» zentrisch angeordnete Kurbelkammer 16 vorgesehen ist, aufweist. Im Pumpengehäuse 14 der

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Kurbelkamrner Π β ist eine Antriebswelle 1 8 koaxial angeordnet, die mit einem exzentrisch angeordneten Nocken 20 ausgerüstet ist, der von der Antriebswelle angetrieben wird. Von der Kurbelkammer 16 erstrecken sich sechs einen gleichen Winkelabstand untereinander aufweisende Zylinder 22, in denen oszillierende, becherförmige Kolben 24 vorgesehen sind. Die Böden der becherförmigen Kolben 24 sind nach innen gerichtet und liegen gegen eine Spiralfeder 26 an_r die die Kolben 24 gegen den Nocken 20 drückt. Durch Drehen des Nokkens 20 durchfahren die Kolben 24, wenn sie gegen den Nocken anliegen, einen maximalen Kolbenhub» An das äußere Ende eines jeden Zylinders 22 ist eine Abzweigleitung einer Ringleitung 28 angeschlossen, die mit dem Ausgang einer Ladepumpe verbunden ist, Eine jede Leitung der Ringleitung 28 weist ein Einlaßventil 32 auf, das' mit einem Rückschlagventil-Dichtelement 34 ausgerüstet ist, das mittels eines Federelementes und dem Flüssigkeitsdruck im äußeren Ende des zugehörigen Zylinders 22 gegen den Einlaßdruck in eine Schließstellung gebracht wird. An das äußere Ende eines jeden Zylinders ist ferner eine Abzweigleitung einer Auslaßringleitung 38. angeschlossen, die mit einer hydraulischen Anlage 40 verbunden ist. In jeder Abzweigleitung der Auslaßringleitung 38 ist ein Auslaßventil 42 vorgesehen, das ein Rückschiagventil-Dichtelement 44 aufweist, das über eine Feder 46 gegen den Druck im äußeren Ende des entsprechenden Zylinders 22 in

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eine Schließstellung gebracht wird. Wenn der Kolben 24 im Zylinder 22 radial nach innen verstellt wird, entsteht ein Druckabfall im Zylinder außerhalb des Kolbens 24 und das Einlaßventil 32 öffnet sich, so daß Druckmedium in den Zylinder 22 gesaugt werden kann, während bei Verstellung des Kolbens 24 im Zylinder radial nach außen ein Druckanstieg im Zylinder außerhalb des Kolbens erfolgt und das Auslaßventil 42 geöffnet wird, so daß Druckmedium aus dem Zylinder 22 abfließen kann.

Um einen bestimmten Druck in der Auslaßringleitung 38 aufrechtzuerhalten, ist ein Steuerschieberventil 48 vorgesehen, das eine automatische Veränderung des Hubes der Kolben 24 in Abhängigkeit des Druckes in der Auslaßringleitung herbeiführt. Das Steuerschieberventil 48 weist einen Ventilkörper 50 auf, der mit einer horizontal verlaufenden Längsbohrung 52 ausgestattet ist. Eine Einlaßbohrung 54 ist am rechten Ende der Längsbohrung 52 und eine Auslaßbohrung 56 ist am linken Ende der Längsbohrung 52 vorgesehen. Die Einlaßbohrung 54 ist mit der Auslaßringleitung 38 verbunden, während die Auslaßbohrung 56 an eine Kurbelkammer-Zuführleitung 58 angeschlossen ist, die ihrerseits mit einer Kurbelkammerbohrung 60 verbunden ist, die sich radial im Pumpengehäuse 14 zur Kurbelkammer 16 erstreckt. Eine Kurbelkammer-Auslaßbohrung 62, die sich radial von der Kurbelkammer 16 im

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Pumpengehäuse 14 erstreckt, ist mit einer Kurbelkammer-Ab~ laßleitung 64 verbunden, die an die Ringleitung 28 angeschlossen ist. Ein ICurbelkammer-Ablaßventil 66 befindet sich in der Kurbelkammer-Ablaßleitung 64 und weist einen Rückschlagventil-Dichtkörper 68 auf, der normalerweise mittels einer Feder 70 gegen den Druck in der Auslaßringleitung 38 in einer geöffneten stellung gehalten wird. Die Auslaßringleitung 38 ist über eine in strichlinierten Linien angegebene Pilotleitung 71 mit dem Kurbelkammer-Ablaßventil 66 verbunden.

Eine zylindrische Buchse 72 befindet sich in dem einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Bohrabschnitt im rechten Teil der Längsbohrung 52, und zwar in Strömungsrichtung gesehen vor.der Einlaßbohrung 54. Die Längsbohrung 52 bildet um die Buchse 72 einen Ringraum 74, der mit der Auslaßbohrung 56 in Verbindung steht. Eine axial verlaufende Bohrung 76 ist in der Buchse 72 vorgesehen· und weist eine einen größeren Durchmesser als die Bohrung 76 aufweisende Bohrung 78 auf. Mit einem geringen axialen Abstand X in Strömungsrichtüng gesehen hinter der Bohrung 78 befinden sich Radi al bohrungen 80, die in der Btichse 72 vorgesehen sind und eine Strömungsverbindung zwischen der Bohrung 76 und dem Ringraum 74 herstellen. Ein Ventilkolben 82 bildet eine Dosierungsvorrichtung für das SteLterschiebei-ventil 48 und befindet sich axial verschiebbar in der Bohrung 76« Das rechte

Ende des Ventilkolbens 82 endet in der größeren Bohrung 78. Der Ventilkolben 82 weist einen Abschnitt aufι der kegelförmig auf das rechte Ende des Ventilkolbeng zuläuft und somit eine kegelförmige Steuerfläche 84 bildßti dt« mit der. Bohrung 76 zusammenwirkt und sich zwischen der größeren Bohrung 78 und der Radialbohrung 80 erstreckt, Pia kegelförmige Steuerfläche 84 dient zur steuerung der Flüssigkeitsströmung» wenn der Ventilkolben 82 weit genug nach, links·ν«?&teilt worden ist, so daß ein Teil der Steuerfläche 84 in di© Ea·« dialbohrung 80 ragt. Das Steuerschieberventil 4$ weist 'ferner ein erstes Dichtelement in Form eines lug§i.v«ntil«<Dicht»» körpers 86 auf, der zwischen dem rechter* Ende des 'Ventilkolbens 82 und einem Ventilsitz 88 angeordnet ist» des? »m linken Ende einer Buchse 90 vorgesehen ist, die in den rechten Teil der größeren Bohrung 78 eingeschraubt ist» Pol? Ventil«· kolben 82 wird gegen' das erste Dichtelement bfcsr· f©fen ü&n Kugelventil-Dichtkörper 86 mittels einer. Fe. der 92 gfedrÜGkt, die zwischen einer am linken Ende der Bohrung 7& vorgesehenen stellschraube 94 und einem ringförmigen .F#der»it» 98, der am linken Ende des Ventilkolbens 82 befestigt ist, angeordnet ist. Der Ventilkolben 82 ist in der Zeichnung in seiner rech* ten Stellung dargestellt, in der er den KugelventilwDlchtkörper 86 gegen seinen Ventilsitz 88 drückt und in der sich die kegelförmige Steuerfläche 84 vollständig in der größeren Bohrung 78 befindet. Bevor die kegelförmige steuerfläche in die

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Radialbohrung 80 hineinragen kann, muß der Ventilkolben 82 um den Betrag X nach links verstellt werden.'In dieser Stellung drosselt der Kugelventil-Dichtkörper 86 nicht mehr das Druckmedium, außerdem ist der Kugelventil-Dichtkörper, wenn er um den Betrag X von seinem Ventilsitz 88 abgehoben ist, strömungsstabil. ' - ' '

Geht man davon'aus, daß im Arbeitseinsatz das hydraulische Aggregat 40 einen großen Leistungsbedarf hat, so ist der Druck in der Auslaßringleitung 38 relativ gering und der Kugelventil-Dichtkörper 86 sitzt auf seinem Ventilsitz 88 auf. Dadurch wird verhindert, daß Druckmittel zur Kurbelkammer 16 fließt, auch wenn der Rückschlagventil-Dichtkörper 68 des Kurbelkammer-Ablaßventiles 66 geöffnet und die Kurbelkammer 16 mit der Eingleitung 28 verbunden ist. Da der Flüssigkeitsdruck der Kurbelkammer 16 niedrig ist, werden die Kolben 24 mittels der Spiralfeder 26 gegen den Nocken 20 gedrückt. Der Nocken 20 wirkt mit der Spiralfeder 2.6 zusammen und bewegt die Kolben 24 über die maximale Hubstrecke. Durch Einfahren' der Kolben 24 wird Druckmedium über das Einlaßventil 32 in den Zylinder 22 angesaugt, während durch Herausfahren der Kolben Druckmedium über das Auslaßventil 42 abgegeben wird.

Benötigt die hydraulische Anlage 40 kein weiteres Druckmitte L, so baut sich ein Rück'-, f:.iu druck, in .der AuslaDringle:i-

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tung 38 auf, was somit zur Schließung des Kurbelkanuner-Ablaßventiles 66 führt. Zur selben Zeit wird der Kugelventil-Dichtkörper 86 von seinem Ventilsitz 88 des Steuerschieberventiles 48 abgehoben und bewegt sich zusammen mit dem Ventilkolben 82 gegen die wirkung der Feder 92 in Strömungsrichtung gesehen nach links. Wenn der Ventilkolben 82 um den Betrag X verstellt worden ist, gelangt die kegelförmige Steuerfläche 84 allmählich in die Radialbohrung 80 und dosiert somit Druckmedium in der Radialbohrung 80. Die Dosierung erfolgt in Abhängigkeit der Stellung der Steuerfläche 84 innerhalb der Radialbohrung 80. Wenn der Kugelventil -Dichtkörper 86 um den Betrag X vom Ventilsitz 88 abgehoben ist, so drosselt er in keiner Weise das durch die in der Buchse 90 vorgesehene Bohrung strömende Druckmittel. Da der Kugelventil-Dichtkörper 86 weit genug vom Ventilsitz 88 abgehoben ist, oszilliert er nicht, so daß keine lästigen Geräusche innerhalb des Steuerschieberventiles 48 hervorgerufen werden. Das durch den Ventilkolben 82 dosierte Druckmittel strömt zur Kurbelkammer 16, so daß der Druck in der Kurbelkammer 16 ansteigt. Weist der Druck in der Kurbelkammer 16 einen ausreichenden Betrag auf, um die Federkräfte der Spiralfeder 26 zu überwinden, so werden die Kolben 24 durch den in der Kurbelkammer 16 herrschenden Druck radial nach außen verstellt. Die Kolben 24 liegen dann nicht mehr auf dor Oberfläche des Nockens 20 an, sondern gleiten

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über einen an der Oberfläche des Nockens 20 vorgesehenen Flüssigkeitsfilm, so daß.die Kolben eine kleinere Hubbe~ wegung ausführen als wenn sie einen direkten Kontakt mit der Oberfläche des Nockens 20 hätten. Benötigt das hydrau^ lische Aggregat 40 wieder Druckmedium, so wird das -Kurbel* kammer-Ablaßventil 66 geöffnet, was zu einem Druckabfall in der Kurbelkammer 16 und somit zu einer Verstellung der Kolben 24 führt, die dann wieder gegen die Oberfläche des Nockens 20 zur Anlage kommen. Zur gleichen Zeit wird der Kugelventil-Dichtkörper 86 des steuerschieberventiles 48 gegen seinen Ventilsitz 88 gedrückt, so daß die hydraulische Anlage wieder den zu Anfang beschriebenen Zustand einnimmt.

Ansprüche

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Claims

(Case No,. 10173) DEERE & COMPANY

Ansprüche

ΛJ Steuerventil für eine Pumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe mit einem in einer Längsbohrung des Ventilkörpers angeordneten, federb-eaufschlagten Steuerschieber, der den Druckmittelfluß von einer , im Ventilkörper vor dem Steuerschieber vorgesehenen Einlaßbohrung, die mit einer. Auslaßöffnung der Radialkolbenpumpe verbunden ist, zu einer im. Von tilkörρer nach dem Steuerschieber vorgesehenen Auslaßbohrung, die mit einer ICurbelkeinmer der Uadialkolbenpumpe verbunden ist, steuert, dadurch gekennzeichnet', daß der Steuerschieber ein erstes nur die von der Einlaßbohrung (5⁷I) ■ ankommende Leckströmung absperrendes Dichtelement und ein zweites, das von der Einlaßbohrung ankömmende Druckmittel dosierendes Steuerelement auf v/eist, das nur dann Druckmittel passieren läßt, wenn das erste Dichtelement von seinem Ventilsitz (88) abgehoben ist.

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2. Steuerventil nach"Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet,; daß der Steuerschieber aus einem eine kegelförmige Steuerfläche (84) aufweisenden Ventilkolben (82) gebildet ist', wobei zwischen dem einen Ende des Ventil— kolbens und einer der Einlaßbohrung (54) nachgeordne-·

' ' ten S teuer bohrung das erste Diclltelement (.86) vorgesehen ist.
3.^v steuerventil nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (82) in einer eine

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erste Bohrung (76) aufweisenden Buchse (72) verschiebbar gelagert ist,,die eine an die erste Bohrung sich anschließende, einen"größeren Durchmesser als die erste Bohrung aufweisende* zweite Bohrung (78) aufweist, in der sich die Steuerfläche (.84) befindet, wenn das erste Dichtelement (86) .gegen seinen an der Steuerbohrung vorgesehenen Ventilsitz (88) anliegt

. bzw. eine erste Stellung einnimmt, wobei nach Verstellung des ersten Dichtelementes (86) in eine

. zweite· Stellung bzw. nach Abheben vom Ventilsitz (88) die Steuerfläche--(84) eine dem Ventilsitz (88) nachgeschaltete Radialbohrung (80) stufenweise freigibt, die eine Durchflußverbindung zwischen der Einlaßbohrung (54) und der- Auslaßbohrung (56) herstellt.

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4. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (Ö4) sich in Richtung der Einlaßbohrung (54) zur Mittelachse des Ventilkolbens (82) verjüngt.
5. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche," dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtelement (86) als Kugelventil-Dichtkörper ausgebildet ist»
6. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelventil-Dichtkörper ein von der Steuerfläche (84) getrennt angeordnetes Dichtelement ist»
7. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (82) mit der kegelförmigen Steuerfläche (84) gegen die Wirkung einer Feder (92) in Abhängigkeit eines Druckanstieges in der Binlaßbohrung (54) bzw. eines Rückstau-Druckes in einer mit der Radialkolbenpumpe (12) verbundenen Auslaßringleitung (38) verstellbar ist.

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