DE2631876A1 - Trennventil - Google Patents

Trennventil

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DE2631876A1
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DE
Germany
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valve
piston
valves
fluid
outlet
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Application number
DE19762631876
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English (en)
Inventor
Howard Leighton Johnson
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Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Tractor Co
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Publication date
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Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.
Trennventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein federzentriertes abgeglichenes Trennventil, und ganz allgemein auf Hy drauliksy st eine, und zwar insbesondere ein Dualdrucksystem, bei welchem Mittel vorgesehen sind, um sicherzustellen, daß eine Drucktrennung innerhalb des Systems aufrechterhalten wird.
Bei einigen Hydrauliksystemen werden unterschiedliche Drücke für unterschiedliche Systemteile verwendet. Beispielsweise können einige Motore des Systems derart konstruiert sein, daß sie bei wesentlich höheren Drücken arbeiten als andere Motore des Systems. Mit höheren Drücken arbeitende Motore sind erforderlich, um Funktionen auszuführen, die höhere Drücke benötigen, wohingegen mit niedrigeren Drücken arbeitende Motore bestimmte Funktionen ausüben, die nicht solche hohen Drücke erforderlich machen. Demgemäß sind derartige Systeme normalerweise derart konstruiert, daß das Strömungsmittel für das System von einer einzigen Pumpe oder einer einzigen Strömungsmittelquelle geliefert wird, und zwar unter Verwendung von zweistufigen Überdruckventilen (Dualstufen-Freigabenventilen) zur Einstellung der höheren und niedrigeren Druckstufe.
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Derartige Systeme sind normalerweise derart aufgebaut, daß der Niederdruck dann vorherrscht, wenn die Niederdruckmotore betätigt werden, während der Hochdruck dann vorhanden ist, wenn die Hochdruckmotore sich in Benutzung befinden. Dies wird normalerweise durch zweistufige Überdruckventile erreicht, die normalerweise auf den Druck der niedrigeren Stufe eingestellt sind, wobei diese Ventile auf Richtungssteuerventile für die Hochdruckmotoren ansprechen, um das Strömungsmittel zur Steuerung der mehrstufigen Überdruckventile zu leiten, wenn die Hochdruckmotore sich im Betrieb befinden. Diese Systeme müssen derart angeordnet sein, daß die Hochdruckmotore und die Niederdruckmotore nicht gleichzeitig betrieben werden müssen. Systeme mit einer solchen Anordnung können durch eine einzige Pumpe oder eine einzige Serie von Pumpen mit einer gemeinsamen Versorgung sowie einem mehrstufigen Überdruckventil der oben diskutierten Art versorgt werden.
Ein Beispiel für ein solches System, welches zweistufige Überdruckventile verwendet, ist beispielsweise im U.S. Patent 3 831 620 beschrieben. Das oben beschriebene System zeigt auch ein Zweistufen-Druck-Überdruckventil. Ein Hochdruckteil eines solchen Hochdruck- oder Mehrstufen-Systems ist auch im U.S. Patent 3 774 707 beschrieben. Derartige Systeme verwenden normalerweise Wechselventile zwischen den entsprechenden Hochdrucksteuerventilen des Hochdrucksystems und dem Überdruckventil, um die Verbindung eines ausgewählten der Steuerventile mit dem Überdruckventil zu gestatten, um im System Hochdruck vorzusehen. Normalerweise wird ein einfaches Wechselventil oder ein Wechselventil der Kugelbauart, wie beispielsweise 106 im U.S. Patent 3 831 6 20,verwendet.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Ventile in bestimmten Anwendungsfällen nicht zufriedenstellend arbeiten, beispielsweise dann, wenn das Ventil zwischen dem Vorwärts- und Rückwärts-Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Solche zweistufigen Hydrauliksysteme können beispielsweise bei hydraulischen Baggern verwendet werden. Solche Bagger verwenden beispielsweise ein Hochdrucksystem in der Größenordnung von 4400 psi (englische
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Pfund pro Quadratzoll) zum Betrieb des Kettenantriebs des Fahrzeugs und ein niedriger Druck in der Größenordnung von 3600 psi wird zum Betrieb der Werkzeuge des Fahrzeugs benutzt. Bei solchen Systemen ist der höhere Druck im Antriebssystem erforderlich/ um eine ausreichende Leistung zur Bewegung des Fahrzeugs zu erhalten, wobei es aber nicht notwendig ist, daß die Werkzeuge mit dem wesentlich höheren Druck betrieben werden. Aus diesem Grunde ist das Werkzeugsystem normalerweise nicht für die höheren Drücke konstruiert. Solche höheren Drücke können daher den Ausfall der Komponenten des Niederdrucksystems hervorrufen; beispielsweise können die Leitungen oder dgl. ausfallen, welche das Strömungsmittel mit den entsprechenden Motoren verbinden.
Systeme der beschriebenen Art können aber von ihren Benutzern auch bei den höheren Drücken betrieben werden, wenn die Benutzer es erlernen, daß das Überdruckventil dadurch übersteuert werden kann, daß man einfach ein Paar der Steuerventile des Hochdrucksystems gleichzeitig niederdrückt, um sie miteinander auszugleichen, und wobei gleichzeitig das Überdruckventil auf die höhere Druckstufe erhöht wird. Dies wird durch das gleichzeitige Niederdrücken der Vorwärts- und Rückwärts-Steuerventile erreicht. Durch diesen Vorgang ergibt sich der höhere Druck und höhere Geschwindigkeiten, was den vorzeitigen Ausfall der Systemkomponenten zur Folge haben kann.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Die Erfindung bezweckt ferner ein Dualdruck-Hydrauliksystem mit Mitteln vorzusehen, welche sicherstellen, daß die Drücke des Systems getrennt bleiben. Die Erfindung bezweckt ferner ein Hydrauliksystem mit einem zweistufigen Überdruckventil vorzusehen, um die zwei Drücke des Systems mit einem ausbalancierten (abgeglichenen, symmetrischen) Trennventil festzulegen, wobei dieses Trennventil zwischen dem zweistufigen überdruckventil und den Steuerventilen des Systems angeordnet ist, um sicherzustellen, daß das Überdruckventil
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zur irgendeiner gegebenen Zeit nur mit einem einzigen der Steuerventile in Verbindung steht.
Gemäß dem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hydrauliksystem mit einem zweistufigen Überdruckventil zur Festlegung der zwei Drücke des Systems vorgesehen, und zwar mit Ventilmitteln, um das Übersteuern des Überdruckventils zu verhindern, so daß der höhere Druck des Systems nicht dem Niederdrucksystem zugeführt werden kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie zusammen mit weiteren Vorteilen, Zielen und Einzelheiten der Erfindung auch aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; Die Zeichnung zeigt ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Dualdruck-Hydrauliksystem.
Das in der Zeichnung dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Paar eine veränderbare Verdrängung aufweisende Pumpen 10 und 11, die hydraulisches Strömungsmittel aus einem Reservoir oder Tank 12 absaugen und über Versorgungsleitungen 13, 14 an eine Reihe von Ventilen liefern, die ihrerseits die Richtung des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu einer Vielzahl von Motoren zu deren Betrieb leiten. Strömungsmittel von Pumpe 10 wird über Versorgungsleitung 13 an ein erstes pilotbetätigtes Richtungssteuerventil 15 geliefert, welches Strömungsmittel über ein Paar von MotorSteuerleitungen 16 und 17 an einen Drehmotor 18 liefert, der in diesem System ein Kettenantriebsmotor ist. Das Ventil 15 ist ein offen-zentriertes Ventil, so daß vom Ventil nicht gebrauchtes Strömungsmittel hindurchströmt und über eine Leitung 19 einem zweiten pilotbetätigten Richtungssteuerventil 20 zugeführt wird, welches Strömungsmittel über MotorSteuerleitungen 21 und 22 einem doppelt wirkenden Hydraulikmotor 23 zuführt. In dieser Schaltung dient der Motor 2 3 zum Betrieb von einem oder mehreren Werkzeugen der Maschine. Vom Ventil 2O nicht verbrauchtes Strömungsmittel läuft über geeignete Kanäle hindurch zu einer Rückflußleitung 24, welche das Strömungsmittel über die
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Rückflußleitungen 25 und 26 zum Tank oder Reservoir 12 zurückführt.
Von den jeweiligen Motoren abgegebenes Strömungsmittel fließt längs Rücklaufkanal 27 des Ventilkörpers zur Rückflußleitung 24, um zum Tank oder Reservoir 12 zurückgeführt zu werden.
Über Leitung 14 von Pumpe 11 geliefertes Strömungsmittel wird einem pilotbetätigten Steuerventil 28 zugeführt, welches das Strömungsmittel über die MotorSteuerleitungen 29 und 30 einem reversiblen Drehhydraulikmotor 31 für einen Kettenantrieb des Fahrzeugs zuführt. Durch Ventil 2 8 dem Motor 30 nicht zugeführtes Strömungsmittel läuft über eine Leitung 32 zu einem weiteren pilotbetätigten Richtungssteuerventil 33, welches das Strömungsmittel über Motorsteuerleitungen 34 und 35 einem Hydraulikmotor 36 zum Betrieb von Werkzeugen des Fahrzeugs zuführt. Ausgestoßenes Strömungsmittel von den entsprechenden Motoren wird einem Rücklaufkanal 37 im Ventilkörper zugeführt, um zur Rücklaufleitung 24 und von dort zum Tank 12 zurückgeführt zu werden.
Der durch die Pumpen des Systems gelieferte Maximaldruck wird durch ein zweistufiges Überdruckventil (Dualstufen-Druckfreigabeventil) 38 gesteuert, welches zwischen den Auslassen der Pumpen 10 und 11 und dem Tank 12 angeordnet ist. Das Zweistufen-Überdruckventil 38 ist in Leitungen 39 und 40 zwischen den Auslässen der Pumpen 10 und 11 und den Rücklaufleitungen 25 und zum Tank 12 angeordnet. Der oben beschriebene Hydraulikkreis ist ein Beispiel eines in einem Hydraulikbagger verwendeten Kreises. Das System ist derart ausgelegt, daß maximaler Druck von annähernd 4400 psi an die Kettenantriebsmotore 18 und 31 zum Erhalt maximaler Leistung für die Motorgröße geliefert wird.· Das System ist mit Versorgungsströmungsmittel von annähernd 3600 psi für die Werkzeugmotore des Systems 23 und 36 betreibbar. Das oben beschriebene Hydrauliksystem wird durch einen Pilotkreis gesteuert, der Pilotströmungsmittel zur Verschiebung der entsprechenden Ventile und zur Freigabe der Bremsen des Systems und dgl. liefert. Das Zweistufen-Überdruckventil 38 ist in dieses Pilotsystem derart eingeschaltet, daß dann,
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wenn die Pilotventile, welche die Ventile 15 und 28 für das hochdruckkettensystem betätigen, verschoben werden, das Pilotsystem das Überdruckventil 38 in seine höhere Einstellung für 4400 psi einstellt.
Das Pilotsteuersystem für das vorliegende Hydrauliksystem umfaßt eine Pumpe 41, die Strömungsmittel von Tank 12 über Versorgungsleitungen 42 und 43 einer Vielzahl von Pilotsteuerventilen zuführt, um die entsprechenden Richtungssteuerventile zu steuern. Über die Leitung (Zweig) 43 (der Versorgungsleitung) zugeführtes unter Druck stehendes Strömungsmittel wird als erstes einem Pilotsteuerventil 44 zugeleitet, welches das Strömungsmittel zur einen oder anderen Seite des Ventils 20 liefert, um das Ventil in eine Verbindungsstellung zur Steuerung des Motors 23 zu verschieben. Strömungsmittel wird auch über Pilotleitung 43 dem Pilotsteuerventil 45 zugeführt, welches Strömungsmittel zur einen oder der anderen Seite von Richtungssteuerventil 3 3 liefert, um die Stellung dieses Ventils selektiv zu steuern, um so Strömungsmittel der einen oder anderen Seite des Motors 36 zuzuführen. Von Pumpe 41 wird Pilotströmungsmittel über Leitung 42 den Vorwärts- und Rückwärts-Ventilen 46 und 47 zugeführt, die Strömungsmittel zur Verschiebung der Ventile 15 und 28 liefern, um die Arbeitsweise der Motore 18 und 31 zu steuern. Eines der Ventile 46 oder 47 leitet Strömungsmittel in die Richtung zum Antrieb der Motore gleichzeitig in Vorwärtsrichtung, wohingegen das andere Ventil im Betriebszustand den Antrieb der Motore in der umgekehrten Richtung bewirkt. Die Steuerventile 4 9 und 50 ändern die den Ventilen 15, 28 zugeführten Signale, und zwar zugeführt durch eines der Vorwärtsoder Rückwärts-Ventile 46, 47, um eine Steuerung des Fahrzeugs zu bewirken. Beispielsweise ist das Ventil 4 6 betätigbar, um Strömungsmittel von Versorgungsleitung 42 längs Leitung 51 über Ventil 49 einer Leitung 52 und von dort der einen Seite des Ventils 15 zuzuführen, um dieses Ventil 15 - vgl. die Zeichnung nach oben zu verschieben. Eine Abzweigleitung 53 von Ventil 46 leitet Strömungsmittel durch Ventil 50 über Steuerleitung 54 zur einen Seite des Steuerventils 28, um dieses nach oben zu verschieben.
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Das* Rückwärtsventil 47 leitet im Betätigungszustand Pilotströmungsmittel längs Leitung 55 durch Ventil 50 und über Leitung 56 zur Verschiebung des Ventils 28 nach unten, wobei gleichzeitig Strömungsmittel entlang Pilotleitung 57 durch Steuerventil 49 und längs einer Pilotleitung 58 zur Verschiebung des Ventils 15 nach unten transportiert wird. Auf dieser Weise verschiebt das eine der Vorwärts- und Rückwärts-Ventile 46, 47 - beispielsweise das Ventil 46 - beide Steuerventile 15 und 28 in einer Richtung,während das andere der Vorwärts- und Rückwärts-Ventile 46, 47 - beispielsweise das Ventil 47 - die beiden Steuerventile 15 und 28 in der entgegengesetzten Richtung verschiebt.
Wenn das Ventil 46 aktiviert wird, um die Ventile 15 und zu verschieben, so wird dabei auch Strömungsmittel längs einer Zweigleitung 59 dem einen Ende eines ausbalancierten (abgeglichenen; symmetrischen) Trennventils 60 zugeführt, um dieses Ventil zu verschieben, um die Verbindung des Pilotströmungsmittels über eine Pilotleitung 61 mit dem zweistufigen Überdruckventil 3 8 zu gestatten. Wenn in ähnlicher Weise das Ventil 47 verschoben wird, um durch Pilotströmungsmittel die Ventile 15 und 28 in einer anderen Richtung zu verschieben, so wird Pilotströmungsmittel auch längs einer Leitung 62 der entgegengesetzten Seite des Ventils 60 zugeführt, wo es sodann über Leitung 61 dem Zweistufen-Überdruckventil 38 zugeführt wird. Das Ventil 60 bewirkt die Verbindung von nur einer der Leitungen 59 oder 62 und somit von einem der Ventile 46 oder 47 durch Ventil 60 und Pilotleitung 61 mit dem Pilot- oder Zweistufen-Überdruckventil 38. Wenn somit eines der Ventile 46 oder 47 mit der Pilotleitung 61 verbunden ist, so blockiert das Ventil 60 das andere der Ventile 46 oder 47. Das Trennventil 60 besitzt ein Mittelgehäuse 63 mit einer hindurchgehenden Bohrung 64, einem Paar von Endkappen 65 und 66, die ihrerseits Bohrungen 67 und 68 aufweisen, die konzentrisch mit den Enden der Bohrung 64 verlaufen und Kammern definieren. Ein Ventilkolben 69 ist mittig in der Bohrung 64 angeordnet und steuert die
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JiO
Verbindung zwischen einem Paar von Einlassen 70 und 71 und einem Paar von Auslassen 72 und 73.
Die Einlasse 70 und 71 sind mit den entsprechenden Ventilen 46 und 47 verbunden und der Auslaß 73 steht mit dem zweistufigen Überdruckventil 38 in Verbindung. Der Ventilkolben 69 ist derart ausgebildet, daß nur einer der Einlasse 70 und 71 mit dem Auslaß 73 zur irgendeinem Zeitpunkt verbunden werden kann. Gleichzeitig mit der Verbindung eines Einlasses mit dem Auslaß 73 wird der andere Einlaß blockiert. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Funktionen der Ventile 46 und 47 übersteuert werden, um gleichzeitig den höheren Freigabedruck im System zu erhalten, dadurch daß man die Arbeitsweise des .zweistufigen Überdruckventils 38 übersteuert.
Das Ventil 69 besitzt einen Kanal 74, um den Einlaß 70 mit einer Nut bei 76 zu verbinden, und zwar zum Zwecke der Verbindung mit dem Auslaß 73. Ein zweiter Kanal 75 am entgegengesetzt liegenden Ende des Kolbens verbindet den Einlaß 71 mit einem Auslaß an einer Nut 77, um die Verbindung mit dem Auslaß 73 dann herzustellen, wenn der Kolben in die entgegengesetzte Richtung verschoben ist. Geeignete Zentriermittel, wie beispielsweise elastische Federn 7 8 und 79, stehen mit den Enden des Kolbens 69 in Eingriff, um diesen in eine zentrierte Stellung vorzuspannen.
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Claims (6)

Ansprüche
1.) Hydraulisches System mit einer Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel, einer Vielzahl von Hydraulikmotoren, einer Vielzahl von Steuerventilen zur Leitung von Strömungsmittel von der Quelle zu den Motoren, ein zweistufiges Überdruckventil für das System, um normalerweise einen ersten Druck für das System festzulegen, wobei dieses Überdruckventil auf jedes Steuerventil von mindestens einem Paar von Steuerventilen anspricht, um einen höheren Druck für das System festzulegen, gekennzeichnet durch ein abgeglichenes (zentriertes) Trennventil (60) zwischen dem erwähnten Paar von RichtungsSteuerventilen (15, 28) und dem Überdruckventil (38), um die gleichzeitige Verbindung des erwähnten Paars von Ventilen mit dem Überdruckventil zu verhindern.
2. Hyr" aliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennventil ein Gehäuse mit einer Zylinderbohrung (64) aufweist, in welcher ein Ventilkolben (69) angeordnet ist, und wobei erste und zweite Einlaßmittel (70, 71) in entsprechender Weise mit entgegengesetzt liegenden Enden der Bohrung und dem entsprechenden der Steuerventile (15,28) in Verbindung stehen, um den Ventilkolben gleichzeitig zu verschieben, um die Verbindung mit einem Auslaß (73) herzustel-. len, der in Verbindung mit dem zweistufigen Überdruckventil (38) steht, um den erwähnten höheren Druck einzustellen.
3. Hydrauliksystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vorspannmittel (7 8, 79), um den Kolben in eine zentrierte Stellung vorzuspannen, um die Verbindung zwischen den Einlassen (70, 71) und dem Auslaß (73) zu blockieren.
4. Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (69) ausbalanciert (abgeglichen) ist, um eine zentrierte Stellung aufrechtzuerhalten, welche die Verbindung mit dem Auslaß (7 3) blockiert, wenn unter Druck stehendes Strömungsmittel über die beiden Einlasse (70,71) zugeführt wird.
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5. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (69) einen Kanal (74, 75) aufweist, der eine Verbindung von jedem Ende des Kolbens zu einer von jedem Ende mit Abstand angeordneten Ringnut (76, 77) herstellt, und wobei die Nuten derart angeordnet sind, daß eine einzige der Nuten mit dem Auslaß in Verbindung kommen kann, wenn der Kolben aus der neutralen Stellung heraus verschoben wird.
6. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (69) einen Kanal (74, 75) aufweist, der von jedem Ende des Kolbens aus die Verbindung mit einer von jedem Ende mit Abstand angeordneten Ringnut (76, 77) herstellt, und wobei die Nuten derart angeordnet sind, daß eine einzige der Nuten mit dem Auslaß in Verbindung stehen kann, wenn der Kolben aus der neutralen Stellung heraus verschoben ist.
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