DE2643713A1 - Vorrangventil - Google Patents

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGhOFF Rechtsanwalt B. b Alv/GH OFf⁷

MÜNCHEN 81 ■ WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 93 27 74 - TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 28. Sept. 1976 Unser Zeichen: 64 - 1647

The Cessna Aircraft Company, 5800 East Pawnee Road, Wichita, Kansas 67200, USA

Vorrangventil

Die Erfindung betrifft ein Vorrangventil für einen Hydraulikantrieb, der eine Pumpe mit variabler Verdrängung aufweist, die einen Vorrangmotor und wenigstens einen Zusatzmotor speist, wobei der Vorrangströmungskreis eine Drosselstelle enthält.

Bei modernen Hydraulxkanlagen mit variabler Verdrängung ist es häufig erforderlich, für die Pumpenleistung eine Rangfolge festzulegen, da die Pumpe nicht alle Kreisläufe einer Anlage gleichzeitig mit maximaler Strömung beliefern kann. So muß beispielsweise der Lenkkreislauf einer Anlage Vorrang vor allen anderen Kreisläufen derselben Anlage haben. Gemäß einem anderen Beispiel müssen bei einem Mähdrescher die Haspelmotoren Vorrang vor allen anderen Funktionen haben. Die übrigen Funktionen können auch

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Vorrang voreinander erfordern, so daß jede Funktion der Anlage einen anderen Vorrang haben kann.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, um eine vorrangige Strömung als Funktion des Druckes zu erzielen, der an einem überdruckventil in Strömungsrichtung hinter der Vorrangstelle vorhanden ist. Es kann auch die Federkraft auf den Lastfedern eines herkömmlichen Ventils verändert werden. Ferner ist aus der US-PS 3,229,717 ein Verfahren bekannt, um eine vorrangige Strömung zu erhalten, indem ein Strömungsteilerventil benutzt wird.

Das Vorrangventil nach der Erfindung kann in einer modernen druck- und strömungskompensierten Anlage mit variabler Verdrängung verwendet werden, die auch unter der Bezeichnung lastabhängige Anlagen bekannt sind. Das Ventil kann auch in entweder nur druckausgeglichenen oder nur strömungsausgeglichenen Anlagen verwendet werden, ebenso in Anlagen mit offener oder geschlossener Mittenstellung. Das Ventil wird durch ein Servoglied mit zwei gegenüberliegenden Kammern gesteuert, welche den Druckabfall an einer Drosselstelle in dem vorrangigen Strömungspfad messen und die Ventilspindel des Vorrangventils entsprechend stellen, um die Nebenströmung zu unterbrechen, wenn die Vorrangströmung unzureichend ist, und um die Vorrangströmung zu mindern, wenn sie in einem Übergeschwindigkeitszustand zu stark wird. Die Pumpe wird von demselben Signal gesteuert, das die Servoeinrichtung betätigt. Wird die Vorrangströmung beispielsweise blockiert, etwa wenn ein Zylinder ausfällt, kann der Vorrangströmungskreislauf nicht mehr mit ausreichend Druck versorgt werden, und die Pumpe steigt bis auf ihr höchstes Druckniveau. Bevor sie dieses Druckniveau erreicht, öffnet ein Überdruckventil in der Steuerleitung und erzeugt ein falsches Strömungssignal an der Servoeinrichtung des Vorrangventils. Dieses falsche Strömungssignal zeigt eine richtige Vorrangströmung an und öffnet den Nebenströmungsweg zu der Pumpe, obwohl der Hauptmotor nicht mit Strömung versorgt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorrangventil der eingangs genannten Art zur Verwendung in einer lastabhängigen Anlage zu schaffen, welches eine N'öbenströmung so lange zuläßt, wie die Vorrangströmung nicht darunter leidet oder der Vorrangströmungspfad blockiert ist und welches die Vorrangströmung drosselt, wenn die Anlage eine Maximalgeschwindigkeit oder -drehzahl zu überschreiten droht.

Das Vorrangventil nach der Erfindung soll sowohl in einer Hydraulikanlage mit offener als auch mit geschlossener Mittenstellung verwendbar sein.

Die gestellte Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine mit dem Pumpenauslaß verbundene Einlaßkammer, durch eine mit dem Vorrangmotor verbundene Vorrangauslaßkammer, durch eine mit dem Zusatzmotor verbundene Zusatzauslaßkammer, durch eine von einem Doppelkammerservoglied gesteuerte Ventilspindel, durch eine auf die Ventilspindel wirkende und diese in eine Richtung drückende Vorspannfeder, durch eine Meßleitung, die eine Kammer des Doppelkammerservogliedes mit einer Stelle in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle und mit der Pumpensteuerung verbindet, durch eine Zweigleitung, die die andere Kammer des Doppelkammerservogliedes mit einer Stelle in Strömungsrichtung vor der Drosselstelle verbindet, und durch eine solche Ausbildung der Ventilspindel, daß diese in einer ersten, durch die Vorspannfeder hergestellten Stellung die Strömung zu der Zusatzauslaßkammer sperrt, jedoch zu der Vorrangauslaßkammer freigibt, und daß die Ventilspindel in einer zweiten Stellung die Strömung zu der Zusatzauslaßkammer freigibt, wenn der Druck in der Zweigleitung eine größere Kraft erzeugt als der Druck in der Meßleitung in Verbindung mit der Kraft der Vorspannfeder.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt des Vorrangventils nach der Erfindung mit schematischer Darstellung der übrigen Bauteile der Hydraulikanlage.

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Das in der Figur dargestellte Vorrangventil 10 umfaßt eine Längsbohrung 12, die sich durch die Nebenauslaßkammer 14, die Pumpeneinlaßkammer 16 und die Hauptaus laßkammer 18 erstreckt. Das in der Zeichnung rechte Ende der Längsbohrung 12 ist verbreitert und bildet eine Servokammer 20. In der Längsbohrung 12 sitzt eine Ventilspindel 22 mit durch Ringnuten 28 und 30 voneinander getrennten SteuerStegen 24 und 26. Zur Verbesserung der Steuercharakteristik sind beide Steuerstege 24 und 26 mit abgeschrägten Kanten 25 bzw. 27 versehen. Es können auch andere Einrichtungen, etwa Kerben, vorgesehen sein. Die Ventilspindel 22 wird durch eine Druckfeder 32 und eine Anschlußbuchse 35 fest gegen die Stirnseite der Längsbohrung 12 gedrückt. Die Vorrangströmung gelangt durch eine öffnung 34 aus dem Ventil 10 heraus, während die Nebenströmung durch die öffnung 36 nach draußen gelangt. Über die öffnung gelangt Druck aus der Steuerleitung in die Servokammer 20.

Die Anlage wird von einer Pumpe 40 mit variabler Verdrängung mit Fluiddruck versorgt. Die Pumpe 40 ist eine herkömmliche Axialkolbenpumpe mit variabler Verdrängung, mit Druck- und Strömungsausgleich, wie sie etwa in der US-PS 3,508,847 beschrieben ist. Es können auch Pumpen nur mit Druckausgleich oder nur mit Strömungsausgleich verwendet werden. Die Druck- und Strömungsausgleichseinrichtungen der Pumpe 40 werden durch die Steuerleitung 42 gesteuert, welche den Druck in dem Vorrangstromungsweg in Strömungsrichtung hinter der einstellbaren Drosselstelle mißt. Der Vorrangoder Hauptmotor 46 mit beliebiger Funktion in der Hydraulikanlage wird über die öffnung 34 mit Strömung aus dem Ventil versorgt, während der Hilfsmotor 48 über die öffnung 36 mit Strömung aus dem Ventil 10 versorgt und durch eine einstellbare Drosselstelle 50 gesteuert wird. In der bevorzugten Ausführungsform sind beide einstellbaren Drosselstellen 44 und 50 herkömmliche Steuerventile, sie können aber auch durch jede beliebige einstellbare oder feste Drosselexnrxchtung ersetzt werden, die in der Lage ist, einen Druckabfall aufgrund einer durch sie fließenden Strömung zu erfassen.

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In der Steuerleitung 42 42 ist eine feste Drosselstelle 52 vorgesehen sowie ein überdruckventil 54, das auf ein Druckniveau-etwas unterhalb des durch die Pumpe 40 gelieferten Höchstdruckes der Anlage eingestellt ist.

Die Nebenströmung zum Motor 48 wird durch eine Meßleitung 56 gemessen, welche die Pumpe 40 über die Meßleitungen 56 und 42 mit Druck von der Drosselstelle 50 versorgt. Der Druck in Strömungsrichtung vor der Drosselstelle 50 wird innerhalb der Pumpe 40 gemessen. In den Meßleitungen 42 und 56 sind Rückschlagventile 58 und 60 eingesetzt, die verhindern, daß Fluid in die Meßleitungen zurückströmt oder daß zwischen den Meßleitungen 42 und 56 eine Querverbindung entsteht. Die Meßleitung 42 liefert nicht nur ein Signal für die Pumpe 40, sondern liefert auch über die Zweigleitung 62 Druck in der Servokammer 20 zum Betätigen des Vorrangventils 10.

Wirkungsweise :

Hydraulikfluid aus der Pumpe 40 gelangt durch die Pumpeneinlaßkamm'er 16 in das Vorrangventil. Fließt keine Strömung zum Vorrangmotor 46, so entsteht kein Druckabfall an der einstellbaren Drosselstelle 44, so daß gleicher Druck in den beiden Servokammern 19 und 20 besteht, der die sich gegenüberliegenden Enden der Ventilspindel 22 beaufschlagt. Bei fehlendem Druckunterschied hält die Feder 32 die»ventilspindel 22 ganz nach links gedrückt, so daß der Steuersteg 26 jegliche Nebenströmung in die Kammer 14 verhindert. Nimmt die Strömung zum Motor 46 zu, so entsteht ein Druckabfall an der einstellbaren Drosselstelle 44 und verursacht eine Drucksteigerung in der Servokammer 19, die den Druck vor der Drosselstelle 44 mißt. Sobald der Druck in der Kammer 19 die gemeinsame Kraft von Feder 32 und Druck in der Kammer 20 übersteigt, wandert die Ventilspindel 22 nach rechts und öffnet den Nebenströmungsweg, wenn sich die Ringnut 30 in die Kammer 14 öffnet. Übersteigt die Vorrangströmung ihren eingestellten Wert,z.B. entsprechend der Maximaldrehzahl des Haspelmotors, bewegt sich die Ventilspindel

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noch weiter nach rechts, und der Steuersteg 26 beginnt, die Vorrangströmung zu begrenzen. Wenn die einstellbare Drosselstelle 44 vollständig geschlossen ist, so daß alle Strömung in dem Vorrangströmungspfad unterbrochen ist, fällt der Druck in der Steuerleitung 42 im wesentlichen auf Null ab und veranlaßt die Pumpe, sich in den Wartezustand einzustellen oder auf eine beliebige Last, die von dem Motor 46 getrieben wird. Das Schließen der einstellbaren Drosselstelle 44 jedoch verursacht auch eine Verschiebung der Ventilspindel 22 nach rechts, und zwar aufgrund des Druckabfalls in der Servokammer 20, so daß die Pumpenleistung zum Hilfsmotor 48 strömt. In diesem Fall wirkt nun die einstellbare Drosselstelle 50 als Pumpenströmungssteuerung über die Meßleitungen 56 und 42 und verursacht die richtige Einstellung der Pumpenströmungsmenge.

Ist der Hauptmotor 46 blockiert, etwa wenn ein Zylinder ausfällt, kann der Strömungsbedarf der Drosselstelle 44 nicht gedeckt werden, wodurch aufgrund der linken Stellung des Steuersteges 2 6 keinerlei Nebenströmung in die Kammer 14 gelangt. Wenn der Motor 46 blockiert ist und die Drosselstelle 44 nicht genügend Strom erhält, steigt die Pumpe 40 auf ihr höchstes Druckniveau. Bevor jedoch dieses Niveau erreicht wird, öffnet das überdruckventil 54 in der Meßleitung 42 und verhindert, daß der Druck in dieser Leitung über dieses Niveau steigt. Die feste Drosselstelle 54 in der Meßleitung 42 verhindert ein Überströmen des Überdruckventils 54 und sorgt dafür, daß der Druck in der Leitung 42 den Überdruck des Ventils 54 nicht übersteigt. Sobald das Überdruckventil 54 öffnet, stabilisiert sich der Druck in der Meßleitung 42 und der Servokammer 20, während sich der Pumpendruck weiter aufbaut. Dies verursacht einen künstlichen Druckabfall zwischen den Servokammerη 19 und 20, da die Servokammer 19 dem steigenden Pumpendruck ausgesetzt ist, während die Servokammer 20 weiterhin auf dem Niveau des Überdruckventils 54 gehalten wird. Dieses Druckdifferential verursacht die Ventilspindel 22, sich nach rechts zu verlagern, wodurch sich die Pumpeneinlaßkammer 16 in die Nebenauslaßkammer 14 öffnet, obwohl der Vorrangströmungsweg nicht genügend Strom erhält. Die einstellbaren Drosselstellen 44 und 50 sind als Steuerventile mit geschlossener Mittenstellung dargestellt, es können aber auch feste Drosselstellen oder Steuerventile mit offener Mittenstellung sein.

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Claims (7)

Patentansprüche

1.) Vorrangventil für einen Hydraulikantrieb, der eine Pumpe

mit variabler Verdrängung aufweist, die einen Vorrangmotor
und wenigstens einen Zusatzmotor speist, wobei der Vorrangströmungskreis eine Drosselstelle enthält, g e k e η η zeichnet durch eine mit dem Pumpenauslaß verbundene
Einlaßkammer (16) , durch eine mit dem Vorrangmotor (46) verbundene Vorrangauslaßkammer (18), durch eine mit dem Zusatzmotor (48) verbundene Zusatzauslaßkammer (14) , durch eine
von einem Doppelkammerservoglied gesteuerte Ventilspindel,
durch eine auf die Ventilspindel wirkende und diese in eine
Richtung drückende Vorspannfeder (32), durch eine Meßleitung (56) , die eine Kammer des Doppelkainmerservogliedes mit einer Stelle in Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle und mit der Pumpensteuerung (42) verbindet, durch eine Zweigleitung, die die andere Kammer des Doppelkammerservogliedes mit einer Stelle in Strömungsrichtung vor der Drosselstelle verbindet, und durch eine solche Ausbildung der Ventilspindel, daß diese in einer ersten, durch die Vorspannfeder hergestellten Stellung die Strömung zu der Zusatzauslaßkammer (14) sperrt, jedoch zu der Vorrangauslaßkammer (18) freigibt, und daß die
Ventilspindel in einer zweiten Stellung die Strömung zu der
Zusatzauslaßkammer freigibt, wenn der Druck in der Zweigleitung eine größere Kraft erzeugt als der Druck in der Meßleitung in Verbindung mit der Kraft der Vorspannfeder.

2. Vorrangventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in der Meßleitung (42) liegende feste Drosselstelle (52) und durch ein überdruckventil (54) , welches in

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Strömungsrichtung hinter der Drosselstelle angeordnet ist und einen öffnungsdruck hat, der kleiner ist als der Maximaldruck-Ausgleichspegel der Pumpe.

3. Vorrangventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilspindel (22) eine dritte Stellung einnehmen kann, in der der Strömungseinlaß zu der Zusatzauslaßkammer (14) freigegeben ist und die Strömung zu dem Vorrangmotor zunehmend abgeschnürt wird, wenn der Druck in der Zweigleitung die der zweiten Stellung der Ventilspindel entsprechenden Drücke überschreitet.

4. Vorrangventil nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine in die zudem Zusatzmotor (48) führende Fluidleitung eingeschaltete einstellbare Drosselstelle (50), durch eine Zusatzleitung (56), die in Strömungsrichtung hinter der einstellbaren Drosselstelle (50) angeschlossen und mit der Strömungssteuerung der Pumpe (40) verbunden ist.

5. Vorrangventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine zur Aufnahme der Ventilspindel dienende Bohrung in einem Gehäusekörper vorgesehen ist, daß die Einlaßkammer (16), die Vorrangauslaßkammer (18) und die Zusatzauslaßkammer (14) die Bohrung schneiden.

6. Anwendung des Vorrangventils nach Anspruch 1 bis 5 für Servolenkungen.

7. Anwendung des Vorrangventils nach Anspruch 1 bis 5 in Verbindung mit einer automatischen Pumpensteuerung mit Druckströmungskompensation.

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