DE2802675A1

DE2802675A1 - Regelventil mit federrueckstellung

Info

Publication number: DE2802675A1
Application number: DE19782802675
Authority: DE
Inventors: Franz Boss; Friedrich Schreiner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-01-21
Filing date: 1978-01-21
Publication date: 1979-07-26
Also published as: PL212926A1; GB2012922A; IT7947671A0; GB2012922B; BR7900350A; IT1114349B; FR2417046A1

Description

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Es ist bekannt, die Durchflußmenge oder den Druck eines Strömungsmittels durch federbelastete Steuerglieder zu dosieren, wobei die Vorspannung durch Einstellschrauben oder Beilagescheiben variabel sein kann. Bekannt sind auch federbelastete Steuerglieder-Anwendungen, bei denen sich mehrere Federn gegen beiderseits identische Druckplatten abstützen. Es ist weiterhin auch bekannt, die Drehmomente an hydrodynamischen Strömungsbremsen, die mittels eigenen Zu- und Ablauf-Regelventils gesteuert werden, durch die Fixierung eines maximalen Steuerdruckes zu begrenzen.

Bei einem hierbei bevorzugt verwendeten und ebenfalls bekannten Luftdruck-gesteuerten Zu- und Ablauf-Regelventil wurde bisher dem Steuerschieber eine auf den gewünschten maximalen Öffnungshub abgestimmte Spiralfeder zugeordnet, gegen welche der Steuerdruck zu arbeiten hat. Je nach Höhe des Luftdruckes ermöglicht diese Feder einen entsprechend hohen Füllungsgrad im Inneren der Strömungsbremse und damit dort ein mehr oder weniger hohes Drehmoment. Die betriebsoptimale Begrenzung des Strömungsbremsen-Drehmomentes, welche sowohl von Maschine zu Maschine als auch von Einsatzfall zu Einsatzfall verschieden einstellbar sein sollte, muß hierbei jeweils mittels eigener Steuerdruck-Reduzierventile in der Luftzuführungsleitung zum Zu- und Ablauf-Regelventil, also mittels externer Adaption, und somit auch

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bei jeweils unterschiedlichen Anschlußbedingungen vorgenommen werden, um nicht z. B. durch Toleranzabweichungen bei den Bauteilen schädliche Abweichungen vom Soll der Funktion zu verursachen.

Dieser bekannte Stand der Technik erwies sich indessen als nachteilig und fehlerverursachend in vielerlei Hinsicht, insbesondere wegen des ümstandes, daß durch die für Strömungsbremsenkreisläufe typische intensive Abhängigkeit zwischen Geometrie und Bremswirkungs-Verhalten sich die Auswirkungen selbst relativ kleiner Fertxgungstoleranzen bereits so addierten, daß aufwendige Justage-Maßnahmen erforderlich wurden, die jeweils individuell auf die Gesamteinrichtung abzustellen waren. Hierzu wurden dann meistens unterschiedliche Steuerdruckbereiche für die jeweils gleichen vorgegebenen maximalen Bremsmomente erforderlich, was weiter dazu führte, daß die verwendeten Zu- und Ablauf-Regelventile im Zuge von Wartungsaufgaben nicht mehr einfach ausgetauscht werden konnten, sondern zusammen mit der ihnen zugehörigen Strömungsbremse bei jedem Reparaturfall erneut erst auf dem Prüfstand definitiv justiert werden konnten.

Gerade dieser Umstand ist bei weltweit eingesetzten Maschinen hohen Investitionswertes äußerst erfolgshindernd und sehr störend bei einer Serienfertigung.

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Da die Justierung von Federkräften in vielen Bereichen und Variationen vorkommt, sind beispielsweise bei normalen Drucksteuerventxlen bereits auch einschlägige Bemühungen bekannt geworden, jedoch nicht mit gleichen Merkmalen.

Bekannt wurde nach DT-OS 204 9818 zur Behebung an sich ähnlicher Justage-Probleme auch ein mit Feder arbeitendes Steuerventil, bei dem Unterlegscheiben verschiedener Anzahl und Stärke zur Einstellung der Druckfeder verwendet werden, ähnlich wie das allgemeiner Stand der Technik ist. Mit einer solchen Lösung würde jedoch weder ein hinreichend großer Einstellbereich noch auch das gerade in Strömungsbremsenkreisläufen sehr wichtige, sanfte und lineare Federungsverhalten im Endbereich des Federweges erreicht. Ebenfalls unbefriedigend wäre aus ähnlichen Gründen eine Lösung, bei der die Einstellung mit lageveränderlichen Anschlägen mittels gewindegeführter Gegenplatte bewirkt werden müßte, wie sie beispielsweise bei FederSicherheitsventilen häufig ausgeführt wird.

Bekannt wurde weiterhin nach DBP 103 3515 auch eine Drucksteuereinrichtung, bei der zwar ebenfalls zwei konzentrisch angeordnete zylindrische Federungen vorhanden sind. Jedoch sind diese dort nicht vorrangig zur Begrenzung eines bestimmten maximalen Federweges eines einzelnen Ventilkörpers gegen einen Gegendruck eingesetzt, sondern es haben die beiden

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Federn je einen Ventil- und einen Steuerkolben in ihrer jeweiligen Lage abzustützen. Auch ist diese Konstruktion im wesentlichen auf die Stoßdämpfungs- und Verzögerungs-Effekte gerichtet, wie sie bei der Betätigung von Schaltkupplungen erforderlich sind.

Bekannt ist auch eine Anwendung zweier konzentrisch angeordneter Federn in einem Ventil für die Endabschaltung

eines Servomotors ... nach DT-OS 2547 916. Indessen sind

hier die Federn ebenfalls auf dem einen Ende gegen verschiedene Bauteile abgestützt und zwar die eine zwischen dem Gehäuse und der Federbuchse und die andere zwischen dem Betätigungselement und der Federhülse. Zudem erstrebt diese Konstruktion vornehmlich einen wegabhängigen Druckabbau, um den Abschaltpunkt unabhängig vom Endpunkt der Kolbenbewegung festlegen zu können.

Eine befriedigende Lösung der nach der Erfindung aufgezeigten Problematik insbesondere der Begrenzungs-Justierung wird mit allen diesen bekannten Konstruktionen nicht erreicht.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der bewährten Ventil-Konstruktionsmerkmale eine an sich bekannte Drehmo-

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ment-Begrenzungs-Einrichtung für hydrodynamische Strömungsbremsen mit eigenem Zu- und Ablauf-Regelventil, welche Spiralfedern aufweist, die gegen einen Steuerdruck arbeiten, so zu verbessern, daß zumindestens die oben aufgeführten Nachteile ausgeschlossen bzw. vermindert werden.

Mit der Drehmoment-Begrenzungs-Einrichtung nach der Erfindung wird zunächst erreicht, daß eine externe Justierung des Steuerdrucks völlig entfallen kann. Es wird kein Reduzierventil für die Fein-Justage und Durchflußbegrenzung in der Steuerdruck-Zufuhrleitung mehr nötig sein. Der Betreiber hat keine Gelegenheit mehr zu Fehlbedienungen. Weiterhin braucht ein entsprechend ausgeführtes Zu- und Ablauf-Regelventil nicht mehr bei bzw. vor jeder Endmontage eine PrüfStands-Erprobung zusammen mit der ihm individuell zuzuordnenden Strömungsbremse, sondern kann jederzeit für alle diejenigen Strömungsbremsen als voll austauschbares Reserveteil nachgeliefert werden, für welche gleiche allgemeine Betriebsbedingungen, insbesondere maximale Drehmomente vorgesehen sind.

Die weiteren, sich z. T. hieraus automatisch ergebenden Vorteile liegen hauptsächlich in bedeutenden Einsparungen auf dem Sektor der Großserien-Fertigung, bei Lagerhaltung, Prüfwesen und Versand sowie beim Kundendienst,

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Die Drehmoment-Begrenzungs-Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht es_# Zu- und Ablauf-Steuerventile für Strömungsbremsen mit intern vorfixierten Maximalwerten zu fertigen, welche unbefugter Manipulation durch Betreiber nicht mehr zugänglich sind. Hierdurch wird auch die Betriebs- und Bedxensicherhext sehr gefördert.

Vorteilhafte Anwendungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Ausgestaltung der Drehmoment-Begrenzungs-Eihrichtung nach Anspruch 2 wird ein druckgesteuertes Hydraulik-Regel ventil geschaffen, in welchem durch Einbau einer zweiten, vorzugsweise kleineren Feder auf äußerst rationelle Weise die verschiedensten Maximalhübe für die jeweiligen Steuerdrücke fest vorgegeben werden. Gleichzeitig kann damit auch ein preiswerterer Ausgleich von Fertigungstoleranzen bewirkt werden, indem am Prüfstand lediglich die kleinen Justierfedern in großer Vielfalt bzw. Variationsbreite oder Vorspannung verfügbar gehalten und eingesetzt werden. Zur Variation würde es beispielsweise lediglich verschiedener Draht-Durchmesser oder Windungszahlen bzw. Steigungen oder entsprechender Beilagescheiben bedürfen, ohne indessen auch den Außendurchmesser und damit die Einbau-Hauptabmessungen ändern zu müssen.

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Selbstverständlich kann eine Lösung der Aufgaben der Erfindung auch dadurch erfolgen, daß andere als rein zylindrische Federn derartig in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden, daß sie beispielsweise sowohl einen bestimmten Maximalwert fixieren als auch außerdem noch eine bestimmte Federungs-Charakteristik bzw. Kraft-Weg-Relation durch zweckmäßigste Zuordnung bewirken. Hierbei kommen beispielsweise kegelige Federn ebenso in Betracht.

Mit Vorteil läßt sich die Erfindung in ihren wesentlichen Merkmalen auch auf andere federbelastete Druck- und Durchfluß-Regelventile übertragen, um dort in sinngemäß gleicher Weise das Kraft-Weg-Verhältnis zu justieren bzw. zu begrenzen.

Nach Anspruch 3 wird ein Regelventil mit Federrückstellung geschaffen, bei dem die Justierung des Maximalhubes bzw. die Ausgleichung von Fertigungstoleranzen in maßgebenden Bauelementen des Strömungsmittel-Systems durch eine leicht auswechselbare gefesselte Sekundärfeder erfolgt, die so"festgeklemmt ist, daß sie erst in der Endphase des Ventilhubes arbeitet.

Nach Anspruch 4 wird erreicht, daß gleiche Sekundärfedern mittels variabler Anschlag-Distanzen auf unterschiedliche Hübe eingestellt werden können und gleichzeitig auch eine ausreichend korrekte Geradführung der Sekundärfederη in der Hülse gesichert ist.

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Nach Anspruch 5 wird eine Möglichkeit geschaffen, die Feder-Vorspannung der Sekundärfeder beispielsweise zur Feinjustage nach der Montage im Gehäuseinneren von außen her zu verändern.

Nach Anspruch 6 wird schließlich noch eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sogar unter dem vollen Arbeitsdruck und während des Betriebes die Federvorspannung mittels einer Gewindehülse und einer Gewindemutter von außen her verändert werden kann.

Mittels dieser erfindungsgemäßen Merkmale wurde es möglich, die vollständige Behebung der mit den bisher bekannten Zu- und Ablauf-Regelventilen verbundenen Probleme unter unveränderter Beibehaltung einer an sich bewährten Grundkonstruktion zu erreichen.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen im folgenden näher erläutert:

Fig. 1 ist als typisches Anwendungsbeispiel eine Darstellung wiedergegeben, die den prinzipiellen Aufbau einer Drehmoment-Begrenzungseinrichtung eines Strömungsmittel-Kreislaufes verdeutlicht.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch das Zu- und Ablauf-Regelventil .

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In Fig. 1 wird das Ventil über den Anschluß 1 beaufschlagt vom Steuermedium, vorzugsweise Druckluft. Die Strömungsmittel- Zu- und Ablauf-Anschlüsse 2 und 3 führen aus dem Ventilgehäuse 4 an den Ringkanälen 5 und 6 heraus. Ihnen zugeordnet sind am Steuerschieber 7 die Steuerkanten 8 und 9, welche je nach Höhe des Steuerdruckes oder der Gegenkraft der Primärfeder 10 die Ringkanäle 5 und 6 bzw. Anschlüsse 2 und 3 mehr oder weniger abdecken. Die Sekundärfeder 11 begrenzt dabei den Hub des Steuerschiebers' 7 und bewirkt ein weiches Reagieren in der Endlage.

In Fig. 2 sind in mit vorstehender Bezeichnung identischer Numerierung in einer typischen Anordnung zu erkennen: Steuermediumanschluß 1, Strömungsmittel-Zu- und Ablauf-Anschlüsse 2 und 3, Ventilgehäuse 4, Ringkanäle 5 und 6, Steuerschieber 7 mit den Steuerkanten 8 und 9, darin eingesetzt die Primärfeder 10, in welche die Sekundärfeder 11 mittels der Hülse 12 gefesselt eingeschoben ist. An.deren, dem Steuerschieber 7 zugewandten Ende ist ein steifes Bauelement 13 befestigt, welches um etwa den Betrag des Federweges aus der Hülse 12 herausragt. Eine Längen-Verstellbarkeit der Sekundärfeder 11 bzw. ihres Federweges kann mit Hilfe der Gewindehülse 14 und der Gewindemutter 15 vorgesehen werden. Im Falle der Betätigung von außen her würde eine hier nicht gezeigte Betätigung (Schraubendreher o. dergl.) bei der öffnung 16, welche als Stopfbuchse gestaltet sein kann, erforderlichenfalls druckdicht von außen her auch

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beim Betrieb des Ventils die Veränderung des Federweges der Sekundärfeder 11 ermöglichen. Damit würde u. a. erreicht, daß die Federvorspannung jetzt auch unter den echten Betriebsbedingungen erfolgen kann, wie sie beispielsweise beim Fehlen des Öldruckes des Systems, der beim Stutzen 17 ausgleichend angeschlossen ist.

Die Sekundärfeder 11 wirkt nur in der Regelstellung beim Betrieb der Strömungsbremse. Durch die Fesselung wird eine Wirkung bei ausgeschalteter Strömungsbremse vermieden. Je nach Länge der Sekundärfeder 11 und Ausbildung des steifen Anschlag-Bauelementes 13 wird der Hub des Steuerschiebers 7 mehr oder minder frühzeitig gebremst und eingegrenzt. Hierdurch kann eine sehr flexible Anpassung der Steuercharakteristik an die jeweiligen Bedürfnisse aus dem Strömungsmittel-Kreislauf bzw. dem gesamten Maschinenaggregat erfolgen.

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13.01.1979

T-PA sln-a

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Leerseite

Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Regelventil mit Federrückstellung

Patentansprüche;

lij Regelventil mit Federrückstellung, geeignet zur stufenlosen Dosierung von Strömungsmitteln für Hydrauliksysteme mit Hilfe eines Steuerdruckes, insbesondere zur Regelung und Begrenzung des Zu- und Ablaufes bei hydrodynamischen Strömungsbremsen, bestehend aus mindestens einem mit Anschlüssen für das Steuermedium 1, den Zulauf 2 und den Ablauf 3 des Strömungsmittels versehenem Ventilgehäuse 4, welches Ringkanäle 5 und 6 bei den Anschlüssen 2 und 3 aufweist und in welches der Steuerschieber 7 eingesetzt ist, welcher wenigstens zwei, den Ringkanälen 2 und 3 zugeordnete Steuerkanten 8 und 9 hat und auf einer Seite vom Steuermedium und auf der anderen Seite insbesondere von einer vorzugsweise spiralförmig gestalteten Primärfeder 10 in die vom jeweiligen Steuerdruck kommandierte Steuerposition geschoben wird, wobei sich der Steuerschieber 7 mittels der Primärfeder 10

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auf die nicht vom Steuermedium beaufschlagte Bodenplatte des Ventilgehäuses 4 abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Primärfeder 10 mindestens eine weitere im Durchmesser größere oder kleinere, ebenfalls bevorzugt spiralförmige, Sekundärfeder 11 in einer eigenen Hülse 12 gefesselt eingebaut ist und wobei die Federlänge der Primärfeder 10 deutlich größer ist als die der Sekundärfeder 11.
2. Regelventil mit Federrückstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfeder 11 auf an sich bekannte Weise innerhalb der Hülse 12 mittels eingelegter, geeigneter, vorzugsweise steifer, scheibenförmiger Bauelemente 13 unabhängig von der Primärfeder 10 unter veränderbare Vorspannung gesetzt ist.
3. Regelventil mit Federrückstellung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfeder 11 zusammen mit der zu ihrer Fesselung dienenden Hülse 12 leicht auswechselbar von der nicht am Steuerschieber 7 anliegenden Seite der Primärfeder 10 her derart in deren freien Kernraum eingesetzt ist, daß die Oberkante der Hülse 12 zwischen der Bodenplatte des Ventilgehäuses 4 und

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der Primärfeder 10 festgeklemmt wird und sich beide Federn gegen die gleiche Bodenplatte des Gehäuses 4 abstützen.
4. Regelventil mit Federrückstellung nach Anspruch bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfeder 11 mit einem steifen Bauelement 13 koaxial verbunden ist, welches im Ausgangszustand in Richtung Steuerschieber 7 aus der Hülse 12 um mindestens dasjenige Maß herausragt, das dem von der Sekundärfeder 11 aufzunehmenden Federweg entspricht.
5. Regelventil mit Federrückstellung nach Anspruch bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfeder 11 mit einem vorzugsweise mittels Gewindelängen verstellbaren steifen Bauelement 13 zur Einstellung veränderlicher Vorspannungen verbunden ist, welches im wesentlichen besteht aus einer Gewindehülse 14 und einer Gewindemutter 15, bevorzugt derart angeordnet, daß eine Verstellung auch "in Situ" im Gehäuseinneren durch die den Federn zugewandte Bodenplatte des Gehäuses 4 hindurch noch nach dem Zusammenbau des Regelventils erfolgen kann.

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6. Regelventil mit Federrückstellung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Konstruktionselemente vorgesehen sind, welche aus der Federhülse 12 heraus druckdicht durch die Bodenplatte des Ventilgehäuses hindurchführen und die Verstellung der Vorspannung der Sekundärfeder 11 mittels der Gewindemutter 15 von außerhalb des Gehäuses unter vollem Strömungsmitteldruck auch während des Betriebes ermöglichen.

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