DE2848208B1 - Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit Einspeisefunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit Einspeisefunktion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. In bekannter Weise werden derartige Druckbegrenzungsventile in geschlossene hydraulische Kreisläufe eingesetzt, wobei die Einspeisung des Arbeitsmittels bzw. der Hydraulikflüssigkeit niederdruckseitig von einer Einspeisepumpe über das Druckbegrenzungsventil erfolgt. Die Einspeisung erfolgt entgegen der Durchströmrichtung bei Druckbegrenzungsbetrieb.

Der als Sitzkörper ausgebildete Hauptsteuerkolben des Druckbegrenzungsventils wird bei Druckbegrenzungsbetrieb vom Arbeitsmittel stirnseitig in Bewegungsrichtung angeströmt und bei Einspeisebetrieb seitlich. Damit der Hauptsteuerkolben vom einzuspeisenden Arbeitsmittel zu öffnen ist, muß er eine vom Arbeitsmittel in dessen Öffnungsrichtung beaufschlagbare Ringfläche aufweisen. Diese zusätzliche Ringfläche vergrößert die in Schließrichtung wirksame Fläche des Hauptsteuerkolbens. Dies hat zur Folge, daß bei Druckbegrenzungsbetrieb der Hauptsteuerkolben nicht gleichzeitig mit dem Vorsteuerventil öffnet. Zum öffnen des Hauptsteuerkolbens muß der Druck vor dem Hauptsteuerkolben entsprechend dem Ringflächenbetrag größer sein als der in Schließrichtung wirkende und das Vorsteuerventil in Öffnungsstellung haltende Druck. Diese Voröffnung des Vorsteuerventils gegenüber dem Hauptsteuerkolben wirkt sich als Arbeitsverlust für den hydraulischen Antrieb aus. Dieser Arbeitsverlust ist besonders groß, wenn der hydraulische Antrieb längere Zeit in diesem die Voröffnung des Vorsteuerventils bewirkenden Druckbereich arbeitet.

Zur Vermeidung dieses unwirtschaftlichen Betriebes eines Druckbegrenzungsventils mit Einspeisefunktion ist durch die DE-OS 26 31 922 bereits vorgeschlagen worden, den Hauptsteuerkolben vom Hochdruck seitlich beaufschlagen zu lassen und vom Niederdruck stirnseitig also in Richtung dessen Öffnungsbewegung. Der Vorsteuerkegel ist hierbei mit einem kolbenförmigen Ansatzkörper zur Bildung der wirksamen Druckfläche zum öffnen des Vorsteuerventils versehen. Dieser Ansatzkörper ist in einer mit einer Querbohrung verbundenen Axialbohrung des Hauptsteuerkolbens angeordnet und bildet mit dieser Bohrung die erforderliche Drosselstelle zum Steuerraum des Hauptsteuerkolbens.

Eine solche Ausbildung des Druckbegrenzungsventils mit Einspeisefunktion hat zunächst den Nachteil, daß keine genau definierte Drosselform zwischen kolbenförmigem Ansatz des Vorsteuerkegels und der Bohrung des Hauptsteuerkolbens erzielbar ist und damit Schwankungen des Zwischendruckes auftreten, die sich letztlich in Systemdruckschwankungen äußern. Ferner führt eine solche Ringspaltdrossel zur Temperaturabhängigkeit des eingestellten Druckes. Schließlich wird auch durch die unvermeidbare Reibung des kolbenförmigen Ansatzes in der Bohrung des Hauptsteuerkolbens ein konstantes Druckniveau beeinträchtigt Ein weiterer Mangel ergibt sich durch die seitliche Anströmung des Arbeitsmittels am Hauptsteuerkolben während des Druckbegrenzungsbetriebes, und zwar infolge einer negativen Dämpfungslänge am Hauptsteuerkolben, die bei bestimmten Betriebsverhältnissen Instabilität, d.h. ein Flattern des Hauptsteuerkolbens bewirkt. Ein Nachteil ist auch darin zu erkennen, daß das abgespritzte Hochdrucköl nicht zur Niederdruckseite ventilintern geleitet werden kann. Es sind vielmehr zusätzliche Rückführungskanäle in der Aufnahmeplatte für das in der Regel als Einbaupatrone ausgebildete Druckbegrenzungsventil erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile bei einem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu vermeiden und zugleich die Möglichkeit zu schaffen, daß das Ventil in der Funktion als Druckbegrenzungsventil annähernd verzögerungsfrei öffnet, d. h., mit dem Öffnen des Vorsteuerventils annähernd gleichzeitig ein öffnen des Hauptsteuerkolbens verbunden ist und damit ein wirtschaftlicher Betrieb des Druckbegrenzungsventils gewährleistet ist.

Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung veranschaulicht
F i g. 1 einen Axialschnitt des vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils mit Einspeisefunktion und

F i g. 2 den Einbau dieser Druckbegrenzungsventile in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf in schematischer Darstellung.

In F i g. 1 bezeichnet 1 das Ventilgehäuse, das in einem Steuerblock 2 eingesetzt ist. Der Steuerblock 2 weist den Zufluß oder die Hochdruckseite 3 und den Abfluß oder Niederdruckseite 4 auf. Das Ventilgehäuse 1 ist in einer Ausnehmung 5 des Steuerblockes 2 eingesetzt, wobei eine umlaufende Dichtung 6, die in einer umlaufenden Nut 7 des Ventilgehäuses eingesetzt ist, den Zufluß 3 vom Abfluß 4 gehäuseseitig flüssigkeitsdicht trennt Oberhalb des Abflusses 4 weist das Gehäuse ein Schraubgewinde la auf, das in einem Muttergewinde 2a im Steuerblock 2 eingeschraubt ist

Nach außen ist die Schraubverbindung zwischen Ventilgehäuse 1 und der Ausnehmung 5 im Steuerblock 2 mittels der Dichtung 8 flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Das Ventilgehäuse 1 weist im Zuflußbereich 9 eine schräg verlaufende Sitzfläche 10 für die Sitzkante 11 des Hauptsteuerkolbens 12 auf. Der Hauptsteuerkolben 12 ist zylindrisch, ohne Flächendiffferenz ausgebildet und vom Ringkolben 13 umgeben, der in einer Führungsbohrung 14 des Ventilgehäuses 1 geführt ist. Der Ringkolben 13 und der Hauptsteuerkolben 12 stehen miteinander in gleitender Verbindung. Der Hauptsteuerkolben wird in Richtung der Gehäusesitzfläche 10 von einer schwachen Druckfeder 15 belastet, deren Ende 15a sich an der Wand 17a einer Zwischenplatte 17 abstützt.

Die Zwischenplatte 17 bildet den Ventilsitz 176 für den Vorsteuerkegel 18 und begrenzt den Steuerraum IS für den Hauptsteuerkolben. Sie wird von dem Federgehäuse 20 für die Druckfeder 21 des Vorsteuerkegels 18 auf die Auflagefläche 22 des Ventilgehäuses ί dichtend aufgedrückt. Der Federraum 23, der von dem Federgehäuse 20 begrenzt ist, steht über radiale Ausnehmungen 25 im Federgehäuse mit einem umlaufenden Ringraum 26 zwischen Zwischenplatte 17 und Ventilgehäuse 1 in Verbindung und dieser Raum über radial verlaufende Ausnehmungen 27 mit axial verlaufenden Verbindungsbohrungen 29 im Gehäuse 1, die mit der Abfluß- bzw. Niederdruckseite 4 des Steuerblockes 2 in Verbindung stehen. Damit besteht die Möglichkeit, daß das aus dem Ventilraum 19 bei geöffnetem Vorsteuerkegel 18 in dem Federraum 23 einströmende Arbeitsmittel von dort unmittelbar der Niederdruckseite 4 zugeführt werden kann. Es ist demnach keine besondere Abführung des aus dem Steuerraum 19 in den Federraum 25 strömenden Arbeitsmittels bei geöffnetem Vorsteuerkegel 18 erforderlich. Die Einstellung der Vorspannung der Druckfeder 21 für den Vorsteuerkegel 18 erfolgt durch die Anstellschraube 30, die mit dem Federteller 31 in kraftschlüssiger Verbindung steht und mittels der Kontermutter 32 vor unbeabsichtigtem Verstellen gesichert ist Das Federgehäuse 20 weist ein Schraubgewinde 20a auf, das mit einem Gewinde \b im Gehäuse 1 verschraubt ist. Der Spalt zwischen Gehäuse 1 und Federgehäuse 20 ist mittels einer Dichtung 34 nach außen abgedichtet. Das Ventilgehäuse 1 vereinigt somit den Hauptsteuerkolben, der mit dem Ventilsitz 10 das Hauptventil bildet, mit dem Vorsteuerkegel 18, der mit der Ventilsitzfläche 17Z? der Zwischenplatte 17 das Vorsteuerventil bildet, eine gemeinsame Einbaueinheit zum Einbau in den Steuerblock 2. Im Hauptsteuerkolben 12 ist ein Düseneinsatz 35 in axialer Richtung eingeschraubt, der die Einlaßseite des Ventilgehäuses 1 mit dem Steuerraum 19 verbindet. Übersteigt der am Gehäuseeingang 9 und im Steuerraum 19 wirkende Arbeitsmitteldruck den am Vorsteuerkegel 18 mittels der Druckfeder 21 eingestellten Druck, hebt der Vorsteuerkegel 18 gegen die Kraft der Druckfeder 21 von der Ventilsitzfläche 176 ab und verbindet damit den Steuerraum 19 mit dem Federraum 23, so daß die in den Steuerraum 19 über den Düseneinsatz 35 einströmende Steuerflüssigkeit über den Federraum 23, über die Aussparungen 25, den Ringraum 26 sowie über die radialen Ausnehmungen 27 und über die axial verlaufenden Verbindungsbohrungen 29 zur Niederdruckseite weiterströmen kann. Damit stellt sich im Steuerraum 19 lediglich der am Vorsteuerkegel IS eingestellte Steuerdruck ein. Sobald der zuflußseitig wirkende Druck geringfügig entsprechend der geringen Kraft der Feder 15 ansteigt, hebt sich der Hauptsteuerkolben 12 vom Ventilsitz 10 ab und stellt eine Verbindung von der Zuflußseite 3 zur Abflußseite 4 her, so daß das Arbeitsmittel über diese Verbindung von der Hochdruck- zur Niederdruckseite strömen kann. Der Ringkolben verbleibt hierbei in seiner gezeigten Ausgangslage, da der im Steuerraum 19 wirkende die Stirnfläche 130 des Ringkolbens in Richtung des Zuflußes beaufschlagende Steuerdruck größer ist als der niederdruckseitig wirkende die Stirnfläche 13a des Ringkolbens in Gegenrichtung beaufschlagende Niederdruck Arbeitet das Druckbegrenzungsventil als Einspeiseventil, herrscht auf dessen Niederdruckseite 4 ein höherer Druck als auf dessen Hochdruckseite 3. Demgemäß wirkt auf die Stirnfläche 13a des Ringkolbens 13 ein größerer Druck als auf die im Steuerraum 19 liegende Stirnfläche 136, so daß sich der Ringkolben 13 in Richtung des Steuerraumes 19 verschiebt und mit seiner Stirnfläche 13 den Hauptsteuerkolben über die Anschlagfläche gegen die geringe Kraft der Schließfeder 15 mitnimmt und damit ebenfalls die Hoch- und Niederdruckseite miteinander verbindet, so daß in den Kreislauf Arbeitsmittel zuführbar ist.

In Schließrichtung des Hauptsteuerkolbens stützt sich der Ringkolben 13 an Anschlagflächen leim Gehäuse 1 ab. Der Abstand dieser Abstützflächen Ic zu der Anschlagfläche 12a des Hauptsteuerkolbens in dessen geschlossener Stellung ist geringfügig größer als die axiale Erstreckung des Ringkolbens 13. Damit ist sichergestellt, daß der Haupsteuerkolben seine Schließstellung erreicht Der Hauptsteuerkolben 12 ist zylindrisch ohne Flächendifferenz ausgebildet, so daß der Führungsdurchmesser des Ringkolbens für den Hauptventilkolben in etwa dem Sitzdurchmesser des Hauptventilkolbens entspricht. Dadurch wird der Hauptsteuerkolben bei geschlossenem Vorsteuerkegel 18 auf beiden Stirnseiten von der gleichen Druckkraft beaufschlagt Er wird lediglich von der geringen Kraft der Druckfeder 15 in Schließstellung gehalten. Sobald der Vorsteuerkegel 18 bei Erreichen des eingestellten Druckes öffnet wirkt mit steigendem Druck am Hauptsteuerkolben ein in dessen Öffnungsrichtung gerichtetes Druckungleichgewicht, das den Hauptsteuerkolben nach Überwinden der geringen Kraft der Feder 15 in öffnungsrichtung bewegt. Mit dem öffnen des Vorsteuerkegels findet praktisch gleichzeitig auch ein Öffnen des Hauptsteuerkolbens statt, so daß kein den wirtschaftlichen Betrieb der Hydraulikanlage beeinträchtigender Steuerölverlust des Druckbegrenzungsventils auftritt

Bei dem in Fig. 2 gezeigten hydrostatischen Antrieb, der aus der Pumpe 40 und dem Motor 41 gebildet ist und im geschlossenen Kreislauf in beiden Drehrichtungen arbeitet, ist mit der Pumpe 40 gleichzeitig eine Einspeisepumpe 42 gekoppelt. In diesem geschlossenen Kreislauf sind zwei Druckbegrenzungsventile 44, 45 nach F i g. 1 angeordnet, wobei von der Einspeisepumpe 42 Druckleitungen 46, 47 zu den Niederdruckseiten 4 bzw. 4' der Druckbegrenzungsventile führen. Die Hochdruckseite 3 des Druckbegrenzungsventils 44 ist über die Leitung 50 mit dem einen Getriebezweig 4S verbunden und die Hochdruckseite 3' des Druckbegrenzungsventils 45 ist über die Leitung 51 mit dem anderen Getriebezweig 49 des hydraulischen Getriebes verbunden. Unter der Annahme, daß die Pumpe 40 über den Getriebzweig 48 in Richtung des Hydromotors 41! fördert, bildet dieser Getriebezweig die Hochdruckseite des hydrostatischen Getriebes und der Getriebezweig

49, in dem die Arbeitsflüssigkeit vom Hydromotor 41 zurück zur Pumpe 40 strömt, bildet die Niederdruckseite. Da im Hydromotor 41 sowie in der Pumpe 40 Leckverluste auftreten und diese laufend ersetzt werden müssen, wird von der Einspeisepumpe 42 über das Druckbegrenzungsventil 45 das fehlende Arbeitsmittel zugeführt. Hierbei wird der Hauptsteuerkolben 12' durch den Ringkolben 13' in Offenstellung verschoben.

Für den Fall, daß der Druck hochdruckseitig den am Druckbegrenzungsventil 44 eingestellten Druck übersteigt, öffnet der Hauptsteuerkolben 12 des Druckbegrenzungsventils 44, wobei die Arbeitsflüssigkeit von der Hochdruckseite unmittelbar der Niederdruckseite 4 über das gleichzeitig geöffnete Druckbegrenzungsventil 45 zuführbar ist. Es geht somit kein Arbeitsmittel dem geschlossenen Kreislauf verloren. Dies gilt auch für das vom Vorsteuerkegel 18 abgespritzte Steueröl, das ebenfalls der Niederdruckseite zugeführt wird.

Die gleichen Verhältnisse ergeben sich, wenn die Drehrichtung der Pumpe 40 geändert wird und der Getriebezweig 49 zur Hochdruckseite und der Getriebezweig 48 zur Niederdruckseite wird. In diesem Falle

ίο wird über das Druckbegrenzungsventil 44 eingespeist und über das Druckbegrenzungsventil 45 abgespritzt bei Überschreiten des eingestellten Druckes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit Einspeisefunktion, wobei der Hauptsteuerkolben in der Funktion zur Druckbegrenzung vom Arbeitsmittel in Öffnungsrichtung anströmbar ist und in der Funktion zur Einspeisung vom Arbeitsmittel quer zur Öffnungsrichtung anströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptsteuerkolben (12) von einem Ringkolben (13) umgeben ist und in diesem gleitend geführt ist und der Ringkolben sich in Öffnungsrichtung des Hauptsteuerkolbens an einer Anschlagfläche (i2a) des Hauptsteuerkolbens abstützt und im Ventilgehäuse (1) gleitend geführt ist und vom einzuspeisenden Arbeitsmittel in Öffnungsrichtung des Hauptsteuerkolbens beaufschlagbar ist.

2. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsdurchmesser des Ringkolbens (13) für den Hauptventilkolben (12) in etwa dem Sitzdurchmesser (11) des Hauptventilkolbens entspricht.

3. Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringkolben in Schließrichtung des Hauptsteuerkolbens an Anschlagflächen (ic) im Ventilgehäuse (1) abstützt und der Abstand dieser Abstützflächen zur Abstützfläche (12a/am Hauptsteuerkolben (12) in dessen Schließlage größer ist als die axiale Erstreckung des Ringkolbens.