DE3131067A1

DE3131067A1 - Durchfluss- und druckkompensiertes ventil sowie anwendung desselben in einem pumpenkreislauf

Info

Publication number: DE3131067A1
Application number: DE19813131067
Authority: DE
Inventors: John D. Hubbard Trumbull County Ohio Petro
Original assignee: Commercial Shearing Inc
Current assignee: Commercial Shearing Inc
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1982-11-18
Also published as: FR2500563A1; JPS57143181A; AU549665B2; AU7488981A; FR2500563B1; GB2093952A; IT1142899B; GB2093952B; IT8149499A0; CA1150590A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein durchfluß- und druckkompensiertes Ventil sowie einen Pumpenkreislauf, in dem dasselbe vorgesehen ist, und insbesondere betrifft die Erfindung ein durchfluß- und druckkompensiertes Ventil/ das dazu verwendet werden kann, den Ausstoß bzw. die Ausgangsleistung einer Kolbenpumpe mit variablem Hub allein oder in Verbindung mit einer parallel dazu vorgesehenen Zahnradpumpe zu steuern bzw. regeln.

Die Verwendung von durchfluß- und druckkompensierten Ventilen in Verbindung mit Zahnradpumpen ist auf hydraulischem Gebiet üblich. Solche Anordnungen erfordern eine gewisse Art von Nebenschluß- oder kompensiertem Einlaßabschnitt, um wirksam zu sein, und zwar wegen der festen Verdrängung der Zahnradpumpe. Diese Anordnung ist natürlich wegen des Leistungsverlusts, der beim Pumpen von Öl auftritt, das nicht zur Arbeit benutzt sondern einfach im Nebenschluß geleitet wird, energieverschwendend.

Kolbenpumpen mit variabler Verdrängung, wie beispielsweise Taumelscheibenpumpen, sind seit langem verfügbar. Jedoch war bisher·keine einfache Anordnung verfügbar, die es ermöglicht hätte, Standardventilkonfigurationen bzw. -ausbildungen dazu zu verwenden, um solche Pumpen zur Erzielung einer Durchfluß- und Druckkompensation zu benutzen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilaufbau zur Verfügung gestellt, der auf einem konventionellen Ventil vom mittig offenen Typ basiert, in dem ein spezieller Ventilschieber verwendet wird, welcher ein Signal liefert, das zur Steuerung bzw. Regelung der Verdrängung einer Kolbenpumpe mit variabler Verdrängung dient, so daß eine durchfluß- und druckkompensierte Anordnung erzielt wird, ohne daß es zu den Lei-

stungsverlusten kommt/ die mit der Verwendung von Zahnradpumpen mit fester Verdrängung verbunden sind. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit einer einzigen Kolbenpumpe von variabler Verdrängung verwendet werden, oder in einer Anordnung, in der eine Kolbenpumpe von variabler Verdrängung und eine Zahnradpumpe parallel vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung wird ein Ventilgehäuse zur Verfügung gestellt, das eine mittige Auslaßkammer hat; sowie ein Paar von parallelen Einlaßdruckkammern, und zwar je eine auf je einer der beiden entgegengesetzten Seiten der Auslaßkammer; ein Paar von Arbeitskammern, und zwar je eine auf je einer der entgegengesetzten Seiten der parallelen Kammern; und ein Paar von Exhaust- bzw. Ausflußkammern, von denen je eine an jedem Ende des Gehäuses auf je einer der entgegengesetzten Seiten der Arbeitskammern vorgesehen ist; ein Paar Arbeitskanäle, die mit den Arbeitskammem verbunden sind; einen Einlaßkanal, der mit den parallelen Kammern verbunden ist; einen Auslaßkanal, der mit der Auslaßkammer verbunden ist; eine Bohrung, die sich durch das Gehäuse erstreckt und alle erwähnten Kammern schneidet bzw. durchsetzt; und einen langgestreckten Ventilschieber bzw. eine langgestreckte Ventilspindel, der bzw. die sich durch die Bohrung erstreckt und darin beweg- bzw. verschiebbar ist; wobei dieser Ventilschieber bzw. diese Ventilspindel eine axiale Bohrung an jedem Ende hat, sowie ein Paar von im Abstand voneinander vorgesehenen radialen Kanälen injedem Ende des Ventilschiebers bzw. der Ventilspindel, die eine Verbindung zwischen der Außenseite des Ventilschiebers bzw. der Ventilspindel und der axialen Bohrung an jedem Ende bilden und dazu geeignet sind, die Arbeitskammer und die Auslaßdruckkammer zu verbinden, wenn der Ventilschieber bzw. die Ventilspindel so bewegt bzw. verschoben wird, daß er bzw. sie Druckströmungsmittel von einer parallelen Kammer an die Arbeitskammer liefert; wodurch die Auslaßdruckkammer ein Drucksignal zum Steuern bzw. Regeln der Verdrängung einer Kolbenpumpe von variabler Verdrängung liefert.

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Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend anhand einiger in den Figuren 1 bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Zeichnung einer Mehrfachventiianordnung, die Druckströmungsmittel von einer Kolbenpumpe von variabler Verdrängung erhält, deren Verdrängung durch ein Signal von diesen Ventilen bzw. dieser Mehrfachventilanordnung gesteuert bzw. geregelt wird;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Mehrfachventilanordnung, die Druckströmungsmittel von einer Zahnradpumpe und einer Kolbenpumpe von variabler Verdrängung erhält, die parallel zueinander angeordnet sind, worin die Verdrängung der Kolbenpumpe durch die Ventile bzw. die Mehrfachventilanordnung gesteuert bzw. geregelt wird; und

Figur 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Ventils gemäß der Erfindung.

Es sei nun auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, worin ein Ventilgehäuse 10 dargestellt ist, das eine konventionell offene Mitte hat, sowie einen Parallelkanal· bzw. -durchlaßaufbau, der eine mittige Kammer 11 aufweist, die mit einem Auslaßkanal 12 verbunden ist, und ein Paar Kammern 13 und 14 auf entgegengesetzten Seiten der mittigen Kammer 11, die normalerweise Einlaßkammern sind, welche mit einem Einlaßkanal 15 verbunden sind, weiter ein Paar parallele Kammern 16 und 17 auf entgegengesetzten Seiten der Kammern 13 und 14, die mit einem Einlaßkanal 18 und einem Auslaßkanal· 19 verbunden sind, außerdem ein Paar Arbeitskammern 20 und 21 auf entgegengesetzten Seiten der parailelen K.-mmern, die entsprechende Arbeitskanäie 22 und 23

haben, und schließlich ein Paar Exhaust- bzw. Ausflußkammern 24 und 25 auf entgegengesetzten Seiten der Arbeitskammern 20 und 21, welche mit Kanälen 26 und 27 verbunden sind. Eine mittige langgestreckte Bohrung 30 erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses .10 zum anderen Ende desselben und schneidet bzw. durchsetzt alle Kammern 11, 13, 14, 16, 17, 20, 21, 24 und Ein langgestreckter Ventilschieber 31, beispielsweise eine Ventilspindel, ist in der Bohrung 30 beweg- bzw. verschiebbar. Die Ventilspindel 31 hat eine mittige Nut 32, welche die Kammern 11, 13 und 14 in der neutralen Position verbindet, sowie ein Paar Nuten 33 und 34 auf entgegengesetzten Seiten der mittigen Nut 32, die sich in der neutralen Position innerhalb der Arbeitskammern 22 und 23 befinden. Der Ventilschieber 31 hat außerdem axiale Bohrungen 35 und 36 an seinen entgegengesetzten Enden, sowie im Abstand voneinander vorgesehene radiale Kanäle 37 und 38, von denen je einer von je einer der Bohrungen 35 und 36 benachbart dem jeweiligen inneren Ende 35a bzw. 36a der Bohrung 35 bzw. 36 ausgeht, und weiter im Abstand voneinander vorgesehene radiale Kanäle 39 und 40, von denen je einer von je einer der Bohrungen 35 und 36 ausgeht und zu der entsprechenden Nut 33 bzw. 34 führt. Jede der Bohrungen 35 und 36 ist zwischen ihren beiden radialen Kanälen 37 bzw. 38 einerseits und 39 bzw. 40 andererseits durch Stopfen 41 bzw. 42 unterteilt (die Radialkanäle 37 bis 40 sind vorzugsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, solche Radialkanäle, die völlig durch den Ventilschieber 31 hindurchgehen, also mindestens zwei radial entgegengesetzte Abschnitte umfassen), wobei die beiden Stopfen 41 und 42 je einen mittigen axialen Kanal 43 bzw. 44 haben, der normalerweise durch je eine federbelastete Kugel 45 bzw. 46 geschlossen ist.

Das Ventil nach der Erfindung kann allein oder in einer Mehrfachanordnung, wie in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht ist, dazu angewandt werden, die Verdrängung einer Kolbenpumpe von variabler Verdrängung zu steuern bzw. zu regeln. In Figur 2 ist eine Kolbenpumpe 50 von variabler Verdrängung dargestellt.

die Druckströmungsmittel an die parallelen Kammern 16 und 17 der aufeinanderfolgenden Ventile liefert, und zwar durch einen Einlaßabschnitt 51 und eine Blockierungs- bzw. Absperrplatte 52, welche es dem Einlaßdruckströmungsmittel,cas von der Pumpe 50 herkommt, nur ermöglicht, zu parallelen Kanälen zu fließen und normalerweise die Einlaßkammern 13 und 14 sowie den Einlaßkanal 15 absperrt. Die mittigen Kammern 11 und der Auslaßkanal 12 sind durch eine Leitung 59 mit einem Steuer- bzw. Regelkompensator 60 auf bzw. an der Pumpe 50 verbunden, der die Verdrängung der Pumpe steuert bzw. regelt. Der Steuer- bzw. Regelkompensator 60 ist über eine Leitung 61 mit dem Ausgang der Pumpe 50 verbunden, und das Druckdifferential bzw. der Druckunterschied zwischen der Leitung 59 und der. Leitung 61 bewirkt, daß der Kompensator 60 die Verdrängung der Pumpe 50 einstellt bzw. dient als Steuer- bzw. Regelgröße für die jeweilige Einstellung der Verdrängung der Pumpe 50 durch den Kompensator 60.

In Figur 3 ist eine Anordnung dargestellt, in der eine Zahnradpumpe 70 parallel mit einer Kolbenpumpe 71 von variabler Verdrängung vorgesehen ist, wobei beide Pumpen Strömungsmittel zu einem speziellen kompensierten Einlaßventil 72 fördern, das seine Eingangsleitung 73 mit den parallelen Kammern 16 und 17 verbindet sowie-' außerdem die offenen mittigen Kanäle 13 und 14 mit einem Pumpenkompensator 75 auf bzw. an der Pumpe 71 über eine Leitung 76 verbindet. Das Kompensatoreinlaßventil ist außerdem mit einem Entlastungsventilteil versehen, der Strömungsmittel im Nebenschluß zu den Exhaust- bzw. Ausflußkammern führt, und zwar wegen der Zahnradpumpe 70 und dem konstanten Volumen bzw. der volumenmäßig konstanten Fördermenge, das bzw. die diese liefert.

In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der je eine zylindrische Patrone 80 vorgesehen ist, die eine Kugel, eine Feder und einen Sitz bzw. Ventilsitz enthält und jewrils anstelle der Kugel, der Feder und des Sitzes bzw. des Ventilsitzes der Ausbildung nach Figur 1 eingesetzt

ist. Alle anderen Teile sind die gleichen wie in Figur 1.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen sowie speziell beanspruchten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich aus den gesamten unterlagen ergibt, in vielfältiger Weise mit Erfolg abwandeln; insbesondere umfaßt die Erfindung auch die beschriebene Anordnung des durchfluß- und druckkompensierten Ventils in Verbindung bzw. in K>mbination mit einem Hydraulikpumpenkreis bzw. einer Hydraulikpumpenschaltung zur Erzielung eines kompensierten Durchflusses und Druckes.

Claims

PATENTANWÄLTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

29 83 JS/an

COMMERCIAL SHEARING, INC. Youngstown, OH 44501, USA

Durchfluß- und drückkompensiertes Ventil sowie Anwendung desselben in einem Pumpenkreislauf

PATENTANSPRÜCHE

Durchfluß- und druckkompensiertes Ventil, mit dem der Eingang zu dem demselben, der von einer Kolbenpumpe mit variabler Verdrängung herkommt, Steuer- bzw. regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt: ein langgestrecktes Gehäuse (10); eine mittige Auslaßkammer (11) in dem Gehäuse; ein Paar von parallelen Einlaßdruckkammern (16,17) auf entgegengesetzten Seiten der Auslaßkammer (11); ein Paar Arbeitskammern (20,21) auf entgegengesetzten Seiten der parallelen Kammern (16,17); ein Paar Exhaust- bzw. Ausflußkammern (24,25) auf entgegengesetzten Seiten der Arbeitskammern (20,21); ein Paar Arbeitskanäle (22,23), die mit den Arbeitskammern (20,21) verbunden sind; einen· Einlaßkanal (18) zur Aufnahme von Druckströmungsmittel, der mit den parallelen Kammern (16,17) verbunden ist; einen Auslaßkanal (12), der mit der Auslaßkammer (11) verbunden ist; eine Bohrung (30), die sich in Längsrichtung durch das Gehäuse (10) erstreckt und alle erwähnten Kammern .(11,16,17,20,21,24,25) schneidet; und einen langgestreckten Ventilschieber (31), der sich durch die Bohrung

(30) erstreckt und darin bewegbar ist; wobei der Ventilschieber

(31) an jedem Ende eine axiale Bohrung (35,36) hat, sowie ein

Paar von im Abstand voneinander angeordneten radialen Kanälen (37,39;38,40) in jedem Ende des Ventilschiebers (31) vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen der Außenseite des Ventilschiebers (31) und der- axialen Bohrung (35,36) an zwei im Abstand voneinander vorgesehenen Stellen in jeder Bohrung (35, 36) bilden; wobei ferner der Ventilschieber (31) eine Arbeits^- kammer (20 bzw. 21) und die Auslaßkammer (11) verbinden kann, wenn der Ventilschieber (31) in eine Arbeitsposition bewegt wird, in der er eine parallele Kammer (16 bzw. 17) und die eine Arbeitskammer (20 bzw. 21) verbindet; so daß dadurch die Auslaßdruckkammer (11) ein Drucksignal von der.einen Arbeitskammer (20 bzw. 21) durch einen Auslaßkanal (12) zum Steuern bzw. Regeln der Verdrängung einer Kolbenpumpe (50) mit variabler Verdrängung liefert.
2. Durchfluß- und druckkompensiertes Ventil nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar Einlaßkammern (13,14) zwischen der Auslaßkammer (11) und den beiden parallelen Einlaßkammern (16,17) liegt und mit einem Einlaßkanal (15) verbunden bzw. verbindbar ist, der eine konventionelle mittig offene Ventilgehäusekonfiguration bildet, und daß eine Einrichtung (52) auf bzw. in dem Gehäuse vorgesehen ist, welche die Einlaßkammern (13,14) gegen die Aufnahme von Druckströmungsmittel von dem Einlaßkanal (15) her blockiert.
3.- Durchfluß- und druckkompensiertes Ventil nach Anspruch

1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Rückschlagventileinrichtung (80) in jeder Bohrung (35,36) im Ventilschieber (31) vorgesehen ist, welche jede Bohrung (35, 36) in zwei Kammern unterteilt, wobei eine Kammer mit einem Satz von radialen Kanälen (37,38) in dem Ventilschieber (31) verbunden ist, während die andere Kammer mit dem anderen Satz von radialen Kanälen (39,40) des Paares von radialen Kanälen (37,39;38,40) verbunden ist.
4. Durchfluß- und druckkompensiertes Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrung (35,36) in dem Ventilschieber (31) mittels einer Stopfeneins at zeinrichtung (41,42) in zwei Kammern unterteilt ist, wobei in dieser Stopfeneinsatzeinrichtung (41,42) ein axialer Kanal (43,44) und eine federbelastete Kugeleinrichtung (45,46) vorgesehen ist, wobei letztere den Kanal (43,44) normalerweise schließt und ihn aufgrund eines Druckes von Strömungsmittel öffnet, welches von einer Arbeitskammer (20 bzw. 21) zu der Auslaßkammer (11) fließt.
5. Anwendung eines durchfluß- und druckkompensierten Ventils, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in einem Hydraulikpumpenkreislauf zur Erzielung eines kompensierten Durchflusses und Druckes, gekennzeichnet durch wenigstens eine Kolbenpumpe (50) mit variabler Verdrängung; einen Steuer- bzw. Rege!kompensator (60) auf bzw. an dieser Pumpe (50), der dazu geeignet ist, die Verdrängung der Pumpe

(50) in Ansprechung auf ein Druckdifierential bzw. einen Druckunterschied zwischen dem Pumpenausgang und einem zweiten darauf angewandten Druck zu verändern; ein Ventilgehäuse (10); eine Einrichtung zum Abgeben von Druckströmungsmittel von der Pumpe

(50) zu dem Ventilgehäuse (10); eine Verbindung von der Einrichtung zum Abgeben von Druckströmungsmittel zu dem Ventilgehäuse (10), die ein Druckströmungsmittelsignal an den Steuerbzw. Regelkompensator (60) auf bzw. an der Pumpe (50) abgibt; eine mittige Auslaßkammer (11) in dem Gehäuse; ein Paar von parallelen Einlaßdruckkammern (16,17) auf entgegengesetzten Seiten der Auslaßkammer (11); ein Paar Arbeitskammern (20,21) auf entgegengesetzten Seiten der parallelen Kammern (16,17); ein Paar Exhaust- bzw. Ausflußkammern (24,25) auf entgegengesetzten Seiten der Arbeitskammern (20,21); ein Paar Arbeitskanäle (22, 23), die mit den Arbeitskammern (20,21) verbunden sind; einen Einlaßkanal (18) zur Aufnahme von Druckströmungsmittel, der mit den parallelen Kammern (16,17) verbunden ist; einen Auslaß-

kanal (12), der mit der Auslaßkammer (11) verbunden ist; eine Bohrung (30), die sich in Längsrichtung durch das Gehäuse (10) erstreckt und alle erwähnten Kammern (11,16,17,20,21,24,25) schneidet; und einen langgestreckten Ventilschieber (31), der sich durch die Bohrung (30) erstreckt und darin bewegbar ist; wobei der Ventilschieber (31) an jedem Ende eine axiale Bohrung (35,36) hat, sowie ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten radialen Kanälen (37,39;38,40)in jedem Ende des Ventilschiebers (31) vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen der Außenseite des Ventilschiebers (31) und der axialen Bohrung (35,36) an zwei im Abstand voneinander vorgesehenen Stellen in jeder Bohrung (35,36) bilden; wobei ferner der Ventilschieber (31) eine Arbeitskammer (20 bzw. 21) und die Auslaßkammer (11) verbinden kann, wenn der Ventilschieber (31) in eine Arbeitsposition bewegt wird, in der er eine parallele Kammer (16 bzw. 17) und die eine Arbeitskammer (20 bzw. 21) verbindet; eine Einrichtung (59), welche die Auslaßkammer (11) mit dem Steuer- bzw. Druckkompensator (60) auf bzw. an der Pumpe (50) verbindet, so daß dadurch der Kompensator (6O) mit einem Drucksignal von der Arbeitskammer (20 bzw. 21) beaufschlagt wird, wodurch ein Druckdifferential bzw. ein Druckunterschied mit dem Auslaßpumpendruckströmungsmittelsignal zur Veränderung der Verdrängung der Pumpe (50) gebildet wird.
6. Anwendung eines durchflüß- und druckkompensierten Ventils

nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Einlaßkammern (.13,14) zwischen der Auslaßkammer (11) und den beiden parallelen Einlaßkammern (16,17) liegt und mit einem Einlaßkanal (15) verbunden bzw. verbindbar ist, der eine konventionelle mittig offene Ventilgehäusekonfiguration bildet, und daß eine Einrichtung (52) auf bzw. in dem Gehäuse vorgesehen ist, welche die Einlaßkammern (13,14) gegen die Aufnahme von Druckströmungsmittel von dem Einlaßkanal· (15) her blockiert.
7. Anwendung eines durchfluß- und druckkompensierten Ventils nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückschlagventileinrichtung (80) in jeder Bohrung (35,36) im Ventilschieber (31) vorgesehen ist, welche jede Bohrung (35,36) in zwei Kammern unterteilt, wobei eine Kammer mit einem Satz von radialen Kanälen (37,38) in dem Ventilschieber (31) verbunden ist, während die andere Kammer mit dem anderen Satz von radialen Kanälen (39,40) des Paares von radialen Kanälen (37,39;38,40) verbunden ist.
8. Anwendung eines durchfluß- und druckkompensierten Ventils nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrung (35,36) in dem Ventilschieber (31) mittels einer Stopfeneinsatzeinrichtung (31,42) in zwei Kammern unterteilt ist, wobei in dieser Stopfeneinsatzeinrichtung (41/42) ein axialer Kanal (43,44) und eine federbelastete Kugeleinrichtung (45,46) vorgesehen ist, wobei letztere den Kanal (43,44) normalerweise schließt und ihn aufgrund eines Drukkes von Strömungsmittel öffnet, welches von einer Arbeitskammer (20 bzw. 21) zu der Auslaßkammer (11) fließt.
9. Anwendung eines durchfluß- und druckkompensierten Ventils nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden gleichartigen Gehäusen (10) und Ventilschiebern (31), wobei die Auslaßkammer (11) des letzten Gehäuses (10), das von der Einrichtung, welche Druckströmungsmittel von dem Gehäuse (10) abgibt, entfernt ist, mit dem Pumpensteuer- bzw. regelkompensator (60) verbunden ist.