DE3241751A1

DE3241751A1 - Prioritaetsventil fuer hydraulische anlagen

Info

Publication number: DE3241751A1
Application number: DE19823241751
Authority: DE
Inventors: Niels Gunnar Nordborg Karlberg
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss Power Solutions Holding ApS
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: IT8368175A0; DE3241751C2; JPS59155606A; DK505183D0; US4858515A; DK152148C; CA1218917A; DK505183A; IT1171041B; DK152148B; JPH0255258B2

Description

DANFOSS A/S, Nordborg, Dänemark Prioritätsventil für hydraulische Anlagen

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Prioritätsventil für hydraulische Anlagen mit einem Hauptkreis und einem Zusatzkreis, mit einer Ringnuten aufweisenden Bohrung und einem darin angeordneten, Bunde aufweisenden Schieber, der in Abhängigkeit vom Druckflüssigkeitsbedarf des Hauptkreises Drosseln in einem von der Pumpe zum Hauptkreis führenden ersten Drosselpfad und in einem von der Pumpe zum Zusatzkreis führenden Drosselpfad gegensinnig derart verstellt, daß jeweils die Überschußmenge der Druckflüssigkeit dem Zusatzkreis zugeführt wird.

^ einem bekannten Prioritätsventil dieser Art (DE-PS 27 38 463) wird der Schieber des Prioritätsventils in Abhängigkeit vom Druckabfall an einer Blende des Hauptkreises verstellt. Der Schieber weist zwei Bunde auf, deren Stirnflächen in Verbindung mit den Stirnflächen zweier Ringnuten je eine Drossel bilden, deren Drosselquerschnitt sich gegenläufig in Abhängigkeit von der Schieberstellung ändert. Eine gemeinsame Pumpe fördert pro Zeiteinheit eine konstante Druckflüssigkeitsmenge. Diese teilt sich auf in

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die vom Hauptkreis angeforderte Menge und die Überschußmenge, die dem Zusatzkreis zugeführt wird. Dieser besitzt ein Steuerventil, das in der Neutralstellung eine direkte Verbindung zum Behälter herstellt. Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Prioritätsventil manchmal störende Geräusche auftreten.

Es ist ferner bekannt (Zeitschrift "Konstruktion" 31 1979, Seiten 461 bis 466), zur Verminderung der durch Strömungskavitation hervorgerufenen Geräusche mehrere synchron verstellbare Drosselwiderstände hintereinander zu schalten und dabei die einzelnen Druckstufen der Reihenschaltung aus mehreren parallel geschalteten Drosselwiderständen bestehen zu lassen. Insbesondere können zur Bildung der einzelnen Drosselwiderstände Dreieckquerschnitte in eine den Schieber umgebende Buchse eingearbeitet werden, die auch die einzelnen Stufen verbindende Kanäle enthält. Hierbei werden die einzelnen Teilströme stark umgelenkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prioritätsventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das geräuscharm arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im zweiten Drosselpfad mindestens zwei Drosseln in Reihe geschaltet sind, die durch bei der Schieberbewegung veränderbare Drosselkanäle zwischen mindestens zwei benachbarten Bunden und je einem an eine Ringnut anschließenden Bohrungsabschnitt gebildet sind.

Diese Konstruktion beruht auf der Erkenntnis, daß die nur zeitweilig auftretenden Geräusche fast ausschließlich auf die Strömungsverhältnisse im zweiten Drosselpfad zurückzuführen sind.

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Es genügt daher, lediglich im zweiten Drosselpfad Maßnahmen zur Geräuschdämpfung vorzusehen. Durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Drosseln ergibt sich eine stufenweise Reduzierung des Drucks, durch die Kavitationserscheinungen und damit Geräuschbildung vermieden werden. Infolge der Verwendung von veränderbaren Drosselkanälen, bei denen auch die variable Kanallänge auf den Drosselwiderstand Einfluß hat, gelingt es, eine gewünschte Druckabstufung unabhängig von der Größe der zum Zusatzkreis fließenden Überschußmenge zu erzielen.

Mit besonderem Vorteil ändert sich der Querschnitt der kanalförmigen Drosseln in Strömungsrichtung. Empfehlenswert ist eine allmähliche Erweiterung. Möglich ist auch eine allmähliche Verkleinerung. Dies gibt allmähliche Geschwindigkeitsannäherungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Drosseln durch eine am Bund ausgebildete Konusfläche und einen zylindrischen Bohrungsabschnitt begrenzt sind. Die so gebildeten Drosselkanäle lassen sich besonders leicht herstellen. Da die Strömung einen ringförmigen Drosselkanal durchströmt und anschließend in einen weiteren ringförmigen Drosselkanal eintritt, sind Umlenkverluste gering; der Druckabbau " erfolgt fast vollständig in diesen Drosselkanälen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Druckflüssigkeit mit einer verhältnismäßig großen Wandfläche des Drosselkanals in Berührung steht und wegen der Wandreibung und der Reibung im dünnen Flüssigkeitsfilm unzulässige Geschwindigkeitserhöhungen vermieden werden. Der Konuswinkel zwischen Konusfläche und

Schieberachse sollte klein sein, so daß der Drosselkanal auch über seine gesamte Länge eine ausreichende Drosseiwirkung besitzt. So liegt der Konuswinkel im Regelfall unter 10°. Er kann bei höheren Durchflußmengen aber auch größeren Wert annehmen.

Desweiteren empfiehlt es sich, daß der Konuswinkel bei der jeweils nachgeschalteten Drossel größer ist als bei der vorangehenden Drossel. Der Drosselwiderstand der nachgeschalteten Drossel ist daher kleiner, wie es für einen Geräuscharmen Druckabbau günstig ist. Durch Verwendung der unterschiedlichen.Winkel erreicht man, daß die gleichen Flächenverhältnisse während der gesamten Aussteuerung des Prioritätsventils erhalten bleiben, so daß sich eine hohe Stabilität ergibt.

Insbesondere können sich die Konuswinkel um etwa unterscheiden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Drosseln in Reihe geschaltet. Dies ergibt eine optimale Herabsetzung der Geräuschbildung, ohne daß· der Konstruktionsaufwand zu groß wird.

Die axiale Länge der Konusflächen sollte so bemessen sein, daß in der Endlage keine Überlappung mit dem zugehörigen Bohrungsabschnitt erfolgt. In dieser Endlage kann dann die Druckflüssigkeit praktisch ohne Drosselverluste zum Zusatzkreis strömen.

Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen sollte erheblich kleiner als der Bunddurchmes— ser sein. Die Druckflüssigkeit kann daher direkt von einer Drossel zur nächsten strömen, ohne daß ein platz-

aufwendiger Zwischenraum benötigt wird. Durch Versuche läßt sich ein Abstand ermitteln, bei dem die Geräuschbildung minimal ist.

Insbesondere kann der Abstand etwa 2/3 des Bunddurchmessers betragen.

Bei mehr als zwei Drosselkanälen sollten die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen gleich sein. Man erhält dann die gleichen optimalen Verhältnisse bei allen Zwischenräumen.

In weiterer Ausgestaltung kann auch die Drossel im ersten Drosselpfad durch eine an einem Bund ausgebildete Konusfläche und einen zylindrischen Bohrungsabschnitt begrenzt sein. Um den ersten Drosselpfad voll zu öffnen benötigt man eine verhältnismäßig große axiale Verstellung des Schiebers. Dies wiederum für die Ausbildung verhältnismäßig langer Drosselkanäle im zweiten Drosselpfad von Interesse.

Besonders günstig ist es, wenn eine Buchse die Bohrung mit sämtlichen Ringnuten und Anschlußkanälen aufweist. Eine solche Buchse, die dann in ein Ventilgehäuse eingesteckt werden kann, läßt sich leichter bearbeiten als das Ventilgehäuse selbst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung ' dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prioritätsventil gemäß der Erfindung im schematischen Längsschnitt in Verbindung mit einer hydraulischen Anlage und 35

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Prioritätsventils.

In Fig. 1 speist eine Pumpe 1 mit konstanter Fördermenge Druckflüssigkeit aus einem Behälter 2 über ein Prioritätsventil 3 wahlweise zu einem Hauptkreis 4 und/oder zu einem Zusatzkreis 5. Der Hauptkreis 4 weist ein Steuergerät 6 auf, über das bei Betätigung eines Lenkhandrades 7 Druckflüssigkeit über einen Meßmotor 8 zu einem Lenk-Arbeitsmotor 9 und zurück zum Behälter 2 gefördert wird. In Abhängigkeit von der Verstellung des Handrades 7 und der Betätigung des Meßmotors 8 werden Drosseln 10, 11, 12, 13 und 14 verstellt, die zusammen eine Ventilanordnung bilden, welche ein Richtungsventil für den Lenk-Arbeitsrnotor 9 und ein Verteilerventil für den Meßmotor 8 ergeben. Eine Drossel 15 wird gegensinnig verstelllt und verbindet in der Neutralstellung den Punkt zwischen den Drosseln 10 und 11 mit dem Tank 2. Der Zusatzkreis 5 weist ein Steuerventil 16 und einen Hubzylinder 17 auf. In seiner Neutralstellung sperrt das Steuerventil 16 den Hubraum des Hubzylinders 17 ab und verbindet seinen Eingang 18 mit dem Behälter 2.

Das Prioritätsventil 3 besitzt ein Gehäuse 19 mit einer Bohrung 20, in der ein Schieber 21 axial verlagerbar ist. Die eine Stirnfläche 22 steht unter dem Druck am Ausgang 23 des Prioritätsventils. Dieser Ausgang ist über eine Leitung 24 und eine Drossel 25 mit einem Druckraum 26 verbunden. Die andere Stirnfläche 27 steht unter dem Druck an dem Punkt zwischen den Drosseln 10 und 11. Dieser Punkt ist über eine Leitung 28 mit einer ersten Drossel 29 und einer zweiten Drossel 30 mit einem Druckraum 31 verbunden. Die Stirnfläche 27 ist außerdem durch eine Feder 32 belastet. Ein Pilotventil 33 öffnet zum Behälter, wenn ein vorgegebener Druck in der Leitung 28 überschritten wird, insbesondere wenn der Lenk-Arbeitsmotor 9 seine Endlage erreicht hat. In der Neutralstellung ist der

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Druckraum 31 über die Drosseln 30, 29 und 15 mit dem Behälter 2 verbunden.

Die Bohrung 20 besitzt eine erste Ringnut 34, die mit dem Hauptkreis-Ausgang 23 verbunden ist, eine zweite Ringnut 35, die mit der Pumpe 1 verbunden ist, dritte und vierte Ringnuten 36 und 37 sowie eine fünfte Ringnut 38, die mit einem Zusatzkreis-Ausgang 39 verbunden ist. Dazwischen verbleiben Bohrungsabschnitte 40, 41, 42 und 43. Der Schieber 21 weist außer den beiden kolbenförmigen Enden 44 und 45 vier Bunde

46, 47, 48 und 49 auf. Der Bund besitzt eine Konusfläche 50, die sich nach links verjüngt, die Bunde

47, 48 und 49 besitzen Konusflächen 51, 52 und 53, die sich nach rechts verjüngen. Infolgedessen werden vier kanalförmige Drosseln gebildet, nämlich eine Drossel 54 zwischen dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 40 und der Konusfläche 50, ein Drossel 55 zwischen dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 41 und der Konusfläche 51, eine Drossel 56 zwischen dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 42 und der Konusfläche 52 und eine Drossel 57 zwischen dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 43 und der Konusfläche 53. Die Drossel 54 liegt in einem Drosselpfad 58 zwischen Pumpe 1 und Hauptkreis

4. Die drei Drossel 55, 56 und 57 liegen in einem zweiten Drosselpfad 59 zwischen Pumpe 1 und Zusatzkreis 5.

Wenn die Pumpe 1 in Betrieb und der Hauptkreis 4 abgeschaltet ist, wird der Schieber 21 unter dem Einfluß des auf die Stirnfläche 22 wirkenden Drucks am Ausgang 23 nach links geschoben. Die gesamte Druckflüssigkeitsmenge der Pumpe wird über den zweiten Drosselpfad 59"und das in seiner Neutralstellung befindliche Steuerventil 16 des Zusatzkreises 5 zum Behälter 2 zurückgefördert. Der im System herrschende Druck ist gering.

Wird durch Verstellen des Handrades 7 Druckflüssigkeit zum Hauptkreis 4 angefordert, ergibt sich durch Öffnen der Drossel 10 an ihr ein Druckabfall. Der Druck am Punkt 28 wirkt auf die Stirnfläche 27. Der Schieber 21 nimmt eine Gleichgewichtslage ein, in der ein Teil der Druckflüssigkeit über den ersten Drosselpfad zum Hauptkreis 4 und die Überschußmenge über den zweiten Drosselpfad 59 zum Zusatzkreis 5 strömt. Hierbei hängt es von der Belastung des Arbeitsmotors 9 ab, welcher Druck im System entsteht. Denn da die Pumpe 1 eine konstante Menge pro Zeiteinheit fördert, ist der Systemdruck von der äußeren Belastung abhängig. Hierbei können zeitweilig Drücke auftreten, die über 100 bar liegen. Da der Ausgang 39 nahezu auf Behälterdruck liegt, muß die Überschußmenge im zweiten Drosselpfad 59 einen entsprechenden Druckabfall erleiden. Dies war bei den bekannten Prioritätsventilen ohne Kavitationserscheinungen und Geräusche nicht möglich. Mit der Hintereinanderschaltung mehrerer Drosseln 55, 56, 57 jedoch ergibt sich eine geräuschfreie Drosselung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist lediglich das Gehäuse 19 durch eine Hülse 119 ersetzt, die ihrerseits in ein Ventilgehäuse eingesetzt werden kann, wobei die Verbindung zur Pumpe 1 über eine Bohrung 60, zum Hauptkreis 4 über eine Bohrung 61 und zum Zusatzkreis 5 über eine Bohrung 62 bzw. einen Satz solcher Bohrungen erfolgt. Die einzelnen Anschlußbereiche sind durch Ringdichtungen 63, 64, 65 und 66 gegeneinander und gegen die Druckräume 26 und abgedichtet. Außerdem sind die Konuswinkel Vl, V2, V3 und V4 zwischen den Konusflächen 50, 51, 52 bzw. 53 und der Schieberachse 67 eingetragen. Der Abstand a zwischen aufeinanderfolgenden Anfängen der Drosselkanäle 55 und 56 bzw. 56 und 57 ist gleich und kleiner als der Durchmesser d des Schiebers 21.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel galten die nachstehenden Werte:

Durchmesser d = 16 mm
Abstand a = 10,3 mm
Konuswinkel Vl = 8°
Konuswinkel V2 = 4°
Konuswinkel V3 = 6°
Konuswinkel V4 = 8°

Bei dieser Auslegung wurde an den einzelnen Drosselkanälen jeweils ein Druckabfall im Verhältnis 3 : 1 erzielt. So konnte ein Druck von 135 bar in der Ringnut 35 auf 45 bar in der Ringnut 36, weiter auf 15 bar in der Ringnut 37 und weiter auf 5 bar in der Ringnut

38 geräuschlos abgesenkt werden. Den Druck am Ausgang

39 auf 5 bar zu halten, bereitet bei entsprechender Auslegung des Steuerventils 16 keine Schwierigkeiten. Für kleinere Druckwerte in der Ringnut 35 gelten entsprechend kleinere Druckwerte am Ausgang 39.

Claims

Patentansprüche

C l.yPrioritätsventil für hydraulische Anlagen mit einem Hauptkreis und einem Zusatzkreis, mit einer Ringnuten aufweisenden Bohrung und einem darin angeordneten j Bunde aufweisenden Schieber, der in Abhängigkeit vom Druckflüssigkeitsbedarf des Hauptkreises Drosseln in einem von der Pumpe zum Hauptkreis führenden ersten Drosselpfad und in einem von der Pumpe zum Zusatzkreis führenden zweiten Drosselpfad gegensinnig derart verstellt, daß jeweils die Überschußmenge der Druckflüssigkeit dem Zusatzkreis zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Drosselpfad (59) mindestens zwei Drosseln (55j 56, 57) in Reihe geschaltet sind, die durch bei der Schieberbewegung veränderbare Drosselkanäle zwischen mindestens zwei benachbarten Bunden (47, 48, 49) und je einem an eine Ringnut (35, 36, 37) anschließenden Bohrungsabschnxtt (41, 42, 43) gebildet sind.
2. Prioritätsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der kanalförmigen Drosseln (55, 56, 57) in Strömungsrichtung ändert.

BAD ORiGIMAL'

\J ί— > I t
3. Prioritätsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (50, 56, 57) durch eine am Bund ausgebildete Konusfläche (51, 52,

53) und einen zylindrischen Bohrungsabschnitt (41, 42, 43) begrenzt sind.
4. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (V2, V3, V4) bei der jeweils nachgeschalteten Drossei größer ist als bei der vorausgehenden Drossel.
5. Prioritätsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konuswinkel (V2, V3, V4) um etwa 2° unterscheiden
6. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß drei Drosseln (55, 56, 57) in Reihe geschaltet sind.
7. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Konusflächen (51, 52, 53) so bemessen ist,

daß in der Endlage keine Überlappung mit dem zugehörigen Bohrungsabschnitt (41, 42, 43) erfolgt. 25
8. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen kleiner als der Bunddurchmesser (d) ist.
9. Prioritätsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) etwa 2/3 des Bunddurchmessers beträgt.

BAD ORlGiMAL
10. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß.bei mehr als zwei Drosseln (55, 56, 57) die Abstände (a) zwischen (a) zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen gleich ist.
11. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Drossel (54) im ersten Drosselpfad (58) durch eine an einem Bund ausgebildete Konusfläche (50) und einen zylindrischen Bohrungsabschnitt (40) begrenzt sind.
12. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Buchse (119) die Bohrung (20) mit sämtlichen Ringnuten (34, 35, 36, 37) und Anschlußkanälen (60, 61, 62) aufweist .

BAD ORIGINAL