DE3241751C2

DE3241751C2 - Prioritätsventil für hydraulische Anlagen

Info

Publication number: DE3241751C2
Application number: DE3241751A
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: 1985-10-03
Also published as: JPS59155606A; DK152148B; IT8368175A0; IT1171041B; DK505183A; US4858515A; DE3241751A1; DK505183D0; DK152148C; CA1218917A; JPH0255258B2

Abstract

Bei einem Prioritätsventil (3) für hydraulische Anlagen mit einem Hauptkreis (4) und einem Zusatzkreis (5) gibt es eine mit Ringnuten versehene Bohrung (20) und einen darin angeordneten, Bunde aufweisenden Schieber (21), der in Abhängigkeit vom Druckflüssigkeitsbedarf des Hauptkreises (4) Drosseln (54 bis 57) in einem von der Pumpe (1) zum Hauptkreis (4) führenden ersten Drosselpfad (58) und in einem von der Pumpe (1) zum Zusatzkreis (5) führenden zweiten Drosselpfad (59) gegensinnig derart verstellt, daß jeweils die Überschußmenge der Druckflüssigkeit dem Zusatzkreis (5) zugeführt wird. Im zweiten Drosselpfad (59) sind mindestens zwei Drosseln (55, 56, 57) in Reihe geschaltet. Sie sind durch bei der Schieberbewegung veränderbare kanalförmige Drosseln zwischen mindestens zwei benachbarten Bunden (47, 48, 49) und je einem an eine Ringnut (35, 36, 37) anschließenden Bohrungsabschnitt (41, 42, 43) gebildet.

Description

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 Haupikreises 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 ieweils die Überschußmenge der Druckflüssigkeit dem Zusatzkreis zugeführt wird, wobei die Drosseln bei der Schieberbewegung veränderbare Drosselkanäle zwischen der Wand einer am Bund ausgebildeten Konusfläche und einem zylindrischen Bohrungsabschnitt aufweisen.

Bei einem bekannten Prioritätsventil dieser Art (DE-OS 26 43 713) ist in beiden Drosselpfaden nur eine verstellbare Drossel vorgesehen. Soweit in den Drosselpfaden noch weitere Drosseln vorgesehen sind, handelt es sich um einstellbare Drosselstellen, die unabhängig von dem Prioritätsventil und dessen Schieber verstellt werden. Die von einer gemeinsamen Pumpe geförderte Druckflüssigkeitsmenge wird von dem Prioritätsventil aufgeteilt in die vom Hauptkreis angeforderte Menge

und in die Überschußmenge, die dem Zusatzkreis zugeführt wird.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Prioritätsventil manchmal störende Geräusche auftreten. Dies gilt insbesondere, wenn der Zusatzkreis ein Steuerventil besitzt, das in der Neutralstellung eine direkte Verbindung zum Behälter herstellt und wenn die gemeinsame Pumpe pro Zeiteinheit eine konstante Druckflüssigkeitsmenge abgibt
Es ist ferner ein Servoventil zur Absperrung und/oder Durchschaltung hydraulischer Flüssigkeit bekannt (DE-OS 27 30 431), bei dem der Ventilschieber und die Bohrung in jeder Durchschaltrichtung der hydraulischen Flüssigkeit jeweils mehrere, vorzugsweise zwei hintereinanderliegende Steuerkanten aufweist. Solche hintereinandergeschalteten Steuerkantenpaare ergeben ein gesteuertes Labyrinth. An jedem Steuerkantenpaar tritt nur ein Teil des gesamten Druckgefälles auf. Auf diese Weise soll die Erosion beseitigt werden.

Desweiteren ist eine Vorrichtung bekannt (US-PS 25 93 185) bekannt, die als Strömungsteiler dem Druckflüssigkeit über einen Anschluß zugeführt wird und von dem diese über andere Anschlüsse von verschiedenen Verbrauchern abgenommen werden kann. Die Vorrichtung kann auch zwei Flüssigkeitsströmungen vereinigen. Es gibt vom ersten Anschluß zu jedem anderen Anschluß einen Drosselpfad, der eine fest einstellbare Drossel und eine verstellbare Drossel aufweist. Diese wird zwischen der äußeren Stirnseite von Schiebern und einer Ringnut gebildet.

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 vom, Schieber gleichsinnig verstellbare Drosselkanäle zwischen mindestens zwei benachbarten Bunden und je einem an eine Ringnut anschließenden Bohrungsabschnitt in Reihe geschaltet sind, und daß der Konuswinkel bei jedem nachgeschalteten Drosselkanal größer ist als bei dem vorausgehenden Drosselkanal.

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

fi5 werden. Infolge der Verwendung von veränderbaren Drosse'kanälen, bei denen auch die variable Kanallängc auf den Drosselwiderstand Einfluß hat, gelingt es, eine gewünschte Druckabstufung unabhängig von der Grö-

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Bc der zum Zusatzkreis fließenden Überschußmenge zu erzielen. Wegen der Kanalausbildung zwischen einer Konusflächc und riner Zylindcrflächc haben die Kanäle im wesentlichen einen axialen Verlauf. Sie bewirken kaum eine Umlenkung der Flüssigkeit, was ganz erheblieh zur Geräuschminderung beitrag:. Trotzdem ergibt sich eine erhebliche Drosselwirkung, weil der Druckabfall im Bereich der höheren Drücke nicht längs eines Steuerkantenpaares, sondern über die jeweilige Kunallänge auftritt Bei einer Versteilung ändert sich der jeweilige Drosselwiderstand nicht nur aufgrund der Überlappung der Begrenzungswände (Kanallänge) sondern auch aufgrund des sich wegen der Konusfläche ändernden Kanalquerschnitts.

Wegen des sich ändernden Konuswinkels ist der Drosselwiderstand der nachgeschalteten Drossel jeweils kleiner. Dies ist für einen geräuscharmen Druckabbau günstig. Durch Verwendung der unterschiedlichen Winkel erreicht man, daß die gleicher Flächenverhältnisse während der gesamten Aussteuerung des Prioriiätsventils erhalten bleiben, so daß sich eine hohe Stabilität ergibt.

Insbesondere können sich die Konuswinkel um etwa 2° unterscheiden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Drosseln in Reihe geschaltet. Dies ergibt eine optimale Herabsetzung der Geräuschbildung, ohne daß der Konslruktionsaufwand 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 Drossclverluste zum Zusatzkreis strömen.

Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Drossclkanalanfängen sollte erheblich kleiner als der Bunddurchmesser sein. Die Druckflüssigkeit kann daher direkt von einer Drossel zur nächsten strömen, ohne daß ein platzaufwendiger Zwischenraum benötigt wird. Durch Versuche läßt sich ein Abstand ermitteln, bei dem die Geräuschbildung minimal ist.

Insbesondere kann der Abstand etwa "²Ii des Bunddurchmessers betragen.

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

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 bearbciicn als das Ventilgehäuse selbst.

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

F i g. 1 ein Prioritätsventil gemäß der Erfindung im schematischen Längsschnitt in Verbindung mit einer hydraulischen Anlage und

I" i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Prioritatsventils.

In F i g. 1 speist eine Pumpe 1 mit konstanter Fördermenge Druckflüssigkeit aus einem Behälter 2 über ein Prioritätsventil 3 wahlweise zu einem Hauptkreis 4 und/ oder /u 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, t3 und 14 verstellt, die zusammen eine Ventilanordnung bilden, welche ein Richtungsventil für den Lenk-Arbeilsmotor 9 und ein Verteilerventil für den Meßmotor S ergeben. Eine Drossel *5 wird gegensinnig verstellt 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 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, eine 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 Drosseln 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 Systeni 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 D, osselpfad 58 zum Hauptkreis 4 und die Überschußmenge über den zweiten Drosselpfad 59 zum Zusatzkreis 5 strömt. Hierbei hängt es von der Belastung des Arbeitsmolors 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 F i g. 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 32 abgedichtet. Außerdem sind die Konuswinkel Kl, 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 ddes Schiebers 21.

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 V 4 = 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 40 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 entspre- 45 chend kleinere Druckwerte am Ausgang 39.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. 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 zweiten Drosselpfad gegensinnig derart verstellt, daß jeweils die Überschußmenge der Druckflüssigkeit dem Zusatzkreis zugeführt wird, wobei die Drosseln bei der Schieberbewegung veränderbare Drosseikanäle zwischen der Wand eintr am Bund ausgebildeten Konusfläche und einem zylindrischen Bohrungsabschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Drosselpfad (59) mindestens zwei vom Schieber (21) gleichsinnig verstellbare Drosselkanäle (55,56,57) zwischen mindestens zwei benachbarten Bunden (47, 48, 49) und je einem an eine Ringnut (35, 36, 37) anschließenden Bohrungsabschnitt (41, 42, 43) in Reihe geschaltet sind, und daß der Konus winkel (V 2, V 3, V 4) bei jedem nachgeschalteten Drosselkanal größer ist als bei dem vorausgehenden Drosselkanal.

2. Prioritätsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konuswinkel (V2, V3, VA) um etwa 2° unterscheiden.

3. Prioritätsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Drosselkanäle (55, 56,57) in Reihe geschaltet sind.

4. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

3, 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.

5. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen kleiner als der Bunddurchmesser (d) ist.

6. Prioritätsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) etwa ¹Iz des Bunddurchmessers beträgt.

7. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Drosselkanälen (55, 56, 57) die Abstände (a) zwischen aufeinanderfolgenden Drosselkanalanfängen gleich ist.

8. Prioritätsventil nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Buchse (119) die Bohrung (20) mit sämtlichen Ringnuten (34, 35, 36, 37) und Anschlußkanälen (60,61,62) aufweist.