DE3307582A1

DE3307582A1 - Hydraulik-bremsventilanordnung

Info

Publication number: DE3307582A1
Application number: DE19833307582
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Kamakura Kanagawa Arai; Nobuaki Yokohama Kanagawa Inaba; Michio Kawasaki Kanagawa Onzou; Hideyori Funabashi Chiba Sato
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1983-09-22
Also published as: DE3307582C2; GB2118691A; GB2118691B; US4520625A; GB8306086D0

Description

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER ;-* «" "I ·" ' 3307582

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Hydraulik-Bremsventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. 5

Derartige Bremsventi!anordnungen sind Teil eines Hydrauliksystems mit einem Hydraulikmotor zum Antrieb einer tragen Hasse, beispielsweise eines Arbeitsfahrzeugs oder eines Arbeitsgerätes desselben, und dienen dazu, die Fluidzufuhr zu dem Hydraulikmotor insbesondere bei Bremsvorgängen oder beim Wechsel der Antriebsrichtung aber auch beim Beginn der Antriebsbewegung zu steuern.

Herkömmliche Bremsventilanordnungen der genannten Art umfassen ein Gegendruck-Ventil oder Rückdruckventil zum Ausgleichen des durch die träge Masse auf den Hydraulikmotor ausgeübten Gegendruckes. Das Gegendruck-Ventil ist in einem Hydraulikfluid-Kreislauf angeordnet, der den Hydraulikmotor mit einem von Hand schaltbaren, mit einer Druckfluidquelle verbundenen Richtungs-Steuerventil verbindet. Die Bremsventilanordnung umfaßt ferner ein über Kreuz geschaltetes Sicherheitsventil, das zwei parallel zwischen das Gegendruck-Ventil und den Hydraulikmotor geschaltete Überdruckventile umfaßt und derart ausgelegt ist, daß bei manueller Betätigung des Riehtungs-Umschaltventils zum Umschalten des Gegendruck-Ventils das von der Druckfluidquelle geförderte Druckfluid entweder in der Richtung von einer Antriebsleitung oder Normalbetriebs-Leitung zu einer Bremsleitung oder Rückwärtsbetriebs-Leifang des Hydrauliksystems oder in Gegenrichtung strömt und dadurch über den Hydraulikmotor die träge Masse antreibt oder abbremst. Sowohl der Betrag der Beschleunigung der trägen Masse beim Beginn der Bewegung als auch der Betrag der bei manueller Betätigung des Richtungs-Steuerventils und dem entsprechenden Umschalten des Gegendruck-

TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER : : % „ ! * »I „ ""% KÖMATSU

^ Γ „.

Ventils auf die träge Masse ausgeübten Bremskraft hängt von dem eingestellten Schwellendruck der das Sicherheitsventil bildenden beiden Überdruckventile abο Der Schwellendruck dieser Überdruckventile und damit der auf den Hydraulikmotor wirkende Arbeitsdruck nimmt mit der Masse des durch den Hydraulikmotor bewegten Körpers zu. Aus diesem Grund haben Hydrauliksysteme mit der herkömmlichen Bremsventilanordnung den Nachteil, daß zu Beginn und am Ende der Beschleunigung, bei Beginn und am Ende der Abbremsung und dergleichen einer großen tragen Masse wie etwa eines Baufahrzeugs, beispielsweise eines hydraulischen Baggers, eines hydraulischen Krans und dergleichen, der durch die Hydraulikpumpe abgegebene Fluiddruck aufgrund der Massenträgheit der bewegten Masse abrupt ansteigt, so daß der Hydraulikmotor eine hohe Beschleunigungsarbeit oder Bremsarbeit zu leisten hat. Dies führt insbesondere bei. Maschinen mit hohem mechanischem Spiel, beispielsweise eines Getriebes und dergleichen, zu ungewöhnlich hohen Belastungen. Betrachtet man die Wellenformen des Fluiddruckes in dem Hydrauliksystem, so ergibt sich zum Zeitpunkt der Beginn der Bewegung der trägen Masse ein abrupt ansteigender Spitzendruck in der Antriebsleitung des Hydrauliksystems, während am Ende der Beschleunigung der trägen Masse und bei Beginn und Ende der Abbremsung derselben ein abrupt ansteigender Spitzendruck in der Bremsleitung des Systems auftritt. Die Entstehung derartiger scharf ansteigender Druckspitzen ist als eine der Ursachen der mechanischen Beanspruchung anzusehen. Die Ursache für die Bildung dieser Druckspitzen besteht darin, daß die in Hydrauliksystemen der genannten Art benutzten herkömmlichen Sicherheitsventile in der Weise arbeiten, daß sie nur die Einstellung eines einzigen Schwellendruckes

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER : I Ί . * * \ . ^*

ermöglichen, so daß der Fluiddruck rasch von einem niedrigen Wert auf einen hohen Wert ansteigt, da der Druckanstieg in nur einer Stufe erfolgt. Zur Überwindung dieses Nachteils ist versucht worden, den Arbeitsdruck in zwei Stufen zu erhöhen. Bei der herkömmlichen Ventilanordnung ist es zu diesem Zweck jedoch erforderlich, den Federweg der zur Einstellung des Schwellendruckes oder Arbeitsdruckes dienenden Federn zu verändern und ein bewegliches Teil vorzusehen. Hierdurch ergeben sich ein komplizierterer Aufbau der Ventilanordnung und erhöhte Kosten.

Ein Ausführungsbeispiel einer Hydraulik-Bremsventilanordnung, bei der der Arbeitsdruck oder öffnungsdruck des Sicherheitsventils in zwei Stufen erhöht werden kann, wird in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 56-103359 beschrieben. Nach diesem Stand der Technik wird das herkömmliche über Kreuz geschaltete Sicherheitsventil durch zwei jeweils in einer Hydraulikleitung angebrachte Sicherheitsventile ersetzt, an die jeweils als Primär-Kanäle der Ventile von den Hydraulikleitungen abzweigende Zweigleitungen angeschlossen sind. Die Überdruckventile bilden zusammen mit einem Gegendruck-Ventil die Bremsventilanordnung. Jedes der Überdruckventile ist derart angeordnet, daß ein dem betreffenden Primär-Kanal gegenüberliegendes Ventilelement durch eine Feder gegen einen Ventilsitz vorgespannt wird. Das Ventilelement ist mit einer Kammer versehen, in die ein Ende eines Stabes einführbar ist, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Sitzes des Überdruckventils. Die diesen Stab aufnehmende Kammer des Ventilelements ist über einen verengten Kanal mit dem Primär-Kanal verbunden. Das andere Ende des Stabes ragt in eine Feder-Kammer und wird durch die

TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER : : "„ , I Z \ _a ,", KOiJATSU

Kraft einer zwischen dem Stab und einem Federsitz der Feder-Kammer eingefügten Feder gegen das Ventilelement vorgespannt. Der Stab weist an seinem gegenüberliegenden Ende einen kleinen Vorsprung auf, der zum Einstellen des maximalen Verschiebeweges des Stabes im Zusammenwirken mit dem Federsitz dient» Die Federkonstante der den Stab vorspannenden Feder ist kleiner als die der ersten Feder, die das Ventilelement gegen den Ventilsitz vorspannt, und weist somit eine verhältnismäßig geringe Federkraft auf. Bei diesem Stand der Technik bildet beispielsweise der zusätzlich zu dem Ventilelement in dem Überdruckventil vorhandene Stab ein bewegliches Bauteil» Zum Einstellen eines bestimmten Arbeitsdruckes müssen die Kräfte der beiden Federn des Überdruckventils eingestellt werden. Hierdruch wird der Aufbau der Bremsventilanordnung kompliziert, und es ergeben sich erhöhte Kosten» Darüberhinaus ist bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Ausführungsbeispiel der Hubweg des Stabes in dem überdruckventil verhältnismäßig lang, so daß das Ventil auf rasche Veränderungen des Fluiddruckes nicht schnell ansprechen kann» Da ferner der Arbeitsdruck in jedem einzelnen überdruckventil in zwei Stufen erhöht wird, arbeiten die Überdruckventile beim Umschalten der Ventilanordnung, beispielsweise bei einem Richtungswechsei, nicht mit zufriedenstellender Stabilität.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Bremsventilanordnung zu schaffen, bei der bei Beginn und Ende der Beschleunigung oder Verzögerung einer tragen Masse der Druckanstieg in der Antriebsleitung oder Bremsleitung des Hydrauliksystems derart in zwei Stufen erhöht werden kann, daß ein rascher Druckanstieg vermieden und damit die durch abrupte Druckänderungen in dem Hydrauliksystem hervorgerufene mechanische Beanspruchung verringert wird.

Die Überdruckventile der Bremäventilanordnung sollen keine

TER MEER -MÖLLER · STEINMEISTER ; ; *. , ; ; \ „KQJMAT&U

beweglichen Teile zum Einstellen des Öffnungsdruckes aufweisen, durch die je nach der durch Fluiddruck beaufschlagten öffnung, d.h., je nach der Richtung der Druckfluidzufuhr, entweder ein niedriger öffnungsdruck oder ein hoher öffnungsdruck eingestellt wird.

Die Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß umfaßt das Sicherheitsventil zwei Überdruckventile, die derart angeordnet sind, daß eine erste Öffnung des einen Überdruckventils mit einer Antriebsleitung des Hydrauliksystems und eine zweite öffnung desselben Überdruckventils mit einer Bremsleitung verbunden ist, während bei dem anderen überdruckventil die erste öffnung mit der Bremsleitung und die zweite öffnung mit der Antriebsleitung verbunden ist.

Jedes Überdruckventil weist zwei unterschiedliche Druckwerte auf, die zum öffnen dieses Ventils führen können. Diese beiden Druckwerte entsprechen den beiden Stufen des Druckanstiegs in dem Hydrauliksystem. Bei welchem der beiden Druckwerte das überdruckventil öffnet, hängt davon ab, ob die Druckfluid-Beaufschlagung über die erste oder die zweite öffnung des Überdruckventils erfolgt. Durch die oben beschriebene Anordnung der Überdruckventile ist gewährleistet, daß bei jeder Richtung der Fluidströmung durch die Antriebs- und Bremsleitungen gewährleistet ist, daß jeweils eines der überdruckventile einen niedrigen und das andere einen hohen Schwellendruck aufweist. Die beiden Überdruckventile sind zudem jeweils über eine dritte öffnung mit einem Steuerdruck beaufschlagbar, durch den die Überdruckventile selektiv in der geschlossenen Stellung gehalten werden können.

Die Steuerung der Überdruckventile erfolgt somit auf rein

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER

hydraulischem Wege, ohne daß zusätzliche bewegliche Bauteile erforderlich wären.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig.

zeigt ein Schaltschema eines Hydraulik-Fluidkreislaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hydraulik-Bremsventilanordnung;

Fig.

ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsventilanordnung ;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt durch

ein überdruck^T/entil der erfindungsgemäßen Bremsventilanordnung;

Fig. 4 bis

sind Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremsventilanordnung;

Fig. 9 zeigt Wellenformen der Fluiddrücke in

einer Antriebsleitung und einer Bremsleitung des Fluidkreislaufs der erfindungsgemäßen Ventilanordnung:

30 In Figur 1 ist mit 1 ein Hydraulikmotor bezeichnet, der mit einer tragen Masse verbunden ist und diese zu einer Drehung oder zur Fortbewegung antreibt. Der Hydraulikmotor 1 ist mit einer Antriebsleitung 2 (Leitung für den Normalbetrieb) und einer Bremsleitung 3 (Leitung

35 für Rückwärtsbetrieb) verbunden. In den Antriebs- und

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ; ; "- . : KÖMA'TSU-"~- *-

Bremsleitungen 2,3 ist zwischen dem Hydraulikmotor 1 und einem von Hand betätigten Richtungs-Steuerventil 4 eine Bremsventilanordnung 5 vorgesehen, die im folgenden kurz als Ventilanordnung bezeichnet wird. Die Ventilanordnung 5 umfaßt ein Gegendruckventil 6, zwei Überdruckventile, d.h., ein erstes überdruckventil 7a und ein zweites überdruckventil 7b, ein Rücklauf-Umschaltventil 8 und ein Zeitsteuerventil 9. Das Gegendruck-Ventil 6 ist von üblicher Bauart. Die beiden Überdruckventile 7a und 7b gleichen sich in ihrem Aufbau und sind entgegengesetzt parallel zueinander angeordnet.

Die genaue Ausbildung und Anordnung der überdruckventile 7a,7b, des Rücklauf-Umschaltventils 8 und des Zeitsteuerventils 9 soll nunmehr anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert werden.

Jedes der Überdruckventile 7a und 7b umfaßt eine Gegendruck-Kammer 10, eine in dieser angebrachte Feder 11, ein Ventilsitz-Bauteil 12, ein Ventilelement 14 und eine Hülse 15, die die Gegendruck-Kammer 10 bildet und dem Ventilelement 14 Führung gibt. Das Ventilelement liegt dem Ventilsitz-Bauteil 12 gegenüber und ist durch die Feder 11 derart vorgespannt, daß es mit seinem vorderen Ende an einem Ventilsitz 12a anschlägt. Eine am vorderen Ende des Ventilelements 14 ausgebildete druckbeauf schlagbare Fläche liegt einer ersten öffnung gegenüber, die mit einer axial verlaufenden Bohrung 16 des Ventilsitz-Bauteils 12 in Verbindung steht. Das Ventilelement 14 weist eine zweite druckbeaufschlagbare Oberfl Lache 17 an ihrem äußeren Umfang auf, die zum Ausgleich der Vorspannungskraft der Feder 11 dient. In der Hülse 15 ist eine Verbindungsöffnung oder zweite öffnung 18 ausgebildet, die mit der zweiten druckbeaufschlagbaren

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

• iCOldATSU '**·

- 11 -

Fläche 17 des Ventilelements 14 und einer außerhalb des Entspannungsventils angeordneten Fluidleitung in Verbindung steht-

Der Flächeninhalt der zweiten druckbeaufschlagbaren Fläche 17 ist größer als der der ersten druckbeaufschlagbaren Fläche, die am freien Ende des Ventilelements der Bohrung 16 gegenüberliegt.

Das erste überdruckventil 7a ist derart angeordnet und aufgebaut, daß die Verbindungsöffnung 18 seiner Hülse 15 mit der Normalbetriebs- oder Antriebsleitung 2 in Verbindung steht, während die axiale Bohrung 16 des Ventilsitz-Bauteils 12 zu der Bremsleitung oder Rückwärtsfahrt-Leitung 3 führt. Bei dem anderen Überdruckventil 7b steht die Verbindungsöffnung 18 der Hülse mit der Bremsleitung 3 in Verbindung, und die axiale Bohrung 16 des Bauteils 12 ist an die Antriebsleitung 2 angeschlossen.

Das Rücklauf-Umschaltventil 8 ist zwischen die Antriebsund Bremsleitungen 2,3 geschaltet und umfaßt einen Kolben 19 sowie an beiden Seiten des Kolbens 19 angeordnete Federn 20a und 20b. Das Umschaltventil 8 ist geschlossen, wenn die Fluiddrücke in den Antriebs- und Bremsleitungen 2 und 3 im Gleichgewicht sind und wird entgegen der Kraft entweder der Feder 20a oder der Feder 20b verschoben, wenn der Fluiddruck in der Antriebsleitung oder der Bremsleitung größer als der Druck in der jeweils anderen Leitung ist, so daß die Leitung mit dem kleineren Druck mit einem Rücklaufkanal 21 verbunden wird. Das Zeitsteuerventil 9 umfaßt einen Kolben 22, erste und zweite Druckkammern 23a und 23b an beiden Seiten des Kolbens 22 und Federn 24a und 24b, die in der ersten bzw. in der zweiten Druckkammer 23a,23b angebracht sind und den

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER

- 12 -

Kolben 22 in seine Neutralstellung vorspannen. Der Kolben 22 weist einen mittleren Abschnitt 25 mit verringertem Durchmesser auf und ist mit Einstelldruck-Kanälen oder Axialbohrungen 27a und 27b versehen, die die Druckkammer 23a bzw. 23b mit einer ersten öffnung 26a bzw. einer zweiten öffnung 26b verbinden. Die ersten und zweiten öffnungen 26a, 26b sind am äußeren Umfang des Kolbens 22 ausgebildet. Ein Ventilgehäuse 100, das den Kolben 22 gleitend verschiebbar aufnimmt, weist eine Rücklauföffnung 29 sowie erste und zweite öffnungen 30 und 31 an beiden Seiten der Rücklauföffnung 29 auf. Die erste öffnung 30 steht über einen Verbindungskanal 102, der an eine dritte öffnung des Überdruckventils 7a angeschlossen ist, mit der Gegendruckkammer 10 des ersten Überdruckventils 7a in Verbindung, und die zweite öffnung 31 des Ventilgehäuses 100 steht über einen an die dritte öffnung des zweiten Überdruckventils 7b angeschlossenen Verbindungskanal 103 mit der Gegendruckkammer 10 des zweiten Überdruckventils 7b in Verbindung.

Die ersten und zweiten Druckkammern 23a und 23b des Zeitsteuerventils 9 sind über verengte Kanäle 32 und mit der Antriebsleitung 2 bzw. mit der Bremsleitung 3 verbunden. Die ersten und zweiten öffnungen 26a und 26b des Kolbens 22 sind derart angeordnet, daß die erste Öffnung 26a mit der ersten Ventilgehäuse-Öffnung 30 in Verbindung steht, wenn der Kolben 22 durch die Feder 24a in seine eine Endstellung bewegt wird, während in der anderen Endstellung des Kolbens 22 die zweite Öffnung 26b mit der zweiten Ventilgehäuse-Öffnung 31 in Verbindung steht.

Der genaue Aufbau des Überdruckventils 7a soll mit Bezug auf die vergrößerte Darstellung in Figur 3 näher erläutert werden. Da das zweite überdruckventil 7b in seinem Aufbau dem ersten überdruckventil gleicht,

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

- 13 -

gilt die nachfolgende Beschreibung sinngemäß auch für das zweite überdruckventil»

Die Hülse 15 ist an dem bereits im Zusammenhang mit dem Zeitsteuerventil 9 erwähnten Ventilgehäuse 100 befestigt. Das Ventilsitz-Bauteil 12 ist ebenfalls in dem Ventilgehäuse 100 befestigt und liegt an dem vorderen Ende der Hülse 15 an. Das Ventilelement 14 ist dem Bauteil 12 gegenüberliegend angeordnet und in der Hülse 15 gleitend verschiebbar. Die Feder 11/ die das Ventilelement 14 in Richtung auf das Ventilsitz-Bauteil 12 vorspannt, ist an einem Kolben 40 abgestützt, dessen Position zur Einstellung der Vorspannkraft mit Hilfe eines Gewindestiftes 41 einstellbar ist. Die rückwärtige Oberfläche 14a des Ventilelements 14 ist dem Inneren der Hülse 15 zugewandt. Zwischen der Oberfläche 14a und der vorderen Stirnfläche 40a des Kolbens 40 wird eine von dem Inneren der Hülse 15 getrennte Gegendruck-Kammer 13 gebildet, die über einen verengten Kanal 14b mit der dem Ventilsitz-Bauteil 12 zugewandten Seite des Ventilelements verbunden ist.

Der Durchmesser des mit dem Ventilelement 14 in Berührung tretenden Ventilsitzes 12a des Bauteils 12 soll mit D., der Durchmesser der Gegendruck-Kammer 13 mit D„ und der Außendurchmesser des Ventilelements 14 mit D_ bezeichnet werden. Es gilt die Beziehung D₃ ?D..">D_2/ und die Differenz zwischen D. und D„ ist kleiner als die Differenz zwischen D- und D .

Die axiale Bohrung 16 des Ventilsitzes 12 steht mit der Antriebsleitung 2 in Verbindung, und ein an den radial äußeren Bereich des vorderen Endes des Ventilelements angrenzendes Gebiet steht über die Verbindungsöffnung mit der Bremsleitung in Verbindung. Die rückwärtige Ober-

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

- 14 -

fläche des Ventilelements 14 innerhalb der Hülse 15 ist mit der Verbindungsleitung 102 verbunden.

Die Fläche A₁ des Ventilelements 14, die über die Antriebsleitung 2 bzw. über die Bremsleitung 3 mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, ist durch die folgende Formel gegeben.

Die Fläche A_ des Ventilelements 14, die über die Bremsleitung 3 bzw. über die Antriebsleitung 2 mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, ist durch die folgende Formel gegeben

A= ^ in² - D²)

^Ä2 4 ^(υ3 ^ur

Wegen der oben erwähnten Beziehung D_7 D.7»D„ gilt daher: A₁ < A₂.

Mit Bezug auf die oben beschriebene Anordnung sollen nach folgend zwei Fälle verglichen werden, bei denen in einem Fall von einer Fluidguelle gefördertes Druckfluid der Antriebsleitung 2 und im anderen Fall der Bremsleitung 3 zu geführt wird. Wenn die Antriebsleitung 2 mit Druckfluid

beaufschlagt wird, ist wegen der Beziehung A..< A„ der öff nungsdruck auf der Seite der Antriebsleitung 2 auf einen höheren Wert eingestellt als der öffnungdruck auf der Seite der Bremsleitung 3. Wenn dagegen das Druckfluid in die Bremsleitung 3 eingeleitet wird, wird der öffnungs druck auf der Seite der Bremsleitung 3 auf einen höheren Wert als der auf der Seite der Antriebsleitung 2 eingestellt. Wenn ferner der in die Gegendruck-Kammer 10 geöffnete Verbindungskanal mit Druckfluid beaufschlagt wird, wird das Ventilelement 14 in der Hülse 15 festgelegt und gegenüber dem Fluiddruck in der Antriebsleitung

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER

* ο

- 15 -

2 und in der Bremsleitung 3 blockiert.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung bildet ein über-Kreuz-Sicherheitsventil mit zwei Überdruckventilen. Das eine Überdruckventil ist über seine erste Öffnung mit der Antriebsleitung 2 und über seine zweite Öffnung mit der Bremsleitung 3 verbunden, während das zweite Überdruckventil über seine erste Öffnung mit der Bremsleitung 3 und über seine zweite öffnung mit der Antriebsleitung 2 verbunden ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung soll nunmehr anhand der Figuren 2 und 4 bis 8 erläutert werden.

(1) Neutralstelluna (Fig. 2):

Die Antriebsleitung 2 und die Bremsleitung 3 sind beide mit dem Rücklaufkanal verbunden, und das Gegendruck-Ventil 6 wird durch die Federn in der Neutralstellung gehalten. Beide Überdruckventile 7a und 7b werden jeweils durch die Feder 11 geschlossen gehalten.,

(2) Normalbetrieb - bei niedriger Überdruckschwelle (Fig.4)

Wenn das von Hand betätigte Richtungs-Steuerventil 4 in seine Stellung I geschaltet wird, so daß Druckfluid von der Hydraulikpumpe in die Antriebsleitung 2 eingeleitet wird, so strömt das Druckfluid durch ein Rückschlagventil 6a des Gegendruck-Ventils 6 in die Antriebsleitung 2. Hierdurch wird der Druck in der Antriebsleitung 2 oder Normalbetrieb-Leitung erhöht, so daß sich ein Anlaß-Drehmoment ergibt, durch das der Hydraulikmotor 1 in Drehung versetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt gelangt das Druckfluid aus der Antriebsleitung 2 ferner in das Rücklauf-Umschalt-

TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER * JKOilATÖU ] _# "; - _:'"_: , "_:

- 16 -

ventil, das dadurch in dem Sinne umgeschaltet wird, daß die Bremsleitung oder Rückwärtsfahrt-Leitung 3 mit dem Rücklauf verbunden wird. Gleichzeitig strömt das Druckfluid aus der Antriebsleitung 2 durch den verengten Kanal 32 in die erste Druckkammer 23a des Zeitsteuerventils 9 und bewegt dessen Kolben 22 nach links. Die Bewegung des Kolbens 22 wird jedoch dadurch verzögert, daß der Fluiddruck oder die Fluiddruck-Jinderung in der zweiten Druckkammer 23b auf der linken Seite des Kolbens 22 durch den verengten Kanal 33 begrenzt wird, so daß es eine gewisse Zeit 4 t dauert, bis der Kolben 22 seine Extremstellung erreicht. Während dieser Zeit ist die Gegendruck-Kammer 10 des ersten Überdruckventils 7a über das Zeitsteuerventil 9 mit dem Rücklaufkanal 21 verbunden, bevor der Kolben des Zeitsteuerventils das Ende seines Hubes erreicht. Dadurch wird das Ventilelement 14 des ersten Überdruckventils 7a derart eingestellt, daß es bereits bei einem niedrigen überdruck in der Antriebsleitung 2 öffnet. Das Druckfluid in der Antriebsleitung 2, das auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck gehalten wird und das die Fläche 17 des Ventilelements 14 beaufschlagt, fließt daher durch das Ventilelement 14, den Ventilsitz 12a und die axiale Bohrung 16 des Bauteils 12 in die mit dem Rücklauf verbundene Bremsleitung 3. Bei dem zweiten überdruckventil 7b beaufschlagt der Fluiddruck in der Antriebsleitung 2 dagegen das vordere Ende des Ventilelements 14. Da der Flächeninhalt A₁ der vorderen Stirnfläche des Ventilelements 14 kleiner ist als der Flächeninhalt A₂ der am äußeren ümfangsrand des Ventilelements 14 gebildeten druckbeaufschlagbaren Fläche, ist, obgleich die Gegendruck-Kammer 10 des zweiten Überdruckventils 7b mit dem Rücklauf verbunden ist, ein größerer Druck als der in der Antriebsleitung 2 herrschende Druck erforderlich,

TER MEER ' MÜLLER · STEINMEISTER · ; .KCJMSiTSO

- 17 -

um das Ventilelement 14 des zweiten Überdruckventils 7b in die geöffnete Stellung zu verschieben und das Druckfluid abzuleiten. Das heißt, das zweite Überdruckventil 7b ist derart eingestellt, daß der zum Öffnen des Ventils erforderliche Überdruck größer ist als bei dem ersten überdruckventil 7a.

(3) Antriebszustand - bei hoher Überdruck-Schwelle (Fig. 5):

Wenn sich der Kolben 22 des Zeitsteuerventils 9 weiter in Richtung auf seine linke Extremstellung verschiebt, tritt die erste Öffnung 26a das Kolbens 22 mit der ersten öffnung 30 des Zeitsteuerventils 9 in Verbindung, so daß Druckfluid aus der Antriebsleitung durch die erste Druckkammer 23a, die Axialbohrung 27a des Kolbens 22 und die ersten Öffnungen 26a,30 des Kolbens 22 und des Zeitsteuervcntil-Gehäuses in die Gegendruck-Kammer 10 des ersten Überdruckventils 7a eingeleitet wird. Hierdurch wird das Ventilelement 14 des ersten Überdruckventils 7a blockiert, so daß dieses Ventil nicht mehr als Überdruckventil mit niedriger Schwelle wirkt und der Druck in der Antriebsleitung 2, d.h., am Einlaß des Hydraulikmotors 1, wieder ansteigt.

Wenn sich der Druck in der Antriebsleitung 2 auf einen vorgegebenen Wert erhöht hat, nimmt das zweite überdruckventil 7b seine Funktion als überdruckventil mit hoher Schwelle auf, so daß in der Antriebsleitung 2 ein hoher Fluiddruck eingestellt und der Plydraulikmotor 1 mit einem hohen Drehmoment angetrieben wird und daher seine vorgesehene Drehzahl erreicht.

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER

»KOMA¹ES-U^:

- 18 -

(4) Beginn des BremsVorgangs - handbetätigtes Richtungs-Steuerventil in der Neutralstellung (Fig. 6):

Wenn das handbetätigte Richtungs-Steuerventil 4 wieder in die Neutralstellung N überführt wird, wird das von der Hydraulikpumpe geförderte Druckfluid nicht mehr in die Antriebsleitung 2 eingeleitet. Infolgedessen setzt eine Bewegung des Gegendruck-Ventils 6 zurück in die Neutralstellung ein. Das durch den Auslaß des Hydraulikmotors abgegebene Druckfluid wird durch das Gegendruck-Ventil 6 abgelassen. Da die auf diese Weise von dem Hydraulikmotor abgegebene Fluidmenge am Einlaß des Hydraulikmotors fehlt, wird Fluid durch das Rückschlagventil 6a des Gegendruck-Ventils 6 angesaugt und dadurch die Bildung von Kavitationen in dem Hydraulikmotor 1 vermieden.

Während der Bewegung des Gegendruck-Ventils in Richtung auf die Neutralstellung wird der Durchsatz des vom Auslaß des Hydraulikmotors durch das Gegendruck-Ventil 6 fließenden Fluids begrenzt oder verringert, so daß die Drehung des Hydraulikmotors in Folge der Trägheit zu einem Druckanstieg am Auslaß des Motors führt. Dieser Druckanstieg bewirkt eine Bremswirkung auf den Hydraulikmotor 1. Der Druckanstieg am Auslaß des Hydraulikmotors 1 ermöglicht ein vorrübergehendes Umschalten des Rücklauf-Umschaltventils 8 in die rechte Position in der Zeichnung, so daß die Antriebsleitung 2 mit dem Rücklauf verbunden wird. Gleichzeitig wirkt der Fluiddruck auf dio /weitr Druckkammer 23b des Zeitsteuerventils 9 und bewogt den Kolben 22 nach rechts. Dabei wird der Fluiddruck oder Fluiddruckanstieg in der ersten Druckkammer 2 3a durch den verengten Kanal 32 begrenzt, so daß nur eine langsame Bewegung des Kolbens 22 nach

35 rechts einsetzt.

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER

KOMATSÜ ο

- 19

(5) Bremsbetrieb - bei niedr i.->n;r iibordruck-Schwclle (Fig. 7)

Während die Bewegung des Kolbens 22 des Zeitsteuerventils 9 nach rechts einsetzt und andauert, wird das Fluid in der Gegendruck-Kammer 10 des zweiten Überdruckventils 7b durch das Zeitsteuerventil 9 abgelassen, so daß eine niedrige Druckschwelle an dem zweiten Überdruckventil 7b eingestellt wird. Infolgedessen wird das Druckfluid in der Bremsleitung 3, das die Fläche 17 des Ventilelements 14 beaufschlagt, auf einem niedrigen Druck gehalten und durch die Axialbohrung 16 des Bauteils 12 in die Antriebsleitung 2 abgeleitet. Indessen ist bei dem ersten Überdruckventil 7a eine im Vergleich zu dem zweiten Überdruckventil 7b höhere Öffnungsschwelle für den Druck in der Bremsleitung 3 eingestellt.

(6) Bremsbetrieb - bei hoher Überdruck-Schwelle (Fig. 8):

Durch die Bewegung des Kolbens 2 2 des Zeitsteuerventils 9 in seine rechte Extremstellung wird die Gegendruck-Kammer 10 des zweiten Überdruckventils 7b mit dem Bremsdruck in der Bremsleitung 3 beaufschlagt, so daß das zweite Überdruckventil 7b blockiert wird und nicht mehr als Druckbegrenzungsventil arbeitet. Der Druck in der Bremsleitung 3, d.h., am Auslaß des Hydraulikmotors 1, kann daher wieder ansteigen.

Wenn der Bremsdruck in der Bremsleitung 3 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, öffnet das erste Überdruckventil 7a und der Bremsdruck in der Bremsleitung 3 wird auf einem hohem Wert gehalten, so daß sich ein hohes Bremsdrehmoment an dem Hydraulikmotor 1 ergibt und die-

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER

- 20 ser zum Stillstand gebracht wird.

Die Änderungen des Druckes in der Antriebsleitung 2 und in der Bremsleitung 3 während der oben beschriebenen Vorgänge sind in Figur 9 dargestellt. In der anfänglichen Antriebs-Beschleunigungsphase wird der Druck in der Antriebsleitung 2 während des Zeitintervalls dt, die zur Bewegung des Kolbens 22 des Zeitsteuerventils 9 erforderlich ist, auf einem niedrigen Druckwert AP gehalten, wie durch eine Kurve C₁ in Figur 9 dargestellt ist. Nach Ablauf des Zeitintervalls Δ t nimmt der Fluiddruck einen hohen Wert an und steigt somit in zwei Stufen an. Während des Bremsens oder während des Antriebs in Rückwärtsrich-

tung steigt in ähnlicher Weise der Fluiddruck in der Bremsleitung 3 in zwei Stufen an, wie durch eine Kurve C₂ gezeigt ist.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt der Druck- P im Bereich von 40 bis 50 kg/cm² und die Länge des Zeitintervalls £t beträgt 0,1 bis 0,2 Sekunden.

Claims

TER MEER-iVIULLER-STEINMEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N, ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

Artur-Ladebeck-Strasse

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD

FP 83-6M-Ger»
St/Wi/sc

K.K. KOMÄTSU S„ 3-6, Äkasaka 2-chome Minato-ku, Tokyo Japan

HYDRAULIK-BREMSVENTILANORDNUNG

PRIORITÄT: 04.03.1982, Japan, Nr. 029613/82 04.03.1982, Japan, Nr. 029614/82

PATENTANSPRÜCHE

C1. jHydraulik-Bremsventilanordnung für ein Hydrauliksystem MEit einem Hydraulikmotor, der über eine Antriebsleitung und eine Bremsleitung mit einem von Hand zu betätigenden Richtungs-Steuerventil verbunden ist, gekennzeichnet durch

(a) ein Gegendruck-Ventil (6),

(b) ein erstes überdruckventil (7a) mit zwei umgebenden,

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Il ",.-IZ "♦ -KOMATS*H ? ? Π 7 5 8

durch Druckfluid beaufschlagbaren Flächen, von denen eine durch den Druck in der Antriebsleitung (2) und die andere durch den Druck in der Bremsleitung (3) beaufschlagbar ist, und welche Flächen derart bemessen sind, daß das überdruckventil bei einem niedrigen Druck in der Antriebsleitung (2) und/oder bei einem hohen Druck in der Bremsleitung (3) öffnet, und mit einer das Überdruckventil blockierenden Gegendruck-Kammer (10),

(c) ein zweites Überdruckventil (7b) von gleicher Bauart wie das Überdruckventil (7a), bei dem die Fläche, die bereits bei einem niedrigen Druck zum öffnen führt, durch den Druck in der Bremsleitung (3) und die andere Fläche durch den Druck in der Antriebsleitung (2) beaufschlagbar ist,

(d) ein durch die Differenz zwischen dem Druck in der Antriebsleitung (2) und der Bremsleitung (3) steuerbares Rücklauf-Umschaltventil (8) zur Verbindung derjenigen der Antriebs- und Bremsleitungen (2,3) die jeweils den geringeren Druck aufweist, mit einem Rücklaufkanal (21), und

(e) ein durch die Druckdifferenz zwischen der Antriebsleitung (2) und der Bremsleitung (3) steuerbares Zeitsteuerventil, durch das das Druckfluid in derjenigen der Antriebs- und Bremsleitungen (2,3), die auf einem höheren Druckwert gehalten wird, verzögert in die Gegendruck-Kanroer (10) desjenigen Überdruckventils (7a oder 7b) einleitbar ist, bei dem die Fläche, die bereits bei niedrigem Druck zum öffnen des Ventils führt, mit der auf dem höheren Druck gehaltenen Antriebs- oder Bremsleitung (2,3) verbunden ist.
2. Hydraulik-Bremsventilanordnung nach Anspruch 1, daß

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER ° ° „ *: ' ' ■/;·;' 3307582

— "i —

die ersten und zweiten Überdruckventile (7a,7b) jeweils ein Ventilsitz-Bauteil (12) mit einer mit einer ersten Öffnung verbundenen axialen Bohrung (16), ein Ventilelement (14), dessen Druchmesser D_ größer ist als der Durchmesser D₁ eines Ventilsitzes (12a) des Bauteils (12) und dessen radial äußerer Stirnflächenbereich einer zweiten Öffnung zugewandt ist, und eine an der entgegengesetzten Stirnfläche des Ventilelements (14) angreifende und dieses in Richtung auf den Ventilsitz (12a) vorspannende Feder

(11) umfaßt, daß der Flächeninhalt A₁ der über die erste öffnung mit Druckfluid beaufschlagbaren Fläche des Ventilelements (14) kleiner ist als der Flächeninhalt A der über die zweite Öffnung mit Druckfluid beaufschlagbaren Fläche und daß die entgegengesetzte Stirnfläche des Ventilelements 14 einer dritten Öffnung zugewandt ist»
3 _o HydrauljJc-Bremsventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichne t, daß die beiden Überdruckventile (7a, 7b) ein über Kreuz geschaltetes Sicherheitsventil bilden, bei dem die erste Öffnung des einen Überdruckventils (7b) mit der Antriebsleitung (2) und die zweite Öffnung dieses Überdruckventils (7b) mit der Bremsleitung (3) verbunden ist, während die erste Öffnung des anderen Überdruckventils (7a) mit der Bremsleitung (3) und die zweite öffnung dieses Überdruckventils (7a) mit der Antriebsleitung (2) verbunden ist,
4. Hydraulik-Bremsventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die dritte Öffnung jedes der Überdruckventile (7a,7b) in die Gegendruck-Kammer (10) des betreffenden Ventils mündet und zum Blockieren des Ventils mit derjenigen der Arbeits- und Bremsleitungen (2,3) verbindbar ist, die den höheren Fluiddruck aufweist»