DE3308315C2

DE3308315C2 - Vorrangventil

Info

Publication number: DE3308315C2
Application number: DE19833308315
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 4000 Düsseldorf-Eller Arnold
Original assignee: Integral Hydraulik and Co
Current assignee: Integral Hydraulik and Co
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1985-01-03
Also published as: DE3308315A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorrangventil zum Aufteilen eines ankommenden Fluidstromes auf zwei insbesondere mit "offener Mitte" gesteuerte Verbraucher, solange deren Druckdifferenz eine vorgegebene Grenzdifferenz nicht überschreitet und zum Absperren des Verbrauchers mit dem niedrigeren Druck bei Überschreiten der Grenzdifferenz so, daß der Verbraucher mit dem höheren Druck dann den ganzen Fluidstrom erhält. Ein bekanntes Vorrangventil mit zwei über Steuerkanten gesteuerten veränderlichen Drosselstellen müßte sehr eng toleriert sein, um bei einem Mindestdurchfluß einen zum Schalten eines Steuerkolbens ausreichenden Staudruck hervorzubringen. Bei Vergrößerung des Fluidstroms entstanden dann ganz beträchtliche Staudrücke. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Erscheinung verwendet das erfindungsgemäße Vorrangventil Konstantdrosseln und ein in Mittelstellung wirksames Entlastungsventil. Bei geschaltetem Steuerkolben wird zusätzlich ein nahezu ungedrosselter Strömungsweg geöffnet.

Description

a) einem Gehäuse,

b) einem Zulaufanschluß,

c) zwei Arbeitsanschlüssen,

d) einem Steuerkolben zum Steuern von DurchfluBquerschnitten zwischen dem ZulaufanschluDtoid den Arbeitsanschlüssen,

c) gegensinnig wirkenden, hydraulisch vom Druck in den Steuerräumen beaufschlagbaren Wirkflächen am Steuerkolben zum Verschieben desselben in der einen oder anderen Richtung,

gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden, zum Teil einzeln bekannten Merkmale:

f) mit dem Steuerkolben (12) wirken Federteller (27,28) oder dergleichen zusammen, die als Widerlager für Zentrierfedern (29,30) dienen und in der Mittelstellung des Steuerkolbens (12) an gehäusefesten Anschlägen (Absatz 3, Absatz 4) anliegen;

g) zwischen dem Zulaufansch.uß (P) und den Arbeitsanschlüssen (A, B) verlaufen zwei getrennte erste Strömungswege, in die Konstantdrosseln (Drosselbohrungen 20 und 21) eingebaut sind, derart, daß beide Strömungswege in Mittelstellung des Steuerkolbens (12) geöffnet sind und einer von beiden bei Verschiebung des Steuerkolbens (12) zunehmend verkleinert und schließlich geschlossen wird;

h) zwischen Zulaufanschluß (P') und mindestens einem (B) der Arbeitsanschlüsse verläuft ein zweiter Strömungsweg, der einen vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt besitzt und in den ein in Richtung des betreffenden Arbeitsanschlusses (B) öffnendes Entlastungsventil (15, 17, 18) eingebaut ist, wobei der zweite Strömungsweg in der Mittelstellung des Steuerkolbens (12) voll geöffnet ist und bei Verschiebung des Steuerkolbens (12) zunehmend gedrosselt und schließlich verschlossen wird;

i) zwischen Zulaufanschluß (P) und beiden Arbeitsanschlüssen (A, B) bestehen getrennte, in Mittelstellung des Steuerkolbens (12) unterbrochene dritte Strömungswege, von denen je einer bei Verschiebung des Steuerkolbens zunehmend geöffnet wird und schließlich einen vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt hat, derart, daß der Arbeitsanschluß mit dem geringeren Druck abgesperrt ist und der Arbeitsanschluß mit dem größeren Druck nahezu ungedrosselt versorgt wird.

2. Vorrangventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zulaufanschluß (P) zentrisch ein Zulaufkanal (11) ausgeht, der in Mittelstellung des Steuerkolbens (12) ggf. unter Zwischenschaltung einer Ringnut (13) einer Querbohrung (14) im Steuerkolben (12) gegenüberliegt, die mit einer Längsbohrung (16) verbunden ist, in ein als federbelastetes Sitzventil ausgebildetes Entlastungsventil (15,17,18) eingebaut ist, während beidseitig und axial entfernt zum Zulaufkanal (11) Drosselbohrungen (20 und 21) ausgehen, die unter Zwischenschaltung weiterer Ringnuten (22,23) mit weiteren Querbohrungen (25, 24) im Steuerkolben (12) verbunden sind, von denen eine (24) die erstere Längsbohrung (16) stromab vom Entlastungsventil anschneidet und die andere (25) eine weitere L&ngsbohrung (26) anschneidet, wobei die Längsbohmngen (16, 26) zu den Arbeitsanschlüssen (B, A) führen und die Abstände der Drosselbohrungen (11) und die Längen der Ringnuten (22,23) so bemessen sind, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (12) eine der Ringnuten die zugehörige Drosselbohrung und gleichzeitig den Zulaufkanal (11) im Sinne eines ersten und dritten Strömungsweges überdeckt und alle anderen Strömungswege geschlossen sind.

25 Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorrangventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bekanntlich dienen derartige Ventile im Gegensatz zu herkömmlichen Strornteilerventilen nicht dazu, einen ankommenden Teilstrom unter allen Bedingungen in zwei Teilströme aufzuteilen, sondern dazu, den Strom zu einem Arbeitsanschluß vollends zu unterbinden, wenn zwischen den Arbeitsanschlüssen eine vorbestimmte Druckdifferenz entsteht Ein bevorzugtes Anwendungsfeld ist bei Niveauregeleinrichtungen von Fahrzeugen gegeben, bei denen mit nur einer Pumpe die getrennt voneinander angeordneten Niveauregeleinrichtungen der Vorder- und Hinterachse versorgt werden sollen.

Wenn beide Niveauregelventile in Niveaulage auf Durchfluß geschaltet sind, wäre ohne Vorrangventil eine Druckerhöhung bei einseitiger Belastungsänderung gar nicht möglich.

In der älteren Patentanmeldung P 32 11 414 (DE-OS 32 11 414) ist ein Vorrangventil beschrieben, das neben dem Steuerkolben zwei Hilfskolben benötigt, um ein Absperren eines Arbeitsanschlusses zu ermöglichen. Eine derartige Bauweise ist aufwendig und kompliziert. Außerdem sind in die Strömungswege zwischen Zulaufanschluß und den Arbeitsanschlüssen Festdrosseln ein-Rebaut, durch welche der gesamte Förderstrom fließen muß.

Das führt bei motorgetriebenen Pumpen, die bereits bei Leerlaufdrehzahl einen ausreichenden Förderstrom erzeugen sollen, zu beträchtlichen Staudrücken bei höheren Drehzahlen und damit zu unnötigen Verlusten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Vorrangventil der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß auch bei verschiedenen großen Durchflüssen und/oder bei wechselnden Viskositäten unerwünscht hohe Staudrücke und damit ölerwärmung und Geräuschbildung vermieden werden. Die Ausgestaltung soll einfach und billig sein und sich ohne Vergrößerung des Einbauraumes verwenden lassen.

Die Lösutig dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkma len des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Eine Aufteilung eines ankommenden Gesamtstroms in zwei im allgemeinen gleich große Teilstrome wird

auch durch hydraulische Stromteiler erreicht, wie sie z. B. in der DE-OS 26 29 098 beschrieben werden. Solche Stromteiler sind aber funktionsgemäß nicht dazu in der Lage, einen Arbeitsanschluß für eine längere Zeit vom Zulaufanschluß zu trennen. Der Hauptgrund dafür liegt darin, daß jeweils nur ein Strömungsweg zu den Steuerräumen besteht, der nicht unterbrochen werden kann. Folglich muß der gesamt«; Durchfluß diesen Weg nehmen, so daß auch hier erhebliche Staudrücke auftreten können.

Durch die DE-OS 29 16 557 ist zwar ein Durchflußteilerventil bekannt, das einen zweiten Strömungsweg mit einem eingebauten Entlastungsventil besitzt, aber auch dort ist keiner der Strömungswege absperrbar und ein dritter Strömungsweg nicht vorhanden. Die angestrebte Funktion, nämlich in Mittelstellung des Steuerkolbens einen Strom zu teilen und einen hohen Staudruck zu vermeiden und andererseits im geschalteten Zustand einen Arbeitsanschluß abzusperren und dem anderen das Druckmittel nahezu ungedrosselt zuzuführen, ist daher auch mit diesem Durchflußteilerventii nicht erreichbar. Die Erfindung konnte insgesamt nicht nahegelegt werden.

Anspruch 2 richtet sich auf eine bestimmte konstruktive Ausführung des Vorrangventils.

Anhand eines in der Figur zum Teil mit Symbolen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert

Die Figur Ecigt ein erfindungsgemäßes Vorrangventil in einer Schnittdarstellung und einen Schaltplan für zwei Niveauregeleinrichtungen mit offener Mitte.

In einem Gehäuse i ist eine axial gerichtete Bohrung 2 angeordnet, an die sich unter Bildung von Absätzen 3 und 4 Bohrungen 5 und 6 anschließen, die sich dann zu mit Gewinde versehenen Bohrungen 7 und 8 fortsetzen, in die Stopfen 9 und 10 geschraubt sind. Etwa in der Mitte der Bohrung 2 mündet ein mit einem Zulaufan- >chluß fin Verbindung stehender Zulaufkanal 11. In der bohrung 2 ist gleitbar ein Steuerkolben 12 angeordnet, dessen Länge ir: wesentlichen der Länge der Bohrung 2 entspricht. Der Steuerkolben 12 besitzt in seiner der Darstellung entsprechenden Mittelstellung eine dem Zuiaufkanal 11 gegenüberliegende Ringnut 13, von der eine Querbohrung 14 ausgeht, die eine innerhalb des Steuerkolbens 12 verlaufende, zu einem Kugelsitz 15 abgesetzte, in Form einer Sackbohrusg angeordnete Längsbohrung 16 anschneidet. Auf dem Kugelsitz 15 liegt eine Kugel 17 auf, die von einer Rückstellfeder 18, die sich an einem Anschlag 19 in der Längsbohrung 16 abstützt, belastet wird. Dieis ganze Anordnung wirkt als Entlastungsventil, genauer gesagt als Druckgefälleventil. Beidseitig vom Zulaufkanal 11 sind mit einem gewissen Abstand ausgehend vom Zulaufanschluß P Drosseibohrungen 20 und 21 angeordnet, welche in der Bohrung 2 münden und dort Ringnuten 22 und 23 im Steuerkolben 2 treffen. Die Ringnut 23 ist mit einer Querbohrung 24 mit dem stromab vom Kugelsitz 15 liegenden Teil der Längsbohrung 16 verbunden. Die Ringnut 22 steht über eine Querbohrung 25 mit einer weiteren, in Form einer Sackbohrung im Steuerkolben 12 angeordneten Längsbohrung 26 in Verbindung. Der Sieuerkolben 12 wird von zwei Federtellern 27 und 28, die von Zentrierfedern 29 und 30 gegen die Absätze 3 iind 4 gedrückt werden, zentriert. Die Zentrierfedern 29 und 30 stützen sich an den Stopfen 9 und 10 ab, die im übrigen mit Arbeitsanschlüssen A und B versehen sind. Zentrische Durchgangslöcnst 31 und 32 in den Federtel- ^!crn 28 und 29 fluchten mit den Längsbohrungen 16 und

26. Die Länge des Steuerkolbens 12 ist gleich oder geringfügig kleiner als die Länge der Bohrung 2. Der mögliche Hub der Federteller 27 und 28 bis zum Anschlagen an den Stopfen 9 und 10 ist in Verbindung mit den Abmessungen des Steuerkolbens 12 so bemessen, daß in der maximal ausgelenkten Lage die Ringnut 13 in den Bereich zwischen dem Zulaufkanal 11 und einer der Drosselbohrungen 20 oder 21 gelangt, während jeweils eine der Ringnuten 22 oder 23 außer Eingriff gelangt

to und die andere die ihr zugeordnete Drosselbohrung und den Zulaufkanai 11 überdeckt Die Vorderräder 33 und 34 eines Fahrzeuges sind mit nicht näher dargestellten Federbeinen 35 und 35 ausgerüstet, die mit hydropneumatischen Federelementen 37 und 38 verbunden sind und zwar über Dämpfungseinrichtungen 39 und 40. In ähnlicher Weise sind Hinterräder 41 und 42 mit Federbeinen 43 und 44 versehen und diese über Dämpfungseinrichtungen 45 und 46 mit hydropneumatischen Federelementen 47 und 48 verbunden. Die Federbeine 35 und 36 besitzen eine Verbindungsleituni: 49. Eine weitere Verbindungsleitung 50 verläuft zwischen den Federbeinen 43 und 44. Eine Arbeitsleitung 51 gent vom Arbeitsanschluß A aus und endet an einem Anschluß P\ eines Niveauregelventils 52, welches zwei weitere An-Schlüsse A\ und 71 besitzt Von Anschluß A\ führt eine Arbeitsleitang 53 zur Verbindungsleitung 49. Der Anschluß T\ ist mit dem Tank verbunden. Vom Arbeitsanschluß B führt eine Arbeitsleitung 54 zu einem Anschluß P2 eines Niveauregelventils 55, das zwei weitere An-Schlüsse Az und T₂ besitzt Vom Anschluß A₂ führt eine Arbeitsleitung 56 zur Verbindungsleitung 50.

Der Anschluß T₂ ist mit dem Tank verbunden. Wirklinien 57 und 58 sollen andeuten, daß die Niveauregelventile 52 und 55 in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den gefederten und ungefederten Massen gesteuert werden. Auf die konstruktive Ausbildung der Niveauregelventile 52 und 55 braucht nicht näher eingegangen werden.
Wichtig ist nur, daß sie in ihrer Mittelstellung, also in Niveaulage, auf Umlauf geschaltet sind, d. h. in dieser Schalt«·'.ellung wird das Druckmittel mehr oder weniger drucklos zum Tank zurückgeleitet im Sinne der Verbindung Pi-Τι bzw. P2—T2. Bei Abstandsverringsrungen entsteht die Verbindung Pi-Ai bzw. P₂-A₂ und bei Abstandsvergrößerungen die Verbindungen P\—A\ — T\ bzw. P₂-A₂- T₂. Ein Überlasten z. B. infolge zu schwerer Beladung wird durch eingebaute Sicherheitsventile verhindert, welche dann P\ mit Ti bzw. P₂ mit T₂ verbinden.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß das Fahrzeug sich entsprechend den in der Figur dargestellten Schaltstellungen bei einem vergleichsweise geringen Durchfluß in Niveaulage befinde und beide Niveauregelventile 52 und 55 entsprechend den Verbindüngen Pi-Tt und P^-T₂ durchströmt würJen. Der Druck an den Arbeitsanschlüssen A und B ist dann im wesentlichen gleich groß oder zumindest nicht sehr unterschiedlich. Das bedeutet, daß die Drücke nicht in der Lage sind, den Steuerkolben 12 aus seiner Mittelstellung gegen eine der Zentrierfedern 29 oder 30 zu verschieben.

Der am Zulaufanschluß P ankommende Fiuidstrom wird daher durch die Drosselbohrungen 20 und 21 entsprechend deren tatsächlich vorhandenen Strömungsquerschnitten aufgeteilt ;;nd besitzt natürlich vor den Drosselbohrungen 20 und 21 einen um ein bestimmtes Maß höheren Druck als nach den Drosselbohrungen. Wenn nun z. B. das Niveauregelventil 55 auf »Aufre-

geln« im Sinne der Verbindung Pj—Aj geschaltet wird, entsteht in dem System 43,44,47,48,50,56, A₂, P₂, B, 32, 16,24,23 und damit auch an der Stirnfläche des Steuerkolbens 12 ein Druckanstieg, der, sobald eine vorbestimmte Differenz gegenüber dem Druck auf der gegenüberliegenden Stirnfläche erreicht ist, den Steuerkolben 12 nach links verschiebt, und zwar solange, bis der Federteller 27 am Stopfen 9 anschlägt Der Kontakt mit dem Federteller 28 geht verloren, da dieser am Absatz 4 anliegt. Die Ringnut 22 gelangt in den Bereich zwischen der Drosselbohrung 20 und dem Absatz 3 und damit außer Eingriff. Die Ringnut 13 liegt zwischen Zulaufkanal 11 und Drosselbohrung 20 ebenfalls außer Eingriff. Die Ringnut 23 überdeckt sowohl den Zulaufkanal 11 wie auch die Drosselbohrung 21, so daß nun der gesamte Durchfluß nur noch über die Ringnut 23 erfolgen kann, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen Zuiaufkanai ti unu Ringnut 23 50 bemessen ist, da" keine wesentliche Drosselung stattfindet

Unter der eingangs gemachten Voraussetzung des geringen Durchflusses wird das Druckgefälleventil 15, 17,18 nicht ansprechen. Sofern bei dieser Sachlage der Druckanstieg am Niveauregelventil 52 entstehen würde, würden die beschriebenen Vorgänge jeweils seitenverkehrt ablaufen.

Es sei nun der Fall betrachtet daß der Durchfluß in Mittelstellung des Steuerkolbens 12 ansteigen würde. Ohne das Druckgefälleventil 15,17,19 würde ein unerwünscht hoher Staud^ruck vor den Drosselbohrungen 20 und 21 entstehen. Dieser Staudruck wird nun durch das Druckgefälleventil auf einen annehmbaren Wert begrenzt. Das Druckmittel strömt über den Zulaufkanal 11, die Ringnut 13, die Querbohrung 14 und die Längsbohrung 16 bis zur Kugel 17 und hebt diese gegen die Kraft der Rückstellfeder 18 von ihrem Kugelsitz 15. Danach strömt das Druckmittel zusammen rnit einem nach wie vor über die Drosselbohrung 21 strömenden Teilstrom auf dem schon beschriebenen Wege zum Niveauregelventil 55. Ein anderer Teilstrom gelangt über die Drosselbohrung 20 zum Niveauregelventil 52. Obwohl insgesamt mehr Druckmittel zum Niveauregelventil 55 fließt als zum Niveauregelventil 52, führt dies normalerweise nicht zu einer Druckerhöhung, die ein Schalten bewirken würde. Es reicht daher meist aus, nur ein Druckgefälleventil zu verwenden, was aber nicht ausschließt bei Bedarf jeder Seite eines zuzuordnen.

Das Schalten des Steuerkolbens 12 erfolgt auf die beschriebene Weise ganz unabhängig davon, ob das Druckgefälleventil angesprochen hat oder nicht

Die Erfindung is>. nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt So ist es ohne weiteres auch möglich, ein Druckgefälleventil im Gehäuse einzubauen, wenn die Zuleitung bei Verschiebung des Steuerkolbens unterbrochen wird.

In umgekehrter Weise könnten die Drosselbohrungen sich auch im Steuerkolben befinden, wenn ihr Zulauf wechselweise unterbrochen werden kann. Anstelle einer Kugel können natürlich auch andere Sitzkörper, wie z. B. Kegel verwendet werden. Selbst Kolben wären denkbar. Die Ausführung der Niveauregelventile spielt keine Rolle, solange sie eine »offene Mitte« haben, d. h. solange ein Durchfluß in Mittelstellung gewährleistet, ist Schließlich kann der Steuerkolben auch so ausgebildet sein, daß bsi einer Verschiebung beide Drosselbohrungen verschlossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrangventil zum Aufteilen eines ankommenden Fluidstroms auf zwei insbesondere mit »offener Mitte« gesteuerte Verbraucher, solange deren Druckdifferenz eine vorgegebene Grenzdifferenz nicht überschreitet, und zum Absperren des Verbrauchers mit dem niedrigen Druck bei Oberschreiten der Grenzdifferenz derart, daß dem Verbraucher mit dem höheren Druck dann der ganze Fluidstrom zugeführt wird, mit