DE3341641C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 angeführten Merkmalen.

Die Aufgabe solcher Ventile mit Bremskolben besteht darin, beispielsweise bei Talfahrt eine Voreilung des Fahrzeugs, insbesondere eines Baggers, zu vermeiden und ein gefahrloses Bergabfahren zu ermöglichen. Solche Ventile können auch für andere Verbraucher, beispielsweise für einen hydraulischen Kranmotor zum Fieren einer Last vorgesehen sein. Bei dem Wegeventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 handelt es sich um ein doppelt wirkendes Wegeventil mit zwei eingebauten Bremskolben, so daß der Verbraucher in beiden Drehrichtungen gebremst werden kann, falls er von einer Last angetrieben als Pumpe arbeitet, wobei das von der Pumpe verdrängte Strömungsmittel von dem Drosselquerschnitt des im Verbraucherablauf sitzenden Bremskolbens gedrosselt wird.

Die Erfindung geht von einem bekannten Ventil aus (DE 30 14 202 A1), bei dem das Aufsteuern des Drosselquerschnitts am Bremskolben langsam und gedämpft erfolgt, indem der zum Beaufschlagen des Bremskolbens vorgesehene Steuerraum über einen Ringspalt zwischen dem Bremskolben und der Bremskol­ benbohrung im Steuerkolben mit von der Pumpe zugeführtem Druckmittel beaufschlagt wird. Andererseits soll die Brems­ wirkung, also die Verringerung des Drosselquerschnitts im Verbraucherablauf rasch erfolgen. Hierzu ist der Steuerraum mit der Pumpenzulaufleitung über ein Rückschlagventil verbunden, so daß der Steuerraum über das Rückschlagventil rasch druckentlastet werden kann, wenn der Verbraucher von der Last her angetrieben wird, also der Pumpendruck absinkt und die Drosselwirkung im Verbraucherablauf einsetzen soll.

Diese Bauweise des bekannten Ventils mit Bremskolben hat jedoch zur Folge, daß in der Anfahrstellung des Ventils, wenn also der Steuerschieber aus seiner Mittelstellung in eine Arbeitsstellung verschoben wird, und Zustrom von Druck­ mittel zum Verbraucher erst erfolgen kann, wenn der Brems­ kolben in die Öffnungsstellung verschoben ist. Da diese Öffnungsbewegung wie vorstehend erläutert, langsam und gedämpft erfolgen soll, ist eine Vergrößerung der Anfahrbewe­ gung die Folge. Andererseits kann in dieser Anfahrstellung auch ablaufseitig das Arbeitsmittel vom Verbraucher zum Tank erst dann abströmen, wenn der Bremskolben geöffnet ist. Es ist also auch im Verbraucherablauf eine Verzögerung die Folge.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Ventil so auszubilden, daß in der Anfahrstellung des Ventils eine verzögerungsfreie Betätigung des Verbrauchers erfolgt.

Die genannte Aufgabe wird einerseits im Verbraucherzulauf durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, und andererseits wird sie für den Verbraucherablauf durch die im Patentanspruch 2 angege­ benen kennzeichnungsgemäßen Merkmale gelöst.

So sind gemäß Patentanspruch 1 im Verbraucherzulauf eigene Bohrungen im Steuerkolben vorgesehen, über die schon in der Anfahrstellung des Ventils der Arbeitsmittelstrom ungedros­ selt zum Verbraucher gelangen kann. Andererseits ist nach Patentanspruch 2 die Steuerkammer für den Bremskolben im Verbraucherablauf über eine eigene Bohrung mit dem Pumpenzulauf verbunden, so lange das Ventil in Anfahrstellung ist, so daß der Drosselquer­ schnitt an diesem Bremskolben rasch geöffnet werden kann. Es wird also auch der vom Verbraucher zum Tank zurückfließende Arbeitsmittelstrom ohne Drosselung sofort abgeführt. Gelangt der Steuerschieber des Ventils weiter in die Arbeitsstel­ lung, so wird diese Bohrung zum Steuerraum abgesperrt, und es erfolgt nun in der Arbeits- bzw. Regelstellung des Ventils die Verschiebung des Bremskolbens in Öffnungsrichtung gedämpft über den Ringspalt und in Schließrichtung ungedämpft über das sich öffnende Rückschlagventil.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils liegt in der synchronen Betätigung zweier paralleler Verbraucher, beispielsweise der beiden Fahrwerksmotoren für ein Raupen­ fahrzeug, die über das verzögerungsfreie Arbeiten des Ventils in der Anfahrstellung gleichzeitig und synchron betätigbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wege­ ventils für einen Fahrmotor mit dem Steuer­ kolben und den Bremskolben im Schnitt,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die rechte Hälfte des in Fig. 1 dargestell­ ten Steuerkolbens.

Das in der Zeichnung dargestellte Wegeventil 10 besteht aus einem Steuerkolben 11, der in einer Gehäusebohrung 12 eines nicht näher dargestellten Gehäuses verschiebbar ist und der stirnseitig jeweils eine Bohrung 13 und 14 auf­ weist, in der ein Bremskolben 15 und 16 verschiebbar an­ geordnet ist. Jeder Bremskolben 15, 16 wird von einer Feder 17, 18 beaufschlagt, die sich an einem Steuerkolbendeckel 19, 20 abstützt.

Der Steuerkolben 11 ist mittig mit einer Ringnut 22 mit Feinsteuernuten 23, 24 versehen. In Fig. 2 ist der Steuerkolben 11 in der mittleren Neutralstellung darge­ stellt, in der das von einer Pumpe 26 geförderte Druck­ mittel über einen Ringkanal 28 im Gehäuse, die Ringnut 22 und einen Ringkanal 29 im Gehäuse in eine Leitung 30 gefördert wird, die mit je einem Ringkanal 31 und 32 sowie mit dem Tank T verbunden ist. In der in Fig. 2 darge­ stellten Mittelstellung strömt also die hydraulische Flüssigkeit drucklos zum Tank ab. Wird der Steuerkolben 11 nach rechts oder links in eine Arbeitsstellung ver­ schoben, so wird das von der Pumpe 26 geförderte Druck­ mittel mehr oder weniger an den Feinsteuernuten 23 und 24 gedrosselt und erfährt dadurch einen Druckanstieg. In Fig. 1 ist der Steuerschieber in der nach rechts voll ausgelenkten Arbeitsstellung, in der der Ringkanal 28 vollkommen abgesperrt ist und der gesamte Förderstrom der Pumpe 26 über einen Ringkanal 34, eine erste Bohrung 35, eine Ringnut 36 im Bremskolben 15, eine zweite Bohrung 37 und einen Ringkanal 38 über eine Leitung 39 zu einem Fahrmotor 40, beispielsweise eines Baggers, strömt. Da die Androsselung des Druckmittels zu Steuerzwecken über die Ringnut 22 bzw. die Fein­ steuernuten 23, 24 erfolgt, ist der Durchgang des Druck­ mittels vom Ringkanal 34 zum Ringkanal 38 im wesentli­ chen ungehindert.

Auf der entgegengesetzten Seite des Steuerkolbens 11 sind die entsprechenden Ringkanäle mit 44 und 48, die ersten und zweiten Bohrungen mit 45 und 47 und die Ringnut mit 46 bezeichnet. Es ist aus Fig. 1 ersicht­ licht, daß die zweiten Bohrungen 47 durch die Lage des Steuerschiebers 11 im Ventilgehäuse abgesperrt sind, so daß das vom Fahrmotor 40 über die Leitung 49 ab­ strömende Druckmittel über dritte Bohrungen 51 im Steuerkolben 11 zum Ringkanal 32 und über die Leitung 30 zurück zum Tank T geführt wird. Der Durchgang durch die dritten Bohrungen 51 aus der Ringnut 46 wird von einer Steuerkante 52 am Bremskolben 16 eingestellt. Über einen Bypasskanal 54 im Bremskolben 16 kann stets Arbeitsmittel in den Ringkanal 32 einströmen.

Beim normalen Fahrbetrieb, also beim Fahren in der Ebene, bergauf oder beim Beschleunigungen muß der Brems­ kolben 16 in die in Fig. 1 dargestellte Lage aufge­ steuert werden, d. h. die Steuerkante 52 muß den vollen Querschnitt der dritten Bohrungen 51 freigeben, so daß das vom Fahrmotor 40 verdrängte Strömungsmittel ungehindert zum Tank abfließen und damit der Motor seine volle Leistung entfalten kann.

Zu diesem Zweck ist zwischen dem Bremskolben 16 und dem Boden der Bohrung 14 ein Steuerraum 55 vorgesehen, der über den Ringspalt 56 zwischen dem Bremskolben 16 und der Bohrung 14, eine Ringnut 57 im Bremskolben und einen Kanal 58 im Steuerkolben 11 mit dem Ringkanal 44 in Verbindung steht, in dem der Verbraucherdruck bzw. der Pumpenzulaufdruck herrscht. Durch diesen Druck wird beim Fahren bzw. Beschleunigen der Bremskolben 16 entgegen der Kraft der Feder 18 nach rechts in die ge­ öffnete Stellung verschoben, in der die Steuerkante 52 die dritten Bohrungen 51 freigibt.

In Fig. 1 sind die entsprechenden dritten Bohrungen auf der anderen Seite des Steuerkolbens 11 mit 61, die Steuerkante des Bremskolbens 15 mit 62 und der Bypass­ kanal mit 64 bezeichnet. Entsprechend ist ein Steuer­ raum 65, ein Ringspalt 66, eine Ringnut 67 und ein Kanal 68 vorgesehen. Ferner ist jeweils der Steuer­ raum 55 bzw. 65 über einen Kanal 59 bzw. 69 und ein Rückschlagventil 60 bzw. 70 mit der Ringnut 57 bzw. 67 verbunden.

Die rechte Steuerkolbenhälfte ist in Fig. 2 im ver­ größerten Maßstab dargestellt. Wird zum Anfahren bzw. Beschleunigen der Steuerkolben 11 nach rechts in die dargestellte Arbeitsstellung verschoben und damit der Druck des von der Pumpe 26 gelieferten För­ dermittels erhöht, so wird mit diesem Druck auch sofort der Steuerraum 55 über eine Bohrung 63 im Steuerkolben 11 mit diesem Druck beaufschlagt, so daß sofort beim Anfahren auch mit kaltem Fördermittel der Druckaufbau im Steuerraum 55 beginnt, während der Druckaufbau über den Ringspalt 56 und die Ringnut 57 langsamer erfolgt. Das heißt, durch den raschen Druckaufbau im Steuerraum 55 beginnt sich der Bremskolben 16 nach rechts zu ver­ schieben, wobei anschließend die zum Anfahren dienende Bohrung 63 geschlossen wird, so daß der weitere Druck­ aufbau in der Kammer 55 über den Ringspalt 56 erfolgt und damit eine Dämpfung der Bremskolbenbewegung erzielt wird. Diese Dämpfung ist deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil ein plötzlicher Druckanstieg im Steuerraum 55 eine größere Kraft auf den Bremskolben 16 ausübt als die Gegenkraft der Feder 18. Durch die Dämpfung wird somit bei Druckanstieg im Steuerraum 55 ein langsames Öffnen des Bremskolbens 16 erzielt und das Bewegungsverhalten des Bremskolbens stabili­ siert.

Außerdem kann schon vor dem Aufsteuern der dritten Bohrungen 51 von seiten der Steuerkante 52 über den Bypasskanal 54 Arbeitsmittel vom Verbraucher über die Leitung 49 und Bohrungen 51 zu dem mit dem Tank verbundenen Ringkanal 32 strömen, so daß der Fahr­ motor sofort auf die Betätigung des Steuerkolbens 11 anspricht. Gibt dann anschließend die Steuerkante 52 den Querschnitt der dritten Bohrungen 51 frei, so kann das vom Fahrmotor 40 verdrängte Strömungsmittel unge­ hindert vom Ringkanal 48 über die ersten Bohrungen 45, die Ringnut 46, die dritten Bohrungen 51 und den Ring­ kanal 32 zum Tank ablaufen.

Gerät nun das Fahrzeug auf eine abschüssige Strecke, so daß der Fahrmotor 40 angetrieben wird und als Pumpe arbeitet, so muß der Bremskolben 16 möglichst rasch aus Sicherheitsgründen in die Bremsstellung gelangen. Bei Bergabfahrt würde ohne Bremskolben von dem als Pumpe arbeitenden Motor 40 so viel Arbeits­ mittel zum Tank abgefördert werden können, daß der Fülldruck im Zulauf nicht mehr ausreicht und der Zulaufstrom von Arbeitsmittel zur Maschine 40 abreißt. Damit dies verhindert wird, muß der Druck im Zulauf aufrechterhalten bleiben. Dies erfolgt durch den Brems­ kolben, der als Widerstand in den Ablauf geschaltet wird und automatisch vom Fülldruck gesteuert dafür sorgt, daß der Druck im Zulauf aufrechterhalten bleibt.

Sobald also der Motor 40 als Pumpe arbeitet, fällt der zulaufseitige Druck und damit auch der Steuerdruck im Steuerraum 55. Das Druckmittel im Steuerraum 55 ent­ leert sich über den Kanal 59 und das sich nun öffnende Rückschlagventil 60 in die Ringnut 57 sowie den Kanal 58 in den Ringkanal 44. Durch die Druckentlastung im Steuerraum 55 verschiebt die Feder 18 den Bremskolben 16 in Schließrichtung, in der der Ablauf von der Steuer­ kante 52 kontrolliert wird, um den Fülldruck auch noch bei Hangabtrieb aufrechtzuerhalten.

Sinkt der Fülldruck weiter, so verringert der Bremskolben auch den Ablaufquerschnitt so weiter, bis der Fülldruck wieder konstant ist. Durch die Steuerung des Ablaufquer­ schnitts kann sich am Rücklauf 49 der Maschine 40 der maximale Betriebsdruck gleich dem Bremsdruck einstellen, so daß die Maschine 40 gebremst und ein gefahrloses Berg­ abfahren ermöglicht wird. Da der Ablaufquerschnitt von dem in der Steuerkammer 55 herrschenden Fülldruck ge­ steuert wird, erfolgt das Konstanthalten des Fülldrucks bei jeder Drehzahl der Maschine. Der Bypasskanal 54 läßt einen sehr kleinen Abströmquerschnitt zum Tank dauernd offen. Die Bewegung des Bremskolbens 16 in die Brems­ stellung kann durch eine im Kanal 59 vorgesehene Düse 71 beeinflußt werden. Der Druck im Steuerraum 55 kann damit nicht schlagartig absinken. Die entsprechende Düse im Bremskolben 15 ist mit 81 bezeichnet, während die Boh­ rung 63 im Bremskolben 16 die Bohrung 73 im Brems­ kolben 15 entspricht.

Der andere Bremskolben 15 wird in der in Fig. 1 darge­ stellten Arbeitsstellung vom Zulaufdruck ebenfalls aufge­ steuert, bei der die Verbindung von der Ringnut 36 zum Tank über de Ringkanal 31 unterbrochen ist.

Claims (3)

1. Ventil zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen einem Verbraucher, insbesondere dem Fahrmotor eines Fahrzeuges und einer Pumpe bzw. einem Tank, mit einem aus einer Mittelstellung in Arbeitsstellungen verschiebbare Steuerkolben (11), der stirnseitige Bohrungen aufweist, in denen je ein Bremskolben (15, 16) geführt ist, mit Querbohrungen im Steuerkolben und je einer Ringnut (36 bzw. 46) im Bremskolben (15 bzw. 16) zur Verbindung eines mit der Pumpe verbundenen Ringkanals (34, 44) bzw. eines mit dem Tank verbundenen Ringkanals (31, 32) mit einem mit dem jeweiligen Verbraucherzulauf oder Verbraucherablauf verbundenen Ringkanal (38, 48), wobei zur Drosselung des Verbraucherablaufs zwischen der Ringnut (36, 46) im Bremskolben und der mit dem Verbraucherablauf verbundenen Querbohrung (61, 51) im Steuerkolben ein durch den Bremskolben veränderbarer Drosselquerschnitt vorgesehen ist, wobei zwischen dem Bremskolben (15 bzw. 16) und dem Steuerkolben (11) je ein Steuerraum (65 bzw. 55) vorgesehen ist, der mit dem mit der Pumpe verbundenen Ringkanal (34, 44) verbunden ist, wobei beide Bremskolben in der Arbeitsstellung des Steuerkolbens entgegen der Kraft einer sich am Steuerkolben abstützenden Feder (17, 18) durch den im Steuerraum wirkenden Zulaufdruck der Pumpe in Öffnungsrichtung verschiebbar sind, wobei die Verbindung von dem mit dem Verbraucherablauf verbundenen Ringkanal (38, 48) mit dem mit Tank verbundenen Ringkanal (31, 32) freigegeben wird und wobei der verbraucherablaufseitige Bremskolben bei sinkendem Zulaufdruck durch Druckentlastung des zugehörigen Steuerraums in Schließrichtung verschoben wird und der Verbraucherablauf gedrosselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (11) jeweils eine weitere Querbohrung (37, 47) im Bereich der Ringnut (36, 46) des Bremskolbens (15, 16) aufweist, von denen die eine Querbohrung in Arbeitsstellung des Steuerkolbens im Verbraucherzulauf bei nicht betätigtem Bremskolben eine ungedrosselte Verbindung zum Verbraucher herstellt und die andere Querbohrung im Verbraucherablauf geschlossen ist.

2. Ventil zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen einem Verbraucher, insbesondere dem Fahrmotor eines Fahrzeuges, und einer Pumpe bzw. einem Tank, mit einem aus einer Mittelstellung in Arbeitsstellungen verschiebbaren Steuerkolben (11), der stirnseitige Bohrungen aufweist, in denen je ein Bremskolben (15, 16) geführt ist, mit Querbohrungen im Steuerkolben und je einer Ringnut (36 bzw. 46) im Bremskolben (15 bzw. 16) zur Verbindung eines mit der Pumpe verbundenen Ringkanals (34, 44) bzw. eines mit dem Tank verbundenen Ringkanals (31, 32) mit einem mit dem jeweiligen Verbraucherzulauf oder Verbraucherablauf verbundenen Ringkanal (38, 48), wobei zur Drosselung des Verbraucherablaufs zwischen der Ringnut (36, 46) im Bremskolben und der mit dem Verbraucherablauf verbundenen Querbohrung (61, 51) im Steuerkolben ein durch den Bremskolben veränderbarer Drosselquerschnitt vorgesehen ist, wobei zwischen dem Bremskolben (15 bzw. 16) und dem Steuerkolben (11) je ein Steuerraum (65 bzw. 55) vorgesehen ist, der mit dem mit der Pumpe verbundenen Ringkanal (34, 44) verbunden ist, wobei beide Bremskolben in der Arbeitsstellung des Steuerkolbens entgegen der Kraft einer sich am Steuerkolben abstützenden Feder (17, 18) durch den im Steuerraum wirkenden Zulaufdruck der Pumpe in Öffnungsrichtung verschiebbar sind, wobei die Verbindung von dem mit dem Verbraucherablauf verbundenen Ringkanal (38, 48) mit dem mit Tank verbundenen Ringkanal (31, 32) freigegeben wird und wobei der verbraucherseitige Bremskolben bei sinkendem Zulaufdruck durch Druckentlastung des zugehörigen Steuerraums in Schließrichtung verschoben wird und der Verbraucherablauf gedrosselt wird, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Steuerraum (65, 55) jedes Bremskolbens (15, 16) über einen Ringspalt (66, 56) zwischen dem Bremskolben und der Steuer­ kolbenbohrung (13, 14) und über eine Ringnut (67, 57) im Bremskolben in dem mit der Pumpe verbundenen Ringkanal (34, 44) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerraum (65, 55) und dem mit der Pumpe verbundenen Ringka­ nal (34, 44) eine Bohrung (73, 63) im Steuerkolben (11) vorgesehen ist, die in der Mittelstellung des Steuerkolbens (11) in diesen Ringkanal (34, 44) mündet und in der Arbeitsstellung gesperrt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ausgehend von einer mittig im Steuerkolben (11) vorgesehenen Ringnut (22) zum Absteuern des Pumpen­ druckmittels zum Tank zu beiden Seiten des Steuerkolbens je ein Verbindungsquerschnitt (58, 68) zu den Steuerräumen (55, 65) und die Querbohrungen (45, 47, 51; 35, 37, 61) im Steuerkolben für den jeweiligen Verbraucherzulauf bzw. Verbraucherablauf und für den Drosselquerschnitt im Verbrau­ cherablauf in dieser Reihe im Ventil angeordnet sind.