-
Hydraulische Vorrichtung
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung gemäß
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Eine solche Vorrichtung ist als Speicherladeventil bekannt (DE-OS
30 34 467). Dieses umfaßt ein eine DruckwaayTe bzw. ein Umschaltventil beeinflussendes
Vorsteuerverltil, wobei in Abhängigkeit der Stellung des IJmschaltventils eine Druckmittelquelle
wie eine Pumpe entweder vorzugsweise mit einer Speicher oder mit einer Verbraucherspeiseleitung
i.n Verbindung gebracht wird. Der Speicher, der beispielsweise zur Versorgung vorrangiger
Verbraucher dient, muß ständig einen gewissen Minimaldruck aufweisen, bei dessen
Unterschreiten das Vorsteuerventil autom<atisch die Stellung des Umschaltventils
ändert und dadurch ein Aufladen des Speichers bewirkt. Andere Verbraucher an der
Verbraucherspeiseleitung werden zu diesem Zeitpunkt nur zweitrangig mit Druckfluid
versorgt. Das bekannte Vorsteuerventil hat
einen gestuften Ventilkörper,
der vier Steuerkolbenabschnitte aufweist. Der Ventilkörper ist federbelastet und
erstellt mittels zweier Steuerkanten, die an den beiden mittleren Steuerkolbenabschnitten
mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet sind, über einen Ringraum im Ventilgehäuse
entweder eine Steuerleiturlgsverbindung der Pumpe mit dem Umschaltventil oder dem
Umschaltventil mit einer in einen Vorratsbehälter führenden Rücklaufleitung. Aufgrund
der unterschiedlichen Durchmesser der beiden Steuerkolbenabsehnitte, deren Steuerkanten
bei einer bestimmten Stellung des Ventilkörpers gleichzeitig den mit dem Umschaltventil
verbundenen Ringraum verschließen, ergibt sich innerhalb dieses Ringraums eine gegen
die Kraft des Speicherdrucks gerichtete resultierende Wirkfläche, die je nach Betriebsstellung
des Vorsteuerventils unterschiedlichen Drücken, namlich Pumpendruck oder dem Druck
der Rücklaufleitung, ausgesetzt ist. Dies führt zu einem schlagartigen Wechseln
des Vorsteuerventils zwischen zwei bistabilen Schaltstellungen und einer erwünschten
Schaltdruckdifferenz, wie Fig. 1, die bereits art dieser Stelle erläutert werden
soll, dies für das bekannte Vorsteuerventil zeigt.
-
Ausgehend vom Aufladebeginn des Speichers bei etwa dessen Minimaldruck
PO und einer Stellung des Ventilkörpers xO, bei der über den Ringraum die Steuerleitungsverbindung
von der Pumpe zum Umschaltventil geöffnet ist, wandert der Vorsteuerkolben aufgrund
steigenden Speicherdrucks entgegen der Federkraft in eine erste Richtung. Bei einem
Maximalspeicherdruck Psps bei dem die Steuerkanten den Ringraum verschließen (Ventilkörperstellung
X ) und somit von der Pumpe trennen, wird durch eine beliebig kleine Speicherdruckerhöhung
der Ringraum mit der Hiicklaufleitllrlg verbunden. Der Druck im Ringraum und somit
die Kraft auf die Wirkfläche vermindert sich erheblich und der Ventilkörper geht
rasch ein Stück in die erste Richtung. Das Umschaltventil wechselt die Stellung
und die
Verbraucherspeiseleitung wird von der Pumpe mit Druck versorgt.
Wenn sich durch die vorrangigen Verbraucher, die an den Speicher angeschlossen sind,
dessen Druck vermindert, wandert der Ventilkörper entgegengesetzt zur ersten Richtung
in eine zweite Richtung und erreicht bei dem Minimalspeicherdruck P S wieder die
Stellung x . Dieser ist um die Schaltdruckdifferenz PS - P geringer als der Speichermaximaldruck
P Sps aa der bei im Ringraum und somit die Kraft auf die Wirkfläche bei der Bewegung
des Ventilkörpers in die zweite Richtung geringer als bei der Bewegung in die erste
Richtung sind.
-
Gibt durch eine weitere beliebig kleine Drucksenkung im Speicher
die eine Steuerkante die Verbindung zwischen Pumpe und Ringraum frei, wirkt in diesem
wieder Pumpendruck und der Ventilkörper wird schlagartig nach oben versetzt. Das
Umschaltventil wechselt die Stellung und versorgt von Neuem den Speicher durch die
Pumpe.
-
Dieses Vorsteuerventil hat einerseits den Flachteil, daß der Ventilkörper
mit den SteuerI<olbenabschnitten unterschiedlichen Durchmessers einen hohen Fertigungsaufwand
hat. Andererseits können durch Beschleunigungen der Druckmittelsäule in der Speicherleitung
beim Laden oder Entladen hervorgerufene Druckspitzen bereits vorzeitig ein Umschalten
des Vorsteuerventils hervorrufen, ohne daß der statische Druck im Speicher bereits
einen der Grcnzwerte erreicht hätte.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Vorrichtung
wie ein Speiciierladeveritil mit einen
Vorsteuerventil zu schataffen,
dai c j fieh iii der' in der Fertigung ist und des Schaltverhalten gegen Druckslzitzen
in einer arlgelegten Druckleitung anrleih(lrn(l unemp f i ndl ich ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil von Patentanspruch 1 gelöst.
-
Durch die Ausbildung des mit Druckrnittel gefüllten Raums, der vom
Ventilgehäuse, dem Ventilkörper und Kolben begrenzt ist, wird aufgrund der unterschiedlichen
Durchmesser von SteuerkolbenabscElnitten und des Kolbens erreicht, daß einer Bewegung
des Vorsteuerkolbens und Kolbens sowohl in der einen Richtung, bei der der Raum
vergrößert wird, Widerstand entgegengesetzt ist, weil unter Vorratsbehälter Druck
stehendes Fluid nur über die drosselnde Verbindung nachströmen kann, während bei
einer Verkleinerung des Raums ein Zurückdrücken des Fluids durch die drosselnde
Verbindung erforderlich ist. Die Bewegungen des Vorsteuerkolbens und des Kolbens,
die immer eine Strömung durch die drosselnde Verbindung zur Folge haben, sind somit
stark gedämpft, so daß Druckspitzen sich nur in geringem Maß auf eine Stellungsänderung
des Kolbens auswirken und ein unerwünscht frühzeitiges Umschalten verhindert ist.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet. Aufgrund der Ausbildung des Vorsteuerkolbens gemvl3 Anspruch 2 ist
keine Wirkfläche, die aus unterschiedlichen Durchmessern der Steuerkolbenabsehnitte
des Vorsteuerkolbens resultiert, erforderlich, so daß dieser einfach gefertigt
werden
kann. Durch die lLerstellung der drosselnden Verbindung mittels der ständig aneinanderliegenden
Stirnflächen der Kolben gemäß Anspruch 3 stellt sich je nach dem in dem Raum herrschenden
Druckverhältnissen eine unterschiedliche Drosselwirkung ein.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Diagramm für das Schaltverhalten
eines bekannten Vorsteuerventils, Fig. 2 eine erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung
im Schnitt, und Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Schaltung der Bauelemente der
hydraulischen Vorrichtung gemäß Fig. 1.
-
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Umschaltventil bzw. eine Druckwaage 10
und ein Vorsteuerventil 20. Ferner sind dargestellt ein Vorratsbehälter 1 für Druckmittel,
eine Pumpe 2 als Druckmittelquelle, eine Mengenteilerblen(ic 3 sowie ein RUckschlEtgventil
4. Gestrichelt dargestellte Leitungen dienen als Steuerleitungen, während durchgezogene
Leitungen Druckmittel zu einer Verbraucherspeiseleitung 43d bzw. zu einem nicht
dargestellten Speicher führen. Ein Gehäuse 11 der Druckwaage 10, das durch einen
Deckel 12 verschlossen ist, wird durch einen Kolben 13 in einen Druckwaagenringraum
14 und einen Druckwaagenraum 15 unterteilt, wobei sich in letzterem eine den Kolben
beaufschlagende l)ruckfeder 16 befindet; der Ringraum 14 wird durch einen Kolben
abschnitt 13a des Kolbens 13 mit geringerem Durchmesser gebildet. Ein Gehäuse 21
des Vorsteuerventils 20 hat eine L;angsbohrung
22, die am unteren
Ende des Gehäuses, das durch einen Deckel 23 verschlossen ist, in eine Bohrung 22a
mit größerem Durchmesser übergeht, in den zur Führung eines Kolbens 24, der durch
eine sich gegen den Deckel abstützende Druckfeder 25 federbelastet ist, eine Hülse
21a eingesetzt ist. In der Längsbohrung 22 ist als Ventilkörper ein Vorsteuerkolben
26 geführt, der drei Steuerkolbenabschnitte 26a, 26b, 26c gleichen Durchmessers
aufweist und mit seinen im Durchmesser kleineren Ende gegen die Stirnfläche des
Kolbens 24 anliegt, die nicht von der Feder 25 belastet ist. Der Durchmesser des
Kolbens 24 ist geringfügig größer als derjenige der Steuerkolbenabschnitte. Durch
eine Druckfeder 27, die auf die andere Stirnfläche des Kolbens 26 wirkt, sowie die
Feder 25 werden die beiden Kolben in ständigem Kontakt gehalten. Der mittlere Steuerkolbenabschnitt
26b bildet oben und unten eine Steuerkante A bzw. B aus, die mit der jeweiligen
Ste;ierkante eines im Gehäuse 21 vorgesehenen Ringraums 28 zusammenwirkt. Der Ringraum
ist hierbei so dimensioniert, daß in einer bestimmten Stellung des Vorsteuerkolbens
beide Steuerkanten A und D den Steuerkanten des Ringraums genau gegenüberliegen
und mit diesen so zusammenwirken, daß eine Verbindung zwischen dem Ringraum und
einem zwischen den Steuerkolbenabschnitten 26a und 26b bzw. 26c und 26b gebildeten
Druckraum 30a bzw. 30b nicht gegeben ist. Eine geringe Verschiebung des Vorsteuerkolbens
26 bringt jedoch den Ringraum, je nach Verschiebungsrichtung, mit einem der beiden
Druckräume in Verbindung. Eine Längsbohrung 29 im Vorsteuerkolben mündet auf die
nicht federbelastete Fläche des Kolbens 24 und ist durch eine Querbohrung 29a mit
dem Ringraum 28 verbunden. Der Vorsteuerkolben 26 und der Kolben 24 begrenzen zusammen
mit dem Gehäuse 21 einen Raum 31, dessen Volumen sich in Abhängigkeit der Kolbenbewegung
verringert oder vergrößert, und der über die Bohrungen im Vorsteuerkolben mit dem
Ringraum verbunden ist. Dieser
ist seinerseits durch eine Steuerleitung
40 mit del Druckwaagenraum 15 verbunden. Der Druckraum 30a unterliegt über eine
Steuerleitung 41 dem Pumpendruck, während der Druckraum 30b über eine Steuerleitung
42 mit dern Vorratsbehälter 1 in Verbindung steht und somit dessen Druck hat.
-
Die Wirkungsweise der hydraulischen Vorrichtung wird nachstehend beschrieben:
Die Pumpe lädt über eine Leitung 43a und eine Speicherleitung 43b, wobei sich in
letzterer die Mengenteilerblende3 und das Rückschlagventil 4 befinden, den nicht
dargestellten Speicher,an den vorrangig zu versorgende Verbraucher angeschlossen
sind und der deshalb ständig einen Druck innerhalb eines vorgegebenen Druckbereichs
aufweisen muß. Der aktuelle Druck im Speicher wird durch eine Steuerleitung 44,
die in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil von der Speicherleitung 43b
abzweigt, auf die federbelastete Stirnfläche des Kolbens 24 gegeben.
-
Der Vorsteuerkolben 26 nimmt dadurch b-ei ausreichend großem Speicherdruck
eine Stellung ein, bei der die Steuerkante A oberhalb des Ringraums 28 liegt, d.h.
bei der dieser mit dem Druckraum 30b verbunden ist. Der Druckwagenraum 15 steht
daher unter geringem Druck, so daß der Kolben 13, dessen Kolbenabschnitt 13a eine
über eine Leitung 43c unter Pumpendruck stehende und in den Druckvaagenringraum
14 führende Öffnung verschließen kann, angehoben wird und dadurch die Verbindung
zu der Verbraucherspeileitung, die aus dem Druckwaagenringrauin wegführt, - mit
der Pumpe herstellt. Bei sinkenden Speicherdruck wandert der Kolben 24 und somit
der Vorsteuerkolben 26 nach unten, wobei der Raum 31 sein Volumen aufgrund der unterscEliedlichen
Kolbendurchmesser vergrößert. Dieser Bewegung ist ein gewisser Widerstand entgegengesetzt,
da das Druckmittel in den Raum 31 nur über die Bohrungen im Vorsteuerkol-
ben
und einen drosselnden Spalt 32,den die aneinariderliegenderi Stirrwflächen der beiden
Kolben bilden, nachströmen kann. Kurz vor einern gewissen Speicherminirnaldruck
erreicht nun der Vorsteuerkolben die in Fig. 2 dargestellte Stellung, bei der sich
seine Steuerkanten mit denen des Ringraums im Gehäuse decken, so daß eine kleine
weitere Drucksenkung genügt, um die Steuerkante A in den Ringraum 28 zu verlagern
und diesen somit mit dem Druckraum 30a, der unter Pumpendruck steht, zu verbinden;
hierdurch erhöht sich einerseits der Druck im Raum 31, so daß aufgrund der größeren
Stirnfläche des Kolbens 24 diese Bewegung gefördert wird und sich ein eindeutiger
stabiler Schaltzustand einstellt. Andererseits unterliegt dadurch der Druckwaagenraum
15 dem Pumpendruck1 so daß sich der Kolben 13 aufgrund der Federkraft nach unten
bewegt und die Pumpenverbindung zur Verbraucherspeiseleituny drosselt bzw. verschließt.
Die Pumpe steht somit zur Wiederaufladung des Speichers zur Verfügung. llit steigendem
Speicherdruck wird der Kolben 24 wieder angehoben, wobei dieser Bewegung ebenfalls
ein Widerstand entgegengesetzt ist, da sich der Raum 31 verkleinert und das Druckmittel
durch den Spalt 32 zwischen den Stirnflächen der beiden Kolben und gegen die unter
Pumpendruck stehenden Bohrungen 29 und 29a verdrängt werden muß. Aus diesem Grund
verlaufen die Bewegungen der beiden Kolben des Vorsteuerventils stark gedämpft,
so daß negative oder positive Druckspitzen in der Speicherleitung 43b, die durch
Eseschleunigungen der Ölsäule beim Laden oder Entladen auftreten können, nicht ausreichen,
um die Kolben über die IJmschaltstellung hinaus zu bewegen und dadurch ein verfrtihtes
Umschalten zu bewirken. Da die über das Druckm i tte l in dem Raum 31 auf die beiden
Kolben ausgeübten Kräfte je nach deren Bewegungsrichtung unterschiedlich sind, muß
zum Erreichen der Umschaltstellung, die in Fig. 2 dargestellt ist, entsprechend
der jeweiligen Ausgangsstellung, ein unterschiedlicher Druck, d.h. unterschie(llicher
Speicherdruck an der federbelasteten Stirnfläche des Kolbens 24 wirken.
-
Somit ist die gewünschte und über das Durchrnesservcrhaltnis von
Vorsteuerkolben zum Kolben einstellbare Schaltdruckdifferenz erreicht. Uei konstantem
S)eicherlr,axilrlaldruck gibt die Steuerkante B den Weg zwischen dem Ringraum 28
und dem Druckraum 30b frei, so daß der Druck im Druckwagenraum fällt und die Verbraucherspeiseleitung
wieder versorgt werden kann. Der Abfall des Drucks im Ringraum bewirkt auch eine
Druckminderung im Raum 31, so daß die nach oben gerichtete Bewegung des Vorsteuerkolbens
gefördert und die andere stabile Schaltstellung erreicht ist.
-
Durch die gedämpfte Bewegung der beiden Kolben erfolgt der Schaltvorgang
sehr weich und ohne Schaltschläge.
-
Offenbart ist ein Vorsteuerventil für eine hydraulische Vorrichtung
wie ein Speicherladeventil, das in Abhinglgkeit vom Speicherdruck bistabil schaltbar
ist und gegen kurzzeitig auftretende Druckspitzen in der Speicherleitung annähernd
unempfindlich ist. Das Vorsteuerventil u;faßt hierbei zwei zusammenwirkende, ständig
in Berührung stehende Kolben, deren Bewegung in einer Richtung ein größerer Widerstand
als bei der Bewegung in der anderen Richtung entgegengesetzt ist. Dieser unterschiedlich
große Widerstand wird durch einen mit Druckmittel gefüllten und über eine drosselnde
Verbindung mit einem Ringraum -im Gehäuse in Kontakt stehenden Raum bewirkt, der
von den beiden Kolben und einem Abschnitt des Ventilgehäuses begrenzt wird und sein
Volumen in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Kolben vergrößert oder verkleinert.
-
Ferner sind hierdurch die Bewegungen der Kolben stark gedämpft, so
daß sie auf auftretende Druckspitzen k kaum reagieren.
-
- - Leerseite -