DE3347637C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein druckabhängiges Vor­ steuerventil in einer Speicherladevorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Vorsteuerventil ist aus der DE-OS 30 34 467 als Speicherladeventil bekannt. Dieses die Druckwaage bzw. ein Umschaltventil beeinflussende Vorsteuerventil bringt in Abhängigkeit von der Stellung des Umschaltventils die Druckmittelquelle, wie z. B. eine Pumpe, entweder vorzugs­ weise mit dem Speicher oder mit der Verbraucherspeiselei­ tung in Verbindung.

Der Speicher, der beispielsweise zur Versorgung vorrangi­ ger Verbraucher dient, muß ständig einen gewissen Minimal­ druck aufweisen, bei dessen Unterschreiten das Vorsteuer­ ventil automatisch 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 Ventil­ körper, der vier Steuerkolbenabschnitte aufweist. Der Ventilkörper ist federbelastet und erstellt mittels zweier Steuerkanten, die an den beiden mittleren Steuerkolbenab­ schnitten mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet sind, über einen Ringraum im Ventilgehäuse entweder eine Steuerleitungsverbindung zwischen der Pumpe und dem Umschaltventil oder zwischen dem Umschaltventil und einer in einen Vorratsbehälter führenden Rücklaufleitung. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der beiden Steuerkolbenabschnitte, deren Steuerkanten bei einer be­ stimmten Stellung des Ventilkörpers gleichzeitig den mit dem Umschaltventil verbundenen Ringraum verschließen, ergibt sich innerhalb dieses Ringraums eine gegen die Kraft des Speicherdrucks gerichtete resultierende Wirkflä­ che, die je nach Betriebsstellung des Vorsteuerventils unterschiedlichen Drücken, nämlich Pumpendruck oder dem Druck der Rücklaufleitung, ausgesetzt ist. Dies führt zu einem schlagartigen Wechseln des Vorsteuerventils zwischen zwei bistabilen Schaltstellungen und einer erwünschten Schaltdruckdifferenz, da der Druck im Ringraum und somit die Kraft auf die Wirkfläche bei der vom Druckabfall im Speicher bestimmten Bewegung des Ventilkörpers geringer als bei der während des Druckaufbaus im Speicher hervorge­ rufenen Bewegung ist.

Abgesehen davon, daß der Ventilkörper aufgrund der Gestal­ tung der Steuerkolbenabschnitte unterschiedlicher Durch­ messer einen relativ hohen Fertigungsaufwand erfordert, haben sich bei besonderen, ungünstigen Bedingungen Schalt­ ungenauigkeiten ergeben. Im einzelnen konnte festgestellt werden, daß durch Beschleunigungen der Druckmittelsäule in der zum Speicher führenden Leitung beim Laden oder Entla­ den hervorgerufene Druckspitzen bereits vorzeitig ein Umschalten des Vorsteuerventils hervorrufen konnten, ohne daß der statische Druck im Speicher bereits einen der Soll-Grenzwerte erreicht hatte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckabhän­ giges Vorsteuerventil in einer Speicherladevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das einfach in der Fertigung ist und dessen Schaltverhal­ ten gegen Druckspitzen in einer angelegten Druckleitung weitgehend unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Ausbildung des mit Druckmittel gefüllten Raums, der vom Ventilgehäuse, dem Ventilkörper und Schubkolben begrenzt ist, wird aufgrund der unterschiedlichen Durch­ messer von Steuerkolbenabschnitten und Schubkolben zum einen erreicht, daß einer Bewegung des Vorsteuerkolbens und Schubkolbens in der einen Richtung, bei der der Raum vergrößert wird, Widerstand entgegengesetzt ist, weil das unter dem Druck des Vorratsbehälters stehende Fluid nur über die drosselnde Verbindung nachströmen kann. Gleich­ zeitig wird die Bewegung auch in die andere Richtung gehemmt, da bei Verkleinerung des Raums ein Zurückdrücken des Fluids durch die drosselnde Verbindung erforderlich ist. Die Bewegungen des Vorsteuerkolbens und des Schubkol­ bens, die immer eine Strömung durch die drosselnde Verbin­ dung zur Folge haben, sind somit stark gedämpft, so daß Druckspitzen sich nur in geringem Maß auf eine Stellungs­ änderung des Schubkolbens auswirken können und ein uner­ wünscht frühzeitiges Umschalten verhindert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aufgrund der Ausbildung des Vorsteuerkolbens gemäß Anspruch 2 ist keine Wirkfläche erforderlich, die aus unterschiedlichen Durchmessern der Steuerkolbenabschnitte des Vorsteuerkolbens resultiert. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellbarkeit.

Durch die Herstellung der drosselnden Verbindung über die ständig aneinander anliegenden Stirnflächen des Schubkol­ bens einerseits und des Ventilkörpers andererseits, gemäß Anspruch 3, stellt sich eine von den Druckverhältnissen im Raum abhängige unterschiedliche Drosselwirkung ein.

Zwar ist es aus der GB-PS 7 75 379 grundsätzlich bekannt, die Bewegung eines Ventilkolbens mittels eines Druckraums zu dämpfen, der mit einem Endabschnitt eines Stößels zu­ sammenwirkt. Dieser Druckraum erfüllt jedoch ansonsten keine Funktion.

Aus der DE-AS 10 63 865 ist in Verbindung mit einem hy­ draulischen System die Verwendung einer Drosselstelle in einer Steuerleitung bekannt. Bei dieser Steuerleitung handelt es sich um eine zu einem Umschaltventil führende Leitung, wobei der Zweck dieser Drosselstelle darin liegt, im Zusammenwirken mit einem vorgeschalteten Ventil kurzzeitig einen Flüssigkeitsstrom zu verzögern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch das Vorsteuerventil der Speicherladevorrichtung, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Schaltung der Bauelemente des Vorsteuerventils gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 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 Mengenteilerblende 3 sowie ein Rückschlagventil 4. Gestrichelt dargestellte Leitungen dienen als Steuerleitungen, während durchgezo­ gene Leitungen Druckmittel zu einer Verbraucherspeiselei­ tung 43 d bzw. zu einem nicht dargestellten Speicher füh­ ren. 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 beauf­ schlagende Druckfeder 16 befindet; der Ringraum 14 wird durch einen Kolbenabschnitt 13 a des Kolbens 13 mit gerin­ gerem Durchmesser gebildet.

Ein Gehäuse 21 des Vorsteuer­ ventils 20 hat eine Längsbohrung 22, die am unteren Ende des Gehäuses, das durch einen Deckel 23 verschlossen ist, in eine Bohrung 22 a mit größe­ rem Durchmesser übergeht, in den zur Führung eines Schubkol­ bens 24, der durch eine sich gegen den Deckel abstützende Druckfeder 25 federbelastet ist, eine Hülse 21 a einge­ setzt ist. In der Längsbohrung 22 ist als Ventilkörper ein Vorsteuerkolben 26 geführt, der drei Steuerkolbenab­ schnitte 26 a, 26 b, 26 c gleichen Durchmessers aufweist und mit seinem im Durchmesser kleineren Ende gegen die Stirnfläche des Schubkolbens 24 anliegt, die nicht von der Feder 25 belastet ist. Der Durchmesser des Schubkolbens 24 ist geringfügig größer als derjenige der Steuerkolbenab­ schnitte. 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 Steuerkolben­ abschnitt 26 b bildet oben und unten eine Steuerkante A und B aus, die mit der jeweiligen Steuerkante 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 B den Steuerkanten des Ringsraums genau gegenüberliegen und mit diesen so zusammenwirken, daß eine Verbindung zwischen dem Ringraum und einem zwischen den Steuerkolbenabschnit­ ten 26 a und 26 b bzw. 26 c und 26 b gebildeten Druckraum 30 a bzw. 30 b nicht gegeben ist. Eine geringe Verschiebung des Vorsteuerkolbens 26 bringt jedoch den Ringraum, je nach Verschiebungsrichtung, mit einem der beiden Druckräu­ me in Verbindung. Eine Längsbohrung 29 im Vorsteuerkolben mündet auf die nicht federbelastete Fläche des Schubkolbens 24 und ist durch eine Querbohrung 29 a mit dem Ringraum 28 verbunden. Der Vorsteuerkolben 26 und und der Schubkolben 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 dem Druck­ waagenraum 15 verbunden. Der Druckraum 30 a unterliegt über eine Steuerleitung 41 dem Pumpendruck, während der Druckraum 30 b über eine Steuerleitung 42 mit dem Vorrats­ behälter 1 in Verbindung steht und somit dessen Druck hat.

Die Wirkungsweise des Vorsteuerventils wird nachstehend beschrieben:

Die Pumpe lädt über eine Leitung 43 a und eine Speicherleitung 43 b, wo­ bei sich in letzterer die Mengenteilerblende 3 und das Rückschlag­ ventil 4 befinden, den nicht dargestellten Speicher, an den vorrangig zu versorgende Verbraucher angeschlossen sind und der deshalb ständig einen Druck innerhalb eines vorgegebenen Druckbe­ reichs aufweisen muß. Der aktuelle Druck im Speicher wird durch eine Steuerleitung 44, die in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil von der Speicherleitung 43 b abzweigt, auf die federbelastete Stirnfläche des Schubkolbens 24 gegeben. Der Vorsteuerkolben 26 nimmt dadurch bei ausreichend großem Speicherdruck eine Stellung ein, bei der die Steuerkante A oberhalb des Ringraums 28 liegt, d. h. bei der dieser mit dem Druckraum 30 b verbunden ist. Der Druckwaagenraum 15 steht daher unter geringem Druck, so daß der Kolben 13, dessen Kolbenabschnitt 13 a eine über eine Leitung 43 c unter Pumpendruck stehende und in den Druckwaagenring­ raum 14 führende Öffnung verschließen kann, angehoben wird und dadurch die Verbindung zu der Verbraucherspei­ cherleitung, die aus dem Druckwaagenringraum wegführt, mit der Pumpe herstellt. Bei sinkendem Speicherdruck wandert der Schubkolben 24 und somit der Vorsteuerkolben 26 nach unten, wobei der Raum 31 sein Volumen aufgrund der unterschiedli­ chen Kolbendurchmesser vergrößert. Dieser Bewegung ist ein gewisser Widerstand entgegengesetzt, da das Druck­ mittel in den Raum 31 nur über die Bohrungen im Vorsteuerkol­ ben und einen drosselnden Spalt 32, den die aneinanderliegenden Stirn­ flächen der beiden Kolben bilden, nachströmen kann. Kurz vor einem gewissen Speicherminimaldruck erreicht nun der Vorsteuerkolben die in Fig. 1 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 30 a, der unter Pumpen­ druck steht, zu verbinden; hierdurch erhöht sich einer­ seits der Druck im Raum 31, so daß aufgrund der größeren Stirnfläche des Schubkolbens 24 diese Bewegung gefördert wird und sich ein eindeutiger stabiler Schaltzustand einstellt. Andererseits unterliegt dadurch der Druckwaagenraum 15 dem Pumpendruck, so daß sich der Kolben 13 aufgrund der Federkraft nach unten bewegt und die Pumpenverbindung zur Verbraucherspeiseleitung drosselt bzw. verschließt. Die Pumpe steht somit zur Wie­ deraufladung des Speichers zur Verfügung. Mit steigendem Speicherdruck wird der Schubkolben 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 29 a verdrängt werden muß. Aus diesem Grund verlau­ fen die Bewegungen der beiden Kolben des Vorsteuerventils stark gedämpft, so daß negative oder positive Druckspitzen in der Speicherleitung 43 b, die durch Beschleunigungen der Ölsäule beim Laden oder Entladen auftreten können, nicht ausreichen, um die Kolben über die Umschaltstellung hinaus zu bewegen und dadurch ein verfrühtes Umschalten zu be­ wirken. Da die über das Druckmittel in dem Raum 31 auf die beiden Kolben ausgeübten Kräfte je nach deren Bewe­ gungsrichtung unterschiedlich sind, muß zum Erreichen der Umschaltstellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, entsprechend der jeweiligen Ausgangsstellung, ein unter­ schiedlicher Druck, d. h. unterschiedlicher Speicherdruck an der federbelasteten Stirnfläche des Schubkolbens 24 wirken.

Somit ist die gewünschte und über das Durchmesserverhält­ nis vom Vorsteuerkolben zum Schubkolben einstellbare Schalt­ druckdifferenz erreicht. Bei konstantem Speichermaximal­ druck gibt die Steuerkante B den Weg zwischen dem Ringraum 28 und dem Druckraum 30 b frei, so daß der Druck im Druckwaa­ genraum 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. Das Vorsteuerventil ist somit in Abhängig­ keit vom Speicherdruck bistabil schaltbar und gegen kurzzeitig auftretende Druckspitzen in der Speicherleitung weitgehend unempfindlich. Die im Vorsteuerventil zusammenwirkenden, ständig miteinander in Berührung ste­ henden Kolben, bewegen sich in einer Richtung gegen einen größe­ ren Widerstand als in der anderen Rich­ tung, in dem der mit Druckmittel gefüllte und über die drosselnde Verbindung mit dem Ringraum im Gehäuse in Verbindung stehende Raum genutzt wird, der sein Volumen in Abhängigkeit von der Bewe­ gungsrichtung der in Kontakt stehenden Kolben vergrößert oder verkleinert.

Claims (3)

1. Druckabhängiges Vorsteuerventil in einer Speicher­ ladevorrichtung, die eine Druckmittelquelle vorrangig mit dem Speicher und in Abhängigkeit von einem erreichten Druck im Speicher mit einer Verbraucherspeiseleitung ver­ bindet, mit einem Ventilkörper, dessen eine Endfläche vom Druck im Speicher und dessen andere Endfläche von einer Druckfeder belastet ist und dessen mittlerer Teil als Vorsteuerkolben mit Steuerkanten einen ihn umgebenden, erweiterten Ringraum gleicher Längs­ erstreckung wie die des Vorsteuerkolbens im Gehäuse in Abhängigkeit von seiner Lage mit einem von zwei durch Einschnürungen des Ventilkörpers beidseits des Steuer­ kolbens gebildeten Druckräumen verbindet, von denen der eine über eine Drossel mit dem Druck der Druckmittelquelle beaufschlagt ist, und der andere mit dem Druckmittelrück­ flußbehälter verbunden ist, und mit einer Druckwaage, die zum Zu- bzw. Abschalten der Leitung zum Verbraucher mit dem erweiterten Ringraum verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich zum vorgenannten Ventilkörper (26) ein mit diesem zusammenwirkender Schubkolben (24) vorgesehen ist, daß das Ende des Ventilkörpers (26) und des Schubkolbens (24) zusammen mit dem Gehäuse (21) einen Raum (31) begrenzen, dessen Volumen sich wegen des größeren Durch­ messers des Schubkolbens bei Bewegung der in beiden Rich­ tungen durch Federkraft aneinanderliegenden Kolben in einer Richtung vergrößert und in entgegengesetzter Rich­ tung verringert, und daß der Raum (31) über eine stark drosselnde Verbindung (29 a; 32) mit dem Ringraum (28) verbunden ist.

2. Vorsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Kolbenabschnitte (26 a, 26 b, 26 c) des Ventilkörpers (26) gleichen Außendurchmesser haben.

3. Vorsteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (26) eine Längsbohrung (29) vorgesehen ist, die an ihrem einen Ende mittels einer Querbohrung (29 a) mit dem Ringraum (28) verbunden ist und deren anderes Ende von der Stirnfläche des Schubkolbens (24) bedeckt ist, so daß aufgrund eines Spalts (32) zwi­ schen den Stirnflächen der aneinanderliegenden Kolben (24, 26) die Drosselwirkung der Verbindung der Räume 31 und 28 ge­ geben ist.