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BESCHREIBUNG
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Fluidtechnisches Bauteil Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft
ein fluidtechnisches Bauteil, bei dem ein Verschiebeteil bei Erreichen eines vorgegebenen
Maximaldruckes einen Fluidüberdruckweg von einem Einlaß zu einem Auslaß freigibt.
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Stand der Technik Ein derartiges fluidtechnisches Bauteil ist z.B.
ein Rückschlagventil oder auch ein Druckregelventil, wie es in der Hydraulik oder
der Pneumatik verwendet wird. Derartige fluidtechnische Bauteile sind zusammen mit
anderen Bauteilen in hydraulische oder pneumatische Kreisläufe eingebaut.
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Ein Beispiel eines hydraulischen Kreislaufes, wie er aus dem Stand
der Technik bekannt ist, ist in Figur 1 dargestellt. Aus einem Tank 10 wird Hydraulikflüssigkeit
von einer Pumpe 11 angesaugt und durch ein Filter 12 hindurch in einen Verbraucher
13 gepumpt, von dem die Flüssigkeit durch eine Rückflußleitung 14 wieder in den
Tank 10 zurUckfließt. Durch seine reinigende Tätigkeit verstopft das Filter 12 im
Lauf der Zeit, so daß dem Verbraucher 13 nicht mehr genügend Hydraulikflüssigkeit
zugeführt wird. Um hier Gefahren zu vermeiden, sind ein Verschmutzungsanzeiger 15
und ein Rückschlagventil 16 in einer Beipaßleitung 17 vorhanden.
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In einem Hochdruck-Hydraulikkreis, wie er z.B. zum Betätigen von Hebevorrichtungen
verwendet wird, beträgt der Druck am Einlaß 18 des Filters 12 und damit auch des
Rückschlagventiles
16 etwa 250 bis 300 bar. Bei unverschmutztem
Filter ist der Druck am Auslaß etwa 1, bar niedriger. Steigt der Differenzdruck
zwischen Einlaß 18 und Auslaß 19 auf z.B. 3,5 bar an, so zeigt der Verschmutzungsanzeiger
15 akustisch oder optisch die Verschmutzung des Filters an und macht den Benutzer
darauf aufmerksam, daß das Filter ausgetauscht werden müßte. Wird das Filter dennoch
nicht ausgetauscht, so fällt der Druck auf der Auslaßseite bei zunehmender Verschmutzung
immer weiter. Um sicherzustellen, daß der Verbraucher 13 nach wie vor mit Hydraulikflüssigkeit
versorgt wird, öffnet bei einem Differenzdruck von z.B. 10 bar das Rückschlagventil
16. Dadurch wird dem Verbraucher 13 nicht mehr gereinigte Hydryaulikflüssigkeit
durch das Filter 12, sondern ungereinigte Flüssigkeit direkt aus dem Tank 10 zugeführt.
Dies ist aber weniger schädlich, als wenn der Verbraucher 13 gar keine Hydraulikflüssigkeit
oder zu wenig Flüssigkeit erhalten würde.
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Derartige Aufbauten mit einem Verschmutzungsanzeiger und einem zu
diesem parallel liegenden Rückschlagventil sind in der gesamten Fluidtechnik seit
langem bekannt. Eine derartige Schaltung wird auch bei Niederdruck-Hydraulikkreisen,
z.B. für Getriebe, Kupplungen und Lenkantriebe und auch bei Motorenölkreisläufen
verwendet. Bei den Niederdruck-Hydraulikkreisläufen beträgt der Eingangsdruck am
Filter etwa 16 bis 40 bar, der normale Filterdifferenzdruck beträgt wiederum etwa
1,5 bar, der Druck, ab dem der Verschmutzungsanzeiger anspricht, beträgt etwa 3
bar und der Druck, bei dem das Hydraulikventil öffnet, etwa 3,5 bar. Die Druckdifferenzen
hängen dabei von den absoluten Drucken ab. In Motorenölkreisläufen beträgt der absolute
Druck etwa 16 bar, der Filterdifferenzdruck 0,5 bar, bei Verschmutzung, bei der
das Filter ausgetauscht werden sollte, etwa 1,5 bar und bei 2,5 bis 3 bar öffnet
schließlih ein Bypassventil, das praktisch in jedem Motor vorhanden ist.
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Alle bisher bekannten Hydraulikkreisläufe zeichnen sich dadurch aus,
daß das Rückschlagventil, das bei einem maximal
zulässigen Druck
öffnet und der Verschmutzungsanzeiger, also ein Bauteil, das bei einem unterhalb
dem Maximaldruck liegenden Meldedruck ein Meldesignal abgibt, als getrennte Bauteile
ausgeführt sind, die getrennt an den Kreislauf über Rohrleitungen anzuschließen
sind.
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Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
ein fluidtechnisches Bauteil der eingangs genannten Art anzugeben, das bei einfachem
Aufbau in der Lage ist, bei Erreichen eines unterhalb dem Maximaldruck liegenden
Meldedruckes die Abgabe eines Meldesignales zu veranlassen.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Bauteil einen Schalter
aufweist und das Verschiebeteil so ausgebildet ist, daß es bei Erreichen des Meldedruckes
den Schalter betätigt, den Überdruckweg aber bis zum Erreichen des Maximaldruckes
aber noch geschlossen hält.
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Es wird also kein einfaches Rückschlagventil mehr verwendet, sondern
ein Ventil, bei dem das Verschiebeteil unter Einwirkung eines Druckes zunächst verschoben
werden kann, ohne schon den Weg zu einem Auslaß freizugeben. Diese Verschiebung
erfolgt unter dem Einwirken des Meldedruckes und sie veranlaßt das Betätigen des
Schalters, der die Warnmeldung abgibt. Erst bei Erreichen eines noch höheren Druckes
wird das Verschiebeteil so weit verschoben, daß es den Weg für das Fluid zum Auslaß
freigibt. Ein erfindungsgemäßes fluidtechisches Bauteil weist also neben der Normallage
des Verschiebeteiles eine erste verschobene Lage auf, die das Teil bei Vorliegen
eines ersten Druckes erreicht, und eine zweite verschobene Lage, die dsa Teil bei
Erreichen eines noch höheren Druckes erreicht. Das Einstellen der beiden Drucke,
zu denen die jeweilige Verschiebung stattfindet, können durch die Kräfte unterschiedlich
starker Federn und/oder Abstufung von Flächen erfolgen, auf die Fluidkräfte wirken.
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Das Bauteil kann so aufgebaut sein, daß es auf Druckdiffereizen oder
auch auf absolute Drucke anspricht.. Die Über -wachung absoluter Drucke ist z.B.
in Kreisläufen von hydraulisch betriebenen Ladebühnen erforderlich. Werden auf die
hochgefahrene Ladebühne Lasten aufgestapelt, so wächst der Druck im Hydraulikkreis
immer mehr. Ab einer bestimmten Zuladung erreicht der Druck einen Wert, der nicht
mehr weiter überschritten werden sollte. Das erfindungsgemäße Bauteil gibt dann
eine Warnmeldung dadurch ab, daß das Verschiebeteil in die Meldelage verschoben
wird. Wird noch weiter zugeladen, so öffnet das Verschiebeteil schließlich den Weg
einer Rückflußleitung zum Tank. Das Überwachen eines Differenzdruckes ist z.B. bei
der eingangs beschriebenen Anwendung zur Verschmutzungsüberwachung eines Filters
erforderlich. Der Differenzdruck kann aber nicht nur im Oberdruckgebiet, sondern
auch im Unterdruckgebiet überwacht werden. Z.B. tritt bei Zahnradpumpen unter einem
Saugdruck von 0,25 bar Kavitation in der Hydraulikflüssigkeit auf. Der normale Unterdruck
sollte etwa 0,12 bis 0,15 bar betragen.
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Ein erfindungsgemäßes fluidtechnisches Bauteil für diese Anwendung
ist so ausgebildet, daß es bei einem Unterdruck von 0,2 bar das zu vermeidende Anwachsen
des Unterdrucks anzeigt und bei einem Unterdruck von 0,25 bar den Weg zu einem Einlaß
öffnet, von dem Flüssigkeit mit höherem Druck zugeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird im folgenden
anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert. Figur 1 gehört zum Stand der Technik und wurde
bereits beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 Einen Hydraulikkreis mit Filter und einer
Verschmutzungsanzeigeeinrichtung und einem Rückschlagventil am Filter;
Fig.
2 Einen Hydraulikkreislauf mit gleicher Funktion wie der Kreislauf gemäß Fig. 1,
jedoch mit einem anmeldegemäßen Bauteil; Fig. 3 Einen schematischen Teilschnitt
durch eine Ausführungsform eines fluidtechnischen Bauteiles mit topfförmigem Kolben
mit Deckel; und Fig. 4 Einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform.
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Wege zum Ausführen der Erfindung Der Hydraulikkreislauf gemäß Fig.2
übt die selbe Funktion aus wie derjenige gemäß Fig.1. Zwischen ein Filter 12 und
einem Verbraucher 13 ist ein Hydraulikbauteil 20 geschaltet. Dieses weist einen
Steuereinlaß 21, einen Fluideinlaß 22 und einen Auslaß 19 auf. Der Einlaß des Filters
12 steht mit dem Steuereinlaß 21, der Auslaß des Filters mit dem Fluideinlaß 22
und der Auslaß 19 mit dem Verbraucher 13 in Verbindung.
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Eine Ausführungsform, wie sie als Hydraulikbauteil 20 im Kreislauf
gemäß Fig. 2 verwendet werden kann, ist in Fig.3 dargestellt. In einem Zylinder
23 läuft ein Kolben 24.
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Dieser weist einen topfförmigen Teil mit einer ringförmigen Führungswand
25 und einem druchbrochenen Boden 26 auf.
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Am Boden ist zur geöffneten Seite des Topfes hin ein Schaltstift 27
befestigt, dessen Mittelachse mit der Mittelachse 28 des Zylinders 23 zusammenfällt.
Ober den Schaltstift 27 ist ein in der Mitte durchbohrter Deckel 29 geschoben, der
mit einer Dichtung 30 abgedichtet auf der Führungswand 25 aufliegt. Der Deckel ist
über eine weitere Dichtung gegen den Schaltstift 27 und die Führungswand 25 ist
über eine Dichtung 30 gegen den Zylinder 23 abgedichtet. Das durch den Kolben 24
mit Schaltstift 27 gebildete Schiebeteil 31 wird von seiner Bodenfläche her mit
einem etwas höheren Druck beauflschlagt als von der Deckel seite her. Bezogen
auf
die Schaltung gemäß Fig.2 steht die zum Boden 26 führende Steuerleitung 32 mit dem
Steuereinlaß 21 in Verbindung.
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Der Deckel ragt in eine Verbindungsleitung 33, die den Fluideinlaß
22 mit dem Auslaß 19 verbindet. In der Steuerleitung 32 herrscht der Druck P1 und
in der Verbindungsleitung 33 der Druck P2. Wie eingangs erläutert, beträgt der Differenzdruck
P1 - P2 etwa 1,5 bar, wenn bei einem absoluten Druck von etwa 250 bis 300 bar die
Steuerleitung 32 an den Einlaß eines Filters 12 und die Verbindungsleitung an den
Auslaß des Filters angeschlossen ist. Um trotz der Druckdifferenz das Verschiebeteil
31 in der in Fig.3 dargestellten Stellung zu belassen, ist der Deckel 29 mit der
Kraft einer Feder 34 belastet, die zwischen einer Verschlußplatte 35 und dem Deckel
29 eingespannt ist. Erst wenn der Differenzdruck Pl - P2 3,5 bar beträgt, wird das
Verschiebeteil 31 verschoben, und zwar so weit, bis der Schaltstift 27 an der Verschlußplatte
35 anliegt. Ober der Verschlußplatte 35, die einige Millimeter stark ist und aus
nicht magnetischem Material besteht, ist ein Reed-Relais 36 angeordnet. Der Schaltstift
27 weist an seinem oberen Ende Pole N und S auf. Die Kraft des Magneten und die
Dicke der Verschlußplatte 35 sind so aufeinander abgestimmt, daß das Reed-Relais
36 geschaltet wird, wenn der Schaltstift 27 von unten an die Verschlußplatte 35
zu liegen kommt. Das Signal dient dazu, eine Verschmutzungsanzeige durch ein optisches
oder akustisches Signal auszugeben. In dieser Stellung ist die Steuerleitung 32
nicht mit der Verbindungsleitung 33 verbunden, da der Kolben 24 die Verbindungsstelle
abdichtet.
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Steigt der Druck P1 - P2 jedoch auf 10 bar an, so hebt der Deckel
29 von der FUhrungswand 25 ab, wodurch die Steuerleitung 32 mit der Verbindungsleitung
33 verbunden ist und dadurch verhindert wird, daß die Druckdifferenz P1 - P2 noch
über 10 bar anwachsen kann. Die Druckdifferenz, ab der der Deckel 29 öffnet, ist
durch das Verhältnis der Flächen bestimmt, auf die Kräfte von der Oberseite bzw.
der Unterseite des Deckels 29 her einwirken. Je breiter die Führung~
wand
25 gewählt wird, desto kleiner ist die von der Seite der Steuerleitung 32 her beaufschlagte
Fläche und umso höher muß der Druck P1 sein, um die Platte gegen den niedrigeren
Druck P2 zu öffnen, welcher Druck aber über die ganze Oberfläche des Deckels 29
wirkt.
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Bei einer Druckdifferenz P1 - P2 von 3,5 bar, d.h. einem Meldedruck
von 3,5 bar wird also das Verschiebeteil 31 verschoben und betätigtdadurch das Reed-Relais
36, das damit das Erreichen des Meldedruckes anzeigt. Steigt die Druckdifferenz
P1 - P2 bis auf den Maximaldruck von 10 bar, so wird die Verbindung zwischen dem
Steuereinlaß 21 und dem Auslaß 19 hergestellt.
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Statt zum überwachen von Differenzdrucken kann die Ausführungsform
gemäß Fig.3 nur durch Anderung der Dimensionierung auch zum überwachen absoluter
Drucke verwendet werden, z.B. daß bei einem Meldedruck von 220 bar ein Signal abgegeben
werden soll und bei einem Maximaldruck von 250 bar der Weg vom Steuereinlaß 21 zur
Verbindungsleitung 33 und von dort in einen Tank freigegeben werden soll. Der Druck
P1 entspricht dann dem Systemdruck und der Druck P2 entspricht Atmosphärendruck.
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Für die soeben beschriebene Anwendung ist auch das Bauteil gemäß Fig.4
geeignet. Es weist wiederum ein Verschiebeteil 31 bestehend aus Kolben 24 und Schaltstift
27 auf, das in einem Zylinder 23 läuft. In der Wand des Zylinders 23 ist ein Auslaßloch
37 ausgespart, von dem aus eine Riickflußleitung 14 in einen Tank 10 führt. Das
Hydraulikbauteil 20 ist mit einem Gewinde in der Wand des Zylinders in eine Druckleitung
38 eingeschraubt. Wenn der Druck P in der Druckleitung 38 einen normalen Wert, z.B.
200 bar einnimmt, steht der Kolben in der in Fig.4 dargestellten Stellung, in der
er das Auslaßloch 37 verschließt. Zum guten Verschließen ist der Kolben 24 über
eine Dichtung 30 gegen die Wand des Zylinders 23 ahgedlchtet. An seinem Verschieben
wird er durch die Kraft einer Feder 34 gehindert, deren Kraft so
eingestellt
ist, daß sie erst bei einem Meldedruck von 220 bar nachgibt, wodurch sich der Kolben
24 im Zylinder 23 nach oben bewegt. Nach einem kurzen Stuck der Bewegung kommt aber
eine Maximaldruckfeder 39 mit einer Verschlußplatte 35 in Berührung, an der auch
die Feder 34 von unten anliegt. Die Maximaldruckfeder 39 ist dann zwischen die Verschlußplatte
35 und die Oberseite des Kolbens 24 gespannt.
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Die Kraft dieser Maximaldruckfeder 39 gemeinsam mit der Kraft der
Feder 34 ist so hoch, da sie erst bei einem Druck von 250 bar ein weiteres Verschieben
des Kolbens so weit zuläßt, daß dieser nun das Auslaßloch 37 freigibt. Erreicht
der Druck P jedoch nicht 250 bar, so bleibt die erste verschobene Stellung unter
der Einwirkung des Meldedruckes erhalten. In dieser etwas nach oben verschobenen
Stellung schaltet der Schaltstift 27 durch eine Schaltnase 40 den Kontaktknopf 41
eines Mikroschalters 42. Dadurch wird wiederum ein Meldesignal abgegeben.
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Das Bauteil gemäß Fig.4 kann auch so abgewandelt werden, daß es auf
Differenzdrucke anspricht, wie das Bauteil gemäß Fig.3. Die Druckleitung 38 müßte
dann der Steuerleitung 32 entsprechen und durch den Raum, in dem die Federn 34 und
39 liegen, müßte die Verbindungsleitung 33 hindurchgeführt werden.
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In den Ausführungsbeispielen sind die Schalter elektrische Schalter.
Es können aber auch mechanische Schalter verwendet werden. Entscheidend ist, daß
beim Erreichen eines Meldedrucks ein Verschiebeteil durch ein erstes Verschieben
zu einem Meldesignal führt und unter einem höheren Maximaldruck durch ein zweites
Verschieben einen Fluidweg freigibt.
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Bei der Schaltung gemäß Fig.3 ist ein Reed-Relais verwendet. Entsprechend
wie in Fig.4 kann aber auch ein Mikroschalter verwendet werden. Der Schaltstift
muß dann durch eine Dichtung hindurch auf den Mikroschalter wirken. Zu diesem Zweck
wird vorteilhafterweise eine elastische Abdich-
tung zwischen Schaltstift
und Mikroschalter angebracht.
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Wie schon eingangs erläutert, ist es jeweils nur eine Frage der Dimensionierung,
anmeldegemäße Bauteile zum Messen hoher oder niedriger Oberdrucke oder zum Messen
von Unterdrukken auszugestalten. Bei Verwendung im Unterdruckkreis einer Zahnradpumpe
würde z.B. die Verbindungsleitung 33 die Pumpe mit einem Tank verbinden und von
der Seite der Steuerleitung 32 her würde ein Reservoir z.B. mit Normaldruck oder
leichtem Überdruck wirken. Würde dann der Unterdruck in der Leitung zur Pumpe zu
hoch werden, z.B 0,2 bar übersteigen, so würde das Verschiebeteil den Weg für zusätzliche
Hydraulikflüssigkeit zur Pumpe freigeben um Kavitation zu vermeiden.
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Ausführungsbeispiele fluidtechnischer Bauteile wurden unter Bezugnahme
auf hydraulische Bauteile erläutert.
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Entsprechende Wirkung ergibt sich für pneumatische Bauteile.