DE3611973A1 - Nebenschlussventil - Google Patents

Nebenschlussventil

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Description

Die Erfindung betrifft ein Nebenschlußventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merk­ malen.
Derartige Nebenschlußventile, auch Druckwaagen ge­ nannt, sind bekannt und regeln den Zustrom zumindest einem Wegeventil derart, daß die am Ventil einge­ stellte Druckdifferenz, die zwischen dem Ventilein­ gang und dem -ausgang herrscht, auch bei Druck­ schwankungen des Arbeitsdruckes konstant gehalten wird. Es bleibt also auch bei unterschiedlichem Arbeitsdruck die Arbeitsgeschwindigkeit konstant.
In dem Bestreben, die Durchflußmenge durch ein Ventil bestimmter Nennweite zu vergrößern, stellt sich auch eine erhöhte Druckdifferenz am Ventil ein, die den Regelbereich des Nebenschlußventils entsprechend er­ höht. Somit ist zum Schließen der Druckwaage eine größere Kraft erforderlich.
Es ist bekannt (DE-PS 21 16 395), die Feder einer Druckwaage mit einem Vorspannkolben zu versehen, der zusätzlich vom Arbeitsdruck beaufschlagt wird und damit die Feder versteift, so daß die Druckwaage auch bei höheren Drücken der Pumpe schließt. Solange kein Arbeitsdruck vorhanden ist, kann die Druckwaage leicht durch den Pumpendruck entgegen der Federkraft geöffnet werden und ist somit das von der Pumpe geförderte Arbeitsmittel auf Neutralumlauf geschaltet, d.h. es strömt in den Tank zurück.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Nebenschlußventil in einfacher Weise so auszubilden, daß in der Arbeitsstellung des zugeord­ neten Wegeventils eine hohe Druckdifferenz für er­ höhte Durchflußwerte und in der Neutralstellung eine geringe Druckdifferenz für den drucklosen Umlauf des Arbeitsmittels erreicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß ist also parallel zum Schieberkolben des Nebenschlußventils ein weiterer Kolben vorgesehen, von dem der drucklose Umlauf des Pumpenarbeitsmittels ermöglicht wird. Im drucklosen Umlauf ist somit die Verbindung von der Pumpenförderleitung zum Tank über den Schieberkolben des Nebenschlußventils verschlos­ sen und erfolgt der Rückfluß des Pumpenarbeitsmittels über die vom zweiten Kolben gesteuerte Verbindung. Dies hat vor allem den Vorteil, daß die Druckwaage bei nicht betätigtem Wegeventil, also in der Neutral­ stellung des Wegeventils, nicht von dem Pumpenstrom durchflossen wird. Der Durchflußwiderstand von Seiten des zweiten Kolbens ist wesentlich verringert. Außer­ dem wirken auf die Druckwaage, also auf den Schieber­ kolben, keine unausgeglichenen, insbesondere dynami­ schen Kräfte. Der zweite Kolben wird von einer Feder mit geringer Kraft in seiner Offenstellung gehalten. Das von der Pumpe gelieferte Druckmittel kann zum Tank etwa drosselfrei abströmen.
Sobald eines der Wegeventile betätigt wird, schließt der am Verbraucher auftretende und am zugehörigen Wegeventil abgegriffene Arbeitsdruck den zweiten Kolben. Die Druckregelung erfolgt dann allein durch den Schieberkolben der Druckwaage in bekannter Weise, wobei nunmehr jedoch die den Schieberkolben in Schließrichtung zusammen mit dem Arbeitsdruck beauf­ schlagende Feder so steif ausgewählt werden kann, daß eine bestimmte höhere am Wegeventil auftretende Druckdifferenz geregelt werden kann. Damit ist der Regelbereich der Druckwaage für erhöhte Durchfluß­ mengen am Wegeventil vergrößert, während für den drucklosen Umlauf mit sehr geringen Kräften ein By­ pass geöffnet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbeson­ dere hinsichtlich verschiedener Ausführungsformen, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein an einem Wegeventil angebautes Nebenschlußventil,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Nebenschlußventil mit Hohlkolben und
Fig. 3 einen Schnitt durch ein Nebenschlußventil mit einem Hohlkolben in geänderter Ausfüh­ rung.
In Fig. 1 ist ein hydraulischer Zylinder 1 über ein Wegeventil 2 und ein Nebenschlußventil 3 an eine Konstantpumpe 4 bzw. an einen Tank 5 angeschlossen. Die Leitungen zwischen dem Zylinder 1 und dem Wege­ ventil 2 sind mit 6 und 7 bezeichnet.
Das Wegeventil 2 besteht in üblicher Weise aus einem Kolben 10, von dessen einzelnen nicht näher bezeich­ neten Kolbenabschnitten das im Kanal 11 anstehende Pumpendruckmittel in die Leitung 6 oder 7 strömt, während das vom Zylinder 1 verdrängte Arbeitsmittel in den Tank 5 geleitet wird. Der in den Leitungen 6 oder 7 herrschende Arbeitsdruck wird über schematisch angedeutete Leitungen 14 und 15 im Kolben 10 beim Auslenken des Kolbens 10 aus seiner dargestellten Neutralstellung in einen Kanal 16 geführt.
In der dargestellten Neutralstellung des Wegeventil­ kolbens 10 ist der Kanal 16 mit dem Tank verbunden. Hierzu ist der in einen Gehäuseringraum 14 c mündende Kanal 16 über eine Ausnehmung 14 a mit einem mit dem Tank verbundenen Ringraum 14 b verbunden.
Oberhalb des Wegeventils 2 kann ein weiteres Wege­ ventil für einen zweiten Verbraucher angeordnet sein, dessen Verbindungen mit der Pumpe 4 und dem Tank 5 in entsprechender Weise vorgenommen sind und das eben­ falls eine Arbeitsdruckleitung 18 aufweist. Der Kanal 16 und die Arbeitsdruckleitung 18 sind an ein Wechsel­ ventil 19 geführt, so daß der jeweils höhere Arbeits­ druck von dem Wechselventil 19 ausgewählt wird und in eine Arbeitsdruckleitung 20 des Nebenschlußventils 3 geführt wird.
In der Bohrung 22 des Nebenschlußventils 3 ist ein Schieberkolben 23 verschiebbar angeordnet. Der Schie­ berkolben 23 ist einerseits vom Druck des von der Pumpe 4 über die Leitung 8 in den Raum 24 geförderten Arbeitsmittels beaufschlagt und gegensinnig von dem Arbeitsdruck im Federraum 25, der an die Arbeits­ druckleitung 20 angeschlossen ist, sowie der Kraft einer Feder 26. Der Übertritt von Arbeitsmittel aus dem Raum 24 in einen mit dem Tank 5 verbundenen Kanal 28 erfolgt über radiale Bohrungen 29 im Schieber­ kolben 23, die in der dargestellten Lage des Schieber­ kolbens 23 geschlossen sind.
Parallel zur Bohrung 22 ist im Nebenschlußventil 3 eine weitere Bohrung 29 vorgesehen, in der ein zweiter Kolben 30 verschiebbar angeordnet ist, der zwischen zwei Kolbenabschnitten 31 und 32 eine ringförmige Aus­ nehmung 33 aufweist, über welche der Raum 24 mit dem Kanal 28 verbunden ist, wenn der Kolben 30 in der dargestellten Offenstellung ist. In die Offenstellung ist der Kolben 30 durch eine Feder 34 gedrückt, die im Federraum 35 angeordnet ist, der über eine axiale Bohrung 36 im Kolben mit dem Tankkanal 28 in Verbindung steht. Die entgegengesetzte Stirnseite 38 des Kolbens ist über einen Kanal 39 mit dem Federraum 25 des Schieberkolbens 23 verbunden.
Die Wirkungsweise ist folgende: Solange das Wegeventil 2 in der dargestellten Neutralstellung ist, ist die Arbeitsdruckleitung 20 mit dem Tank verbunden. Der Kolben 30 ist somit beidseitig nur vom Tankdruck be­ aufschlagt und wird von der Feder 34 in die Offen­ stellung gedrückt, in der der gesamte von der Pumpe 4 geförderte Arbeitsmittelstrom über die Leitung 8 und die Kammer 24 über die Ausnehmung 33 zum Tankkanal 28 strömt. Dabei ist der Durchflußwiderstand äußerst gering und beträgt beispielsweise nur etwa 1 bar.
Sobald der Kolben 10 des Wegeventils 2 in eine Arbeits­ stellung verschoben wird, gelangt der über die Leitung 14 oder 15 abgegriffene Arbeitsdruck bzw. ein allen­ falls höherer Arbeitsdruck in der Leitung 18 eines anderen Wegeventils über die Leitung 20 in den Feder­ raum 25 des Schieberkolbens 23 und beaufschlagt fer­ ner über den Kanal 39 die Stirnseite 38 des Kolbens 30, der infolge der verhältnismäßig schwachen Feder 34 sofort schließt, so daß der drucklose Umlauf des Strömungsmittels zum Tank zurück unterbrochen wird. Die Ausregelung der Druckschwankungen des Verbrauchers erfolgt nun in üblicher Weise mittels des Schieber­ kolbens 23, das beispielsweise bei einem Pumpendruck von 6 bar in die geöffnete Stellung gedrückt wird. Ausgehend von dieser Stellung wird nun bei jeder Stellung des Wegeventils 2 die Druckdifferenz stromauf und stromab des Wegeventils 2 konstant geregelt, um konstante Druckflußmengen und damit eine konstante Arbeitsgeschwindigkeit am Zylinder 1 zu erhalten. Diese Druckregelung erfolgt durch den Schieberkolben 23 in der üblichen Weise. Die Feder 26 für den Schie­ berkolben 23 kann nun für den erforderlichen Bereich dieser Druckregelung ausgelegt werden, kann also ins­ besondere steif genug vorgesehen werden, weil bei Drücken unter beispielsweise 6 bar die Druckwaage nicht mehr öffnen muß, sondern vielmehr der drucklose Umlauf des Arbeitsmittels über den zusätzlichen Kol­ ben 30 erfolgt.
Eine geänderte Ausführungsform eines Nebenschluß­ ventils 50 ist in Fig. 2 dargestellt. Eine nicht gezeigte Pumpe fördert über eine Leitung 8 in einen Kanal 51, von dem aus der Anschluß des Kanals 11 des zugeordneten Wegeventils erfolgt. Der Raum 51 ist über einen Kanal 52 mit einem Raum 124 verbunden, in dem der Pumpendruck herrscht.
Eine Arbeitsdruckleitung 120 des zugeordneten Wege­ ventils, das ebenfalls nicht dargestellt ist, mündet in einen Federraum 125, in dem eine Feder 126 ange­ ordnet ist, die zusammen mit dem Arbeitsdruck entgegen dem Pumpendruck in der Kammer 124 den Schieberkolben 123 in eine Schließstellung verschiebt, in der die Verbindung zwischen dem Kanal 51 und dem mit dem Tank 5 verbundenen Kanal 128 abgesperrt ist. Der Schieberkolben 123 weist eine ringförmige Ausnehmung 54 an seinem Außenumfang auf, über welche Arbeits­ mittel aus dem Kanal 51 zum Tankkanal 128 abströmen kann, wenn der Schieberkolben 123 nach links verscho­ ben wird. Der Kolben 123 ist in der Bohrung 122 ver­ schiebbar angeordnet.
Außerdem weist der Schieberkolben 123 eine Sackbohrung 129 auf, in der ein zweiter Kolben 130 verschiebbar angeordnet ist. In dem Raum 135 zwischen dem Schieber­ kolben 123 und dem Kolben 130 befindet sich eine schwache Feder 134. Ferner ist der Raum 134 über eine axiale Bohrung 136 im Kolben 123 mit dem Tankkanal 128 verbunden. Die gegenüberliegende Stirnseite 138 des Kolbens 123 ist dem Federraum 125 zugekehrt.
In der dargestellten Lage wird der Kolben 123 von der Feder 134 nach links an einen Anschlag 140 am Schieber­ kolben 123 oder der Feder 126 und damit in eine Offen­ stellung gedrückt, in der das von der Pumpe geförderte Arbeitsmittel aus dem Kanal 51 und radiale Bohrungen 56 im Schieberkolben 123, eine ringförmige Ausnehmung 133 im Kolben 130 und radiale Bohrungen 57 im Schieber­ kolben in den Tankkanal 128 frei abströmen kann.
Sobald das nicht dargestellte Wegeventil betätigt wird und damit der Federraum 125 nicht mehr zum Tank ent­ lastet ist, sondern vielmehr den am Wegeventil abge­ griffenen Arbeitsdruck führt, wird der Kolben 130 von dem auf die Stirnseite 138 wirkenden Arbeitsdruck nach rechts entgegen der Kraft der Feder 134 verscho­ ben und schließt die Verbindung für den neutralen Umlauf des Arbeitsmittels, indem die radialen Boh­ rungen 57 vom Kolben 130 verschlossen werden. Die Druckregelung erfolgt dann in bekannter Weise mittels des Schieberkolbens 130 über die Verbindung vom Kanal 51 und die ringförmige Ausnehmung 54 zum Tankkanal 128.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nebenschluß­ ventils 60 ist in Fig. 3 dargestellt. Die nicht ge­ zeigte Pumpe fördert über eine Leitung 8 Arbeitsmittel in einen Kanal 61, der über einen Kanal 62 mit dem Raum 224 verbunden ist. Der Schieberkolben 223 ist in der Bohrung 222 verschiebbar und weist eine axiale Bohrung 229 auf, in der ein Schaltkolben 230 verschieb­ bar angeordnet ist. Entsprechend der Ausführung in Fig. 2 ist eine Arbeitsdruckleitung 220, ein Feder­ raum 225 und eine Feder 226 für den Schieberkolben 223 vorgesehen.
In der dargestellten Lage des Schieberkolbens 223 ist der Strömungsweg zwischen dem Kanal 61 und dem mit dem Tank verbundenen Kanal 228 abgesperrt. Der Bypass über radiale Bohrungen 66 im Schieberkolben 223, der Bohrung 229 und radiale Bohrungen 67 im Schieber­ kolben zum Tankkanal 228 ist geöffnet. Das von der Pumpe geförderte Arbeitsmittel kann also ohne nennens­ werte Drosselverluste zum Tank hin abströmen. Der Schaltkolben 230 wird von einer Feder 234 in der Offenstellung gehalten. Die Feder ist als Zugfeder ausgebildet, die sich einerseits am Schieberkolben 223 und andererseits am Kolben 230 abstützt und in einem Ringspalt 68 zwischen den beiden Kolben eingesetzt ist. Die Stirnseite 238 des Kolbens 230 ist wiederum dem Federraum 225 zugekehrt und in der Neutralstel­ lung des zugeordneten Wegeventils über die Arbeits­ druckleitung 220 zum Tank hin druckentlastet. Auf diese Weise wird der Kolben 230 in der dargestellten Offenstellung von der Feder 234 gehalten.
Sobald Arbeitsdruck im Federraum 225 eingesteuert wird, wirkt dieser auf die Stirnseite 238 des Kolbens 230 und überwindet die Kraft der Feder 234, so daß der Kolben nach rechts verschoben wird und damit die radialen Bohrungen 66 im Schieberkolben abdeckt, den Bypass somit schließt. Die Druckregelung erfolgt dann über die ringförmige Ausnehmung 64 am Außenumfang des Schieberkolbens 223, über welche der Strömungs­ weg vom Kanal 61 zum Tankkanal 228 mehr oder weniger gedrosselt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich die Feder 234 so bemessen, daß im drucklosen Umlauf die Drosselverluste nur etwa 1 bar betragen. Sobald der Pumpendruck im Kanal 61 beim Betätigen eines Wegeventils eine Höhe von beispielsweise 6 bar erreicht, wird von dem betreffenden Arbeitsdruck der Kolben 230 geschlossen und der Schieberkolben 223 zum Tank hin geöffnet, so daß nunmehr in bekannter Weise die Druckregelung erfolgen kann, wobei mit steigendem Arbeitsdruck das zum Tankkanal 228 abströmende Druck­ mittel in zunehmender Weise bis gegebenenfalls zum völligen Absperren gedrosselt wird.

Claims (16)

1. Nebenschlußventil für eine Pumpe, an die mindestens ein Wegeventil zur Wegesteuerung des Arbeitsmittels zu und von einem Verbraucher ange­ schlossen ist, das einen federbelasteten Schieber­ kolben aufweist, der vom Pumpendruck entgegen dem Lastdruck des Verbrauchers und der Kraft einer Feder in eine einen Strömungsweg für das Pumpendruckmittel zum Tank regelnde Stellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem von dem Schieberkolben (23, 123, 223) geregelten Strömungsweg eine von einem zweiten Kolben (30, 130, 230) gesteuerte Verbindung für das Pumpen­ druckmittel zum Tank vorgesehen ist und die Verbin­ dung offengehalten ist, bis das Wegeventil (2) aus der Neutralstellung in eine Arbeitsstellung ausgelenkt wird.
2. Nebenschlußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (30, 130, 230) in der Neutralstellung des Wegeventils (2) beidseitig zum Tank druckentlastet ist und von einer Feder (34, 134, 234) in der Offenstellung ge­ halten ist.
3. Nebenschlußventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (30, 130, 230) in der Arbeitsstellung des Wegeventils (2) entgegen der Feder vom Last­ druck in Schließrichtung der Verbindung beaufschlagt ist.
4. Nebenschlußventil für mehrere Wegeventile, an denen jeweils der Lastdruck abgegriffen und der höchste Lastdruck über mindestens ein Wechselventil (19) in eine Lastdrucksteuerleitung (20, 120, 220) ge­ führt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben und der zweite Kolben vom Lastdruck beaufschlagt sind.
5. Nebenschlußventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Neutralstellung des Wegeventils der Federraum des Schieberkolbens (23, 123, 223) und die den Stirn­ seiten des zweiten Kolbens (30, 130, 230) zugekehrten Räume mit dem Tank (5, 28, 128, 228) verbunden sind.
6. Nebenschlußventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastdrucksteuerleitung (20, 120, 220) in der Neutral­ stellung des Wegeventils mit dem Tank verbunden ist.
7. Nebenschlußventil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (30) in einer parallel zum Schieber­ kolben (23) vorgesehenen Bohrung (29) angeordnet ist und die Verbindung von einer ringförmigen Ausnehmung (33) im zweiten Kolben (30) gebildet ist, und daß der Federraum (25) des Schieberkolbens (23) und der Raum auf der entgegengesetzten Seite des Federraums (35) des zweiten Kolbens an die Lastdrucksteuerleitung (20) angeschlossen ist (Fig. 1).
8. Nebenschlußventil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (130, 230) in einer Bohrung (129, 229) des Schieberkolbens (123, 223) angeordnet ist (Fig. 2).
9. Nebenschlußventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg des Pumpendruckmittels zum Tank über eine ringförmige Ausnehmung (133) im zweiten Kolben (130) erfolgt, in welche radiale Bohrungen (56, 57) im Schieberkolben (130) münden (Fig. 2).
10. Nebenschlußventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (134) für den zweiten Kolben (130) auf der der Feder (126) für den Schieberkolben (123) entgegen­ gesetzten Seite angeordnet ist.
11. Nebenschlußventil nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (130) in seiner Offenstellung am Schie­ berkolben (123) oder der Schieberkolbenfeder (126) abgestützt ist.
12. Nebenschlußventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg des Pumpendruckmittels zum Tank über eine ringförmige Ausnehmung (64) im Schieberkolben (230) und die Boh­ rung (229) im Schieberkolben erfolgt, in welche radia­ le Bohrungen (66, 67) im Schieberkolben münden, deren Durchgang vom zweiten Kolben (230) gesteuert wird (Fig. 3).
13. Nebenschlußventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (234) für den zweiten Kolben (230) eine Zugfeder ist, die in einem Ringspalt (68) zwischen dem zweiten Kolben (230) und dem Schieberkolben (223) auf der der Kol­ benschieberfeder (226) zugekehrten Seite eingesetzt ist.
14. Nebenschlußventil nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben des Wegeventils (2) eine Ausnehmung (14 a) aufweist, die in der Neutralstellung des Wegeventils die Lastdrucksteuerleitung mit dem Tank verbindet.
15. Nebenschlußventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14 a) des Steuerkolbens in der Neutralstellung des Wegeventils zwei Gehäuseringräume (14 b, 14 c) miteinan­ der verbindet, wobei der erste Gehäuseringraum (14 b) mit dem Tank und der zweite Gehäuseringraum (14 c) mit der Lastdrucksteuerleitung (16) verbunden sind.
16. Nebenschlußventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ge­ häuseringraum (14 c) in der einen oder anderen Arbeits­ stellung des Wegeventils (2) über schräg verlaufende Steuerbohrungen (14, 15) im Steuerkolben des Wege­ ventils (2) mit der Lastseite (6 bzw. 7) des Ver­ brauchers verbunden ist.
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