DE4002755A1 - Ventilanordnung zur steuerung der zufuhr von fluid zu zwei verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung der Zufuhr von Fluid, insbesondere Hydraulikmedium, zu zwei Verbrauchern, von denen einer ständig zugeschaltet und einer wahlweise zuschaltbar ist.

Des öfteren ist es erwünscht, mit einer einzigen Pumpe zwei Verbraucher bzw. zwei Verbrauchergruppen zu versorgen. Wenn dabei nur ein Verbraucher bzw. eine Verbrauchergruppe ständig arbeiten sollen, während der andere Verbraucher bzw. die andere Verbrauchergruppe nur mehr oder weniger oft zuge­ schaltet werden müssen, so ist es notwendig, neben der Ventil­ anordnung auch die Pumpe zu steuern, um deren Förderleistung an die jeweiligen Verbraucher anzupassen.

Aus diesem Grunde ist der notwendige Steueraufwand bisher relativ groß.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Ventilanordnung zu schaffen, welche sich automatisch umsteuert, sobald die Förderleistung der Pumpe verändert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Ventilanordnung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß ein Steuer­ kolben vom Druck einer an den Eingang der Ventilanordnung anschließenden Kammer (Eingangskammer) gegen eine Rückstell­ kraft, die den Steuerkolben in seine eine Endlage drängt, in Richtung seiner anderen Endlage beaufschlagt wird, daß in der einen Endlage eine gedrosselte Verbindung zwischen Eingangskammer sowie einem Ausgang frei bleibt und der andere Ausgang durch den Steuerkolben gegenüber der Eingangskammer abgesperrt ist, und daß in der anderen Endlage die Verbindung zwischen Eingangskammer und einem Ausgang verstärkt gedrosselt und der andere Ausgang über eine Drossel an die Eingangskammer angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung macht in einfachster Weise eine vom eingangsseitigen Zufluß des Fluids bzw. Hydrau­ likmediums abhängige selbsttätige Steuerung möglich. Solange nämlich nur relativ wenig Fluid der Eingangskammer zugeführt wird, fließt über die gedrosselte Verbindung hinreichend Fluid bzw. Hydraulikmedium aus der Eingangskammer zum einen Ausgang hin ab, mit der Folge, daß der Druck in der Eingangs­ kammer relativ gering bleibt und der Steuerkolben von der Rückstellkraft in seiner einen Endlage gehalten wird. Sobald der Eingangskammer erhöhte Fluid- bzw. Hydraulikmengen zuge­ führt werden, erhöht sich zwangsläufig die Druckdifferenz, welche an der gedrosselten Verbindung zwischen der Eingangs­ kammer sowie dem einen Ausgang abfällt. Aufgrund des demzu­ folge ansteigenden Druckes in der Eingangskammer wird dann der Steuerkolben gegen die Rückstellkraft in seine andere Endlage verschoben, in der die andere Ausgangsleitung zusätz­ lich über eine Drossel mit der Eingangskammer verbunden ist; außerdem ist in dieser anderen Endlage der Drosselwiderstand der gedrosselten Verbindung zwischen Eingangskammer und einem Ausgang erhöht, um zu gewährleisten, daß trotz des erhöhten Druckes in der Eingangskammer nur etwa gleich große Fluid- bzw. Hydraulikmengen von der Eingangskammer zum einen Eingang strömen.

Sobald die Förderleistung der Pumpe wieder zurückgestellt wird, sinkt der Druck in der Eingangskammer ab, mit der Folge, daß die Rückstellkraft den Steuerkolben wieder in die eine Endlage zu schieben vermag, in der die Eingangskammer lediglich über die gedrosselte Verbindung mit dem einen Ausgang verbunden ist.

Um diese Rücksteuerung in die eine Endlage gegebenenfalls noch beschleunigen zu können, kann an der anderen Ausgangs­ leistung ein Absperrventil angeordnet sein, welches mit einer Zylinderkammer verbunden ist, deren eines Ende durch den Steuerkolben bzw. ein Steuerkolbenteil mit größerem Durchmesser abgeschlossen ist. Dieses Absperrventil kann beim Zurücksteuern der Pumpenleistung kurzzeitig geöffnet werden, mit der Folge, daß in der genannten Zylinderkammer ein ähnlicher Druck wie in der anderen Ausgangsleitung wirksam ist und die auf dem Steuerkolben einwirkende Rück­ stellkraft - in der Regel eine Schraubendruckfeder - unter­ stützt, um den Steuerkolben schnellstens in seine eine Endlage zu schieben.

Danach kann das Absperrventil wieder geschlossen werden.

Im übrigen kann die genannte Zylinderkammer über eine den Steuerkolben axial durchsetzende Drosselleitung mit der einen Ausgangsleitung verbunden sein, um zu gewährleisten, daß bei Verschiebung des Steuerkolbens in die andere Endlage das Fluid- bzw. Hydraulikmedium aus der genannten Zylinder­ kammer verdrängt werden kann.

Darüber hinaus bewirkt diese Drosselleitung, daß in der genannten Zylinderkammer etwa gleicher Druck wie in der einen Ausgangsleitung vorliegt, wenn der Steuerkolben bei geringer Pumpenleistung seine eine Endlage einnimmt. Auf diese Weise kann diese eine Endlage zusätzlich zu der Rückstellkraft durch fluidische Kräfte gesichert werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung einer vorteilhaften Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt der erfin­ dungsgemäßen Ventilanordnung, wobei der Steuerkolben seine zweite Endlage einnimmt, in der beide Ausgangsleitungen mit dem Eingang kommunizieren.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung besitzt ein Gehäuse 1 mit einer Längsbohrung 2, welche an ihrem in der Zeichnung rechten Ende einen Gewindeabschnitt aufweist. An ihrem linken Ende geht die Längsbohrung 2 unter Bildung einer Ringstufe in einen weiteren Gewindeabschnitt über, welcher im Vergleich zur Längsbohrung 2 einen größeren Durchmesser hat.

In den Gewindeabschnitt am rechten Ende der Längsbohrung 2 ist ein Verschlußteil 3 eingeschraubt, wobei ein Dichtring 4 zwischen einem Flansch des Verschlußteiles 2 und der zuge­ wandten Stirnseite des Gehäuses 1 eingespannt ist.

In den anderen Gewindeabschnitt der Längsbohrung 2 ist ein Rohrstück 5 eingeschraubt, wobei im Außenumfang des Rohr­ stückes 5 eine Nut zur Aufnahme eines Dichtringes 6 angeordnet ist, welcher den Ringspalt zwischen dem Endbereich der Längs­ bohrung 2 und dem Außenumfang des Rohrstückes 5 abdichtet.

Im übrigen dient das Rohrstück 5 zusammen mit der Stufe 2′ der Längsbohrung 2 zur axialen Halterung eines in die Längs­ bohrung 2 eingesetzten Bodenteiles 7, welches mit einem flanschartigen Kragen innerhalb der von der Stufe 2′ und der zugewandten Stirnseite des Rohrstückes 5 gebildeten Ringnut gehaltert ist. Das Bodenteil 7 ist mit einem Dichtring 8 gegenüber der Wandung der Längsbohrung 2 abgedichtet.

Im übrigen besitzt das Bodenteil 7 eine Mittelöffnung 7′, deren Zweck weiter unten erläutert wird.

Des weiteren sind im Gehäuse 1 zur Längsbohrung 2 radiale Querbohrungen 9 und 10 angeordnet. Dabei mündet die Quer­ bohrung 9 nahe des Bodenteiles 7 in die Längsbohrung 2. Die Querbohrung 10 weist vom Bodenteil 7 einen größeren Abstand als die Querbohrung 9 auf und ist mit der Längs­ bohrung 10 über eine Drosselblende 11 verbunden, welche als Teil des Gehäuses 1 ausgebildet sein kann.

Innerhalb der Längsbohrung 2 ist ein Steuerkolben 12 axial verschiebbar angeordnet, welcher von einer Schraubendruck­ feder 13 beaufschlagt wird, die ihrerseits zwischen dem Verschlußteil 3 und dem Steuerkolben 12 eingespannt ist.

Der Steuerkolben 12 besitzt einen dem Durchmesser der Längsbohrung 2 angepaßten ersten Abschnitt 12′, der mit einer Axialbohrung mit relativ großem Querschnitt zur Aufnahme der Schraubendruckfeder 13 versehen ist. An dem Abschnitt 12′ schließt sich nach links ein im Durchmesser verminderter Abschnitt 12′′ an, der mit einer axialen Gewinde­ bohrung versehen ist. In diese Gewindebohrung ist ein die zentrale Öffnung des Bodenteiles 7 durchsetzender Abschnitt 12′′′ eingeschraubt, welcher auf der linken Seite des Boden­ teiles 7 einen flanschartigen Kragen 12″″ aufweist. Dement­ sprechend wird die axiale Beweglichkeit des Steuerkolbens 12 innerhalb der Längsbohrung 2 durch die Stufen begrenzt, die zwischen den Abschnitten 12′′ und 12″″ und dem Abschnitt 12′′′ und dem Kragen 12′′′ gebildet werden und mit den jeweils zugewandten Stirnseiten des Bodenteiles 7 nach Art von Anschlägen zusammenwirken.

Die genannten Stufen des Steuerkolbens 12 sowie die damit anschlagähnlich zusammenwirkenden Stirnseiten des Bodenteiles 7 sind ebenso wie der Außenumfang des Abschnittes 12′′′ des Steuerkolbens 12 und der Innenumfang der Zentralbohrung 7′ des Bodenteiles 7 so ausgebildet, daß der Innenraum 14 der Längsbohrung 2 in allen Stellungen des Steuerkolbens 12 mit dem Innenraum des Rohrstückes 5 - gedrosselt - verbunden bleibt, wobei diese Drosselverbindung in der in der Zeichnung dargestellten rechten Endlage des Steuerkolbens 12 einen geringeren Querschnitt als in der anderen Endlage aufweist.

Im Steuerkolben 12 kann noch eine axiale Drosselleitung 15 angeordnet sein, welche den Raum zwischen Steuerkolben 12 und Verschlußteil 3 mit dem Rohrstück 5 verbindet.

Der Raum zwischen dem Steuerkolben 12 und dem Verschlußteil 3 kann über eine Gehäuseleitung 16, welche mittels eines elektro­ magnetischen Absperrventiles 17 steuerbar ist, mit der Quer­ bohrung 10 verbunden sein.

Die dargestellte Ventilanordnung funktioniert wie folgt:
Die Querbohrung 9 bildet den Eingang der Ventilanordnung und ist mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden, die von einer Betriebsart für geringe Fördermenge auf eine Betriebs­ art für hohe Fördermenge umgeschaltet werden kann.

Das Rohrstück 5 bildet den ersten Ausgang der Ventilanordnung und ist mit einem ersten Verbraucher verbunden, der ständig mit Hydraulikmedium versorgt werden soll.

Die Querbohrung 10 bildet den zweiten Ausgang der Ventilanord­ nung und ist mit einem weiteren Verbraucher verbunden, dem jeweils nur zeitweise Hydraulikmedium, dann aber in größeren Mengen, zugeführt werden muß.

Zunächst möge die Pumpe in ihrer Betriebsweise für geringe Fördermenge arbeiten. Dabei kann sich im Innenraum 14 der Längsbohrung 2 nur ein vergleichsweise geringer Druck aufbauen, weil immer hinreichend viel Hydraulikmedium über die Zentralbohrung 7′ im Bodenteil 7 zum ersten Verbraucher abströmt. Aufgrund des geringen hydraulischen Druckes im Innenraum 14 wird der Steuerkolben 12 von der Schraubendruckfeder 13 in seiner (nicht dargestellten) linken Endlage gehalten, bei der der erste Abschnitt 12′ des Steuerkolbens 12 die Drosselblende 11 der Querbohrung 10 überdeckt, so daß dieselbe vom Innenraum 14 der Längsbohrung 2 abgetrennt bleibt.

Im übrigen pflanzt sich der hydraulische Druck, welcher innerhalb des Rohrstückes 5 vorliegt, über die Drosselleitung 15 im Steuerkolben 12 auch in den Raum zwischen Steuerkolben 12 und Verschlußteil 3 fort, so daß die Schraubendruckfeder 13 zusätzlich von hydraulischen Kräften unterstützt wird, die den Steuerkolben 12 nach links zu schieben suchen.

Wird nun die Pumpe auf die Betriebsweise für große Förder­ mengen geschaltet, so steigt die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Innenraum 14 der Längsbohrung 2 und dem Druck im Rohrstück 5 stark an, weil die Verbindung zwischen dem Innenraum 14 und dem Rohrstück 5 ausgeprägte Drosselwirkung hat. Dementsprechend erhöht sich der Druck im Innenraum 14, mit der Folge, daß der Steuerkolben 12 in die dargestellte rechte Endlage verschoben wird, in der der Innenraum 14 der Längsbohrung 2 über die Drosselblende 11 mit der Querbohrung 10 verbunden ist. Dementsprechend wird nun auch der zweite Verbraucher mit Hydraulikmedium versorgt.

Die Drosselwiderstände der Drosselblende 11 sowie der Verbin­ dung zwischen dem Innenraum 14 und dem Rohrstück 5 sind so bemessen, daß der sich beim Betrieb der Pumpe mit hohem Förder­ strom im Innenraum 14 einstellende Druck ausreicht, den Steuer­ kolben 12 in der dargestellten rechten Endlage zu halten.

Da der zwischen dem Innenraum 14 und dem Rohrstück 5 zum Durchtritt von Hydraulikmedium zur Verfügung stehende Drossel­ querschnitt in dieser rechten Endlage des Steuerkolbens 12 geringer ist als in der anderen Endlage, ist gleichzeitig gewährleistet, daß dem ersten Verbraucher trotz des nunmehr erhöhten Druckes im Innenraum 14 etwa gleich viel Hydraulik­ medium zugeführt wird, wie bei auf geringe Fördermenge eingestellter Pumpe.

Sobald die Pumpe wiederum von ihrem Betrieb für hohe Förder­ menge auf den Betrieb für geringe Fördermenge zurückgeschaltet wird, sinkt der Druck im Innenraum 14 ab, mit der Folge, daß der Steuerkolben 12 wiederum in seine linke Endlage geschoben wird und nur noch der erste Verbraucher Hydraulikmedium erhält.

Die letztgenannte Verschiebung des Steuerkolbens 12 kann gegebenenfalls noch dadurch beschleunigt werden, daß das Absperrventil 17 bei Zurückschaltung der Pumpe kurzzeitig geöffnet wird, um den relativ hohen Druck in der Querbohrung 10 auch auf die dem Verschlußteil 3 zugewandte Stirnseite des Steuerkolbens 12 einwirken zu lassen.

Dies ist insbesondere dann zweckmäßig und vorteilhaft, wenn an die Querbohrung 10 ein größerer Speicher angeschlossen ist, der von Zeit zu Zeit nachgeladen werden soll. Sobald dieser Speicher seine maximale Ladekapazität für Hydraulik­ medium erreicht hat, steigt der hydraulische Druck in der Bohrung 10 weiter mit hoher Förderleistung der Pumpe relativ stark an. Durch kurzzeitiges Öffnen des Sperrventiles 12 kann dann dieser relativ hohe Druck zur schnellen Verschie­ bung des Steuerkolbens 12 ausgenutzt werden, wobei gleichzeitig eine schnelle Absperrung der Querbohrung 10 gegenüber der Längsbohrung 2 erfolgt und eine unerwünschte Entladung des Speichers vermieden wird.

Durch die Drosselleitung 15 im Steuerkolben 12 ist gewähr­ leistet, daß der Raum zwischen Steuerkolben 12 und Verschluß­ teil 3 vom Druck entlastet werden kann bzw. das Hydraulik­ medium aus diesem Raum bei Verschiebung des Steuerkolbens 12 zum Rohrstück 5 hin verdrängt werden kann.

Abweichend von der dargestellten Ausführung kann der Kragen 12′′′′ des Steuerkolbens 12 in dessen rechter Endlage auch dichtend mit dem Bodenteil 7 zusammenwirken. In diesem Falle wird dann in der rechten Endlage des Steuerkolbens 12 die Verbindung zwischen dem Rohrstück 5 und dem Raum 14 durch eine Drosselbohrung gewährleistet, die am Abschnitt 12′′′ des Steuerkolbens 12 quer zur Kolbenachse angeordnet ist und in die Axialbohrung 15 mündet.

Claims (7)

1. Ventilanordnung zur Steuerung der Zufuhr von Fluid, insbesondere Hydraulikmedium, zu zwei Verbrauchern, von denen einer ständig zugeschaltet und einer wahlweise zuschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Steuerkolben (12) vom Druck einer an den Eingang (9) der Ventilanordnung anschließenden Eingangskammer (14) gegen eine Rückstellkraft (Feder 13), die den Steuerkolben (12) in seine eine Endlage drängt, in Richtung seiner anderen Endlage beaufschlagt wird,
daß in der einen Endlage eine gedrosselte Verbindung zwischen Eingangskammer (14) sowie einem Ausgang (5) frei bleibt und der andere Ausgang (10) durch den Steuerkolben (12) gegenüber der Eingangskammer (14) abgesperrt ist, und
daß in der anderen Endlage die Verbindung zwischen Eingangskammer (14) und dem einen Ausgang (5) verstärkt gedrosselt und der andere Ausgang (10) über eine Drossel (11) an die Eingangskammer (14) angeschlossen ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (12) einen ersten Abschnitt (12′) mit großem Durchmesser und einen zweiten Abschnitt (12′′′) mit kleinerem Durchmesser besitzt,
daß der Steuerkolben (12) mit seinem ersten Abschnitt (12′) in einem entsprechenden Zylinder (2) und mit dem zweiten Abschnitt (12′′′) in einer Bohrung (7′) in einem Bodenteil (7) des Zylinders (2) geführt ist,
daß ein zwischen der Innenwandung des Zylinders (2) und dem Außenumfang des zweiten Abschnittes (12′′′) axial zwischen dem Bodenteil (7) und dem ersten Abschnitt (12′) verbleibender Ringraum (14) als Eingangskammer in allen Stellungen des Steuerkolbens (12) mit dem seitlich in den Zylinder (2) einmündenden Eingang (9) verbunden und durch das Bodenteil (7) von einem an den einen Ausgang (5) getrennt ist,
daß der erste Abschnitt (12′) in der einen Endlage eine Drosselöffnung (11) zum zweiten Ausgang (10) überdeckt bzw. abschließt sowie in der anderen Endlage freigibt, und daß bei Verschiebung des zweiten Abschnittes (12′′′) unterschied­ lich gedrosselte Verbindungswege zwischen der Eingangskammer (14) und dem einen Ausgang (5) freigegeben werden.

3. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umfang des zweiten Abschnittes (12′′′) und dem Innenumfang der Bohrung (7′) im Bodenteil (7) ein gedrosselter Durchlaß verbleibt.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Abschnitt (12′′′) beidseitig des Bodenteiles (7) Ringstufen angeordnet sind, welche die beiden Endlagen des Steuerkolbens (12) begrenzen, wobei an den Ringstufen bzw. den zugewandten Seiten des Bodenteiles (7) Ausnehmungen angeordnet sind, die mit dem gedrosselten Durchlaß verbunden sind.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Stellung des zweiten Abschnittes (12′′′) relativ zum Bodenteil (7) unterschiedliche, den zweiten Abschnitt (12′′′) durchsetzende Drosselkanäle zwischen Eingangskammer (14) und dem einen Ausgang (5) freigegeben sind.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Steuerkolben (12) axial durchsetzender Drosselkanal (15) vorhanden ist.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Ausgang (10) über ein Absperrventil (17) mit einer Zylinderkammer verbunden ist, deren eines Ende durch den Steuerkolben (12) bzw. dessen ersten Abschnitt (12′) abgeschlossen ist.