DE4004931C2 - Vorgesteuertes Druckabschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Druckabschaltventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 30 34 467 A1 ist bereits ein vorgesteuertes Druckabschaltventil bekannt, welches aus einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil besteht. Dieses vorgesteuerte Druckabschaltventil wird in einer hydraulischen Vorrichtung zur Überwachung einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und einem Vorratsbehälter eingesetzt.

Zusätzlich sei zum Stand der Technik auf die Mannesmann Rexroth-Druckschrift RB 26 410 verwiesen, wobei auf diesen Stand der Technik bereits in der Beschreibungseinleitung der DE 30 34 467 A1 eingegangen ist. Nach der zuletzt genannten Offenlegungsschrift soll eine Vorrichtung geschaffen werden, welche ein sicheres Zu- und Abschalten eines Speichers ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Ventilglied des Vorsteuerventils als gestufter Kolben ausgebildet und es werden ferner zwei zusätzliche mittlere Steuerkolben vorgesehen, die mit Steuerkanten eines das Ventilglied aufnehmenden Ventilgehäuses zusammenwirken. Gemäß einer speziellen Ausbildung sind ein Rückschlagventil, das Umschaltventil, das Vorsteuerventil und eine Drosselstelle in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Was die Funktion eines Druckabschaltventils anlangt, so wird ein exaktes Einhalten des Abschaltpunktes und des Einschaltpunktes für den zu ladenden Speicher gewünscht. Ferner soll bei drucklosem Umlauf der Pumpe ein möglichst geringer Umlaufdruck insbesondere aus Gründen der Energieeinsparung auftreten.

Aus der DE 36 02 362 A1 ist eine Ventilanordnung zum Anschluß eines hydraulischen Druckspeichers an eine hydraulische Pumpe bzw. hydraulische Arbeitsmaschine bekannt. Bei einer Ventilanordnung, die eine Hydraulikeinheit mit einem Druckspeicher verbindet, ist das Absperrventil als ein leckagefreies, druckgesteuertes Ventil ausgebildet, dessen Steuerdruck durch ein Wechselventil jedem seiner beiden Anschlüsse entnommen wird, in dem der jeweils höhere (Druck) vorliegt. Die Druckbeaufschlagung des so ausgebildeten Absperrventils wird über ein leckagefreies, fernsteuerbares Ventil hergestellt bzw. entlastet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Druckabschaltventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart auszubilden, daß bei kompakter Bauweise ein genaues Einhalten des Abschaltdruckpunktes sowie ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs vor.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Düse das beim schlagfreien Abschalten vom Hauptkolben des Hauptventils verdrängte, zum Tank geführte Hubvolumen an Druckmedium drosselt. Ein langsames Öffnen des Hauptkolbens wird so erreicht, wenn diese Düse optimal bezüglich des Abschaltschlages ausgelegt ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein vorgesteuertes Druckabschaltventil, speziell zur Überwachung einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle (Pumpe) und einem Speicher, derart eingesetzt werden kann, daß beim Schalten auf drucklosen Umlauf (Abschaltpunkt) möglichst niedrige Tankdruckspitzen und ein schlagfreies Abschalten erhalten wird, wobei aber der Pumpenumlaufdruck trotzdem relativ klein bleibt.

Bei der aus der DE 30 34 467 A1 bekannten Ventilkonstruktion wird das Hubvolumen des Hauptkolbens bei der Schaltung auf drucklosen Umlauf über die Stirnfläche des Vorsteuerkolbens über einen Kanal zum Tank abgeführt. Würde man - wie gemäß der Erfindung vorgesehen - zum Verzögern der Öffnungsgeschwindigkeit des Hauptkolbens (um ein weiches Abschalten zu erreichen) eine Düse installieren, so müßte diese in dem zum Tank führenden Kanal vorgesehen werden. Eine solche Düse würde aber gleichzeitig die Schaltgeschwindigkeit des Vorsteuerkolbens beeinflussen, was zu einem unterschiedlichen Abschaltdruck bei verschiedenen Pumpenvolumenströmen führt. Da gemäß der Erfindung der Tank nicht mit der Stirnfläche des Steuerkolbens verbunden ist, tritt dieser nachteilige Effekt bei der Erfindung nicht auf.

Ebenfalls ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß bei einem Ventil mit einem Kolben sowie einem an diesen anliegenden Federteller Querkräfte, und somit Reibkräfte, am Kolben vermieden werden, so daß insbesondere bei einem Druckabschaltventil der Abschaltdruck relativ exakt eingehalten werden kann. Querkräfte können beispielsweise durch schräge Federenden einer am Federteller anliegenden Feder hervorgerufen werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Vorteilhafterweise ist ein hydraulisches Polster zwischen dem Kolben und dem Federteller vorgesehen. Auf diese Weise werden Querkräfte, hervorgerufen durch schräge Federenden, durch das hydraulische Polster zwischen Kolben und Federteller und durch die Lage des Druckfeldes (Federteller schräg) weitgehend kompensiert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bildet der Ventilkolben gleichzeitig mit dem Federteller ein Druckventil.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Vorsteuerventil insbesondere für ein Druckabschaltventil vorgesehen, wobei das Vorsteuerventil aus einem einteiligen Stufenkolben als Schaltorgan besteht, wohingegen bei einem bekannten Druckabschalt-Vorsteuerventil ein zweiteiliges Schaltorgan, bestehend aus Vorsteuerkegel und Entlastungskolben, erforderlich ist.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der einzigen Figur, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils in der Form eines vorgesteuerten Druckabschaltventils schematisch dargestellt ist, und zwar das Vorsteuerventil im Längsschnitt.

Das vorgesteuerte Druckabschaltventil 30 ist zwischen eine Pumpe 31 und einem Speicher 34 geschaltet, um beim Laden des Speichers 34 ein exaktes Einhalten des Abschalt- und Einschaltpunktes zu erreichen. Wenn der Speicher 34 aufgeladen und der Abschaltpunkt erreicht ist, wird die Pumpe 31 auf drucklosen Umlauf zum Tank 36 geschaltet, oder aber die Pumpe kann, ähnlich wie in Fig. 1 der DE 30 34 467 A1 gezeigt, über ein Ventil irgendeinen Verbraucher beliefern. Andererseits steht der Speicher 34 über eine Leitung 37 mit einem zum Tank 36 führenden Druckbegrenzungsventil 27 sowie über ein Wegeventil 28 mit einer Leitung 29 in Verbindung, die zu einem mit Druck zu beliefernden System führt.

Im einzelnen geht von der Pumpe 31 eine Leitung 32 aus, die sich an einem Verzweigungspunkt 41 verzweigt, und zwar in eine Leitung 39, die über einen Verzweigungspunkt 42 zu einem Rückschlagventil 40 führt, welches seinerseits mit einer Leitung 33 verbunden ist, die zum einen mit dem Speicher 34 in Verbindung steht und zum anderen sich in der Leitung 37 fortsetzt.

Die andere mit 38 bezeichnete, vom Verzweigungspunkt 41 ausgehende Leitung führt zum Anschluß A eines vorzugsweise als Hauptkolbeneinsatz ausgebildeten Hauptventils 48. Ein Anschluß B des Hauptventils 48 steht über eine Leitung 35 mit dem Tank 36 in Verbindung. Alternativ kann die Leitung 35 auch, ähnlich wie in Fig. 1 der DE 30 34 467 A1 gezeigt, über ein Ventil mit einem anderen Verbraucher in Verbindung stehen.

Das Hauptventil 48 besitzt einen Hauptventilkolben 49, der durch eine in einen Federraum 58 angeordnete Feder 50 in seine Schließstellung vorgespannt ist.

Im folgenden sei nun das Vorsteuerventil 47 erläutert, welches ein Ventilgehäuse 52 mit einer darinnen ausgebildeten entlang einer Längsachse verlaufenden Längsbohrung 53 aufweist. Die Längsbohrung 53 bildet mehrere unterschiedliche Durchmesser aufweisende Längsbohrungsteile 54 (mit dem Durchmesser D), 55 (mit dem Durchmesser d) und 56 (mit einem größeren Durchmesser als D). Dabei entsteht eine Stufe 68. An ihrem einen Ende ist die Längsbohrung 53 durch einen Teil des Gehäuses 52 fest verschlossen, während entgegengesetzt dazu ein Einstellstopfen 57 eingeschraubt ist, der zur Einstellung der Vorspannkraft einer Feder 70 dient.

In der Längsbohrung 53 sitzt hin und her beweglich ein als Stufenkolben ausgebildeter Steuerkolben 60, der mehrere unterschiedliche Durchmesser aufweisende Kolbenabschnitte besitzt. Ein Kolbenabschnitt 61 besitzt den kleinsten Durchmesser, während der daran anschließende Kolbenabschnitt 62 den größten Durchmesser D besitzt. Der daran anschließende Kolbenabschnitt 63 besitzt einen Durchmesser mit einer Größe, die unter dem Durchmesser d des nächstfolgenden Kolbenabschnitts 64 liegt. Dabei wird eine Steuerkante 78 gebildet.

Im Bereich des Kolbenabschnitts 63 ist eine (oder auch mehrere) Querbohrung 67 ausgebildet, die mit dem Raum in Verbindung steht, der zwischen dem Außenumfang des Kolbenabschnitts 63 und dem Innenumfang des Gehäuses gebildet wird. Die Querbohrung 67 steht über eine Längsbohrung 66 mit einer zu einem Federteller 71 hinweisenden Stirnseite in Verbindung.

Der Federteller 71 wird durch die bereits erwähnte Feder 70 gegen die Stirnseite des Steuerkolbens 60 gedrückt, so daß dieser bei nicht angeschlossenem Druckmittel mit seinem Kolbenabschnitt 61 am Gehäuse anliegt. Der Federteller 71 bildet eine praktisch kegelförmige Schrägfläche 72, mit der er an der bei 65 abgerundeten Stirnseite des Steuerkolbens 60 anliegt. Zwischen der Kolbenstirnseite und der von der Feder weg weisenden kegelförmigen Schrägfläche 72 wird ein Druckmittelraum 74 definiert, in dem ein hydraulisches Polster zwischen dem Steuerkolben 60 und dem Federteller 71 erzeugt werden kann. Der Durchmesser der Anlagefläche des Federtellers 71 am Steuerkolben 60 ist mit d_F bezeichnet. Es ist klar, daß durch Herein- oder Herausdrehen des Einstellstopfens 57 die Kraft eingestellt werden kann, mit der die Feder 70 gegen den Steuerkolben 60 drückt. Auf diese Weise kann der Schaltpunkt verstellt werden.

Der um den Kolbenabschnitt 61 herum gebildete Raum sei als Steuerraum 83 bezeichnet, der um die Feder herum angeordnete Raum sei als Feder- oder Tankraum 84 bezeichnet und der um den Kolbenabschnitt 63 herum angeordnete Raum sei als Schaltraum 85 bezeichnet.

Im Ventilgehäuse 52 sind Anschlüsse B, P, A, T sowie 73 ausgebildet.

Mit dem Anschluß B ist über die Steuerleitung 45 und die Leitung 33 der Speicher 34 verbunden. Mit dem Anschluß P ist der Verbindungspunkt 42 und damit die Pumpe 31 über Leitung 43 sowie Düse 77 verbunden. Der Anschluß A steht über eine Steuerleitung 51 mit dem Federraum 58 des Hauptventils 48 in Verbindung. Der Tankanschluß T steht über eine Düse 80 und eine Leitung 81 mit dem Tank 36 in Verbindung. Der vom Federraum 84 kommende Anschluß 73 steht schließlich über eine Leitung 82 mit dem Tank 36 in Verbindung.

In der Figur ist der Einschaltzustand des vorgesteuerten Druckabschaltventils 30 dargestellt. In diesem Zustand liefert die Pumpe 31 Druckmedium, vorzugsweise Öl, an den Speicher 34 und lädt diesen auf. Der im Speicher 34 sich aufbauende Druck wirkt über Leitung 45 im Steuerraum 83. Gleichzeitig steht die Pumpe über Düse 77 sowie Schaltraum 85 und über Anschluß A und Leitung 51 mit dem Federraum 58 in Verbindung, so daß das Hauptventil 48 geschlossen ist und die Pumpe 31 nicht mit Tank 36 verbindet.

Der Abschaltdruck wird durch den Kolbendurchmesser d und die eingestellte Kraft der Feder 70 bestimmt. Bei Erreichen des Abschaltdruckes wird der als Stufenkolben ausgebildete Steuerkolben 60 nach rechts entgegen der Kraft der Feder 70 verschoben. Dabei wird der Federraum 58 des Hauptventils 48 von der zuvor vorhandenen pumpenseitigen Verbindung (P-A) gesperrt und statt dessen über den Schaltraum 85 und den Tankanschluß T, sowie über die Düse 80 mit dem Tank 36 verbunden. Gleichzeitig wird auch die Ringfläche D-d des Steuerkolbens 60 zum Tank entlastet und damit die Fläche D des Steuerkolbens 60 wirksam und infolgedessen das Durchschalten des Steuerkolbens 60 gewährleistet.

Das vom Hauptkolben 49 verdrängte Volumen wird über die Düse 80 gedrosselt und somit die Öffnungsgeschwindigkeit des Hauptkolbens verzögert, um so einen weichen Abschaltvorgang zu erhalten.

Durch die angeordnete Düse 80 wird der Umlaufdruck der Pumpe 31 nicht erhöht, da der Steuerölzulauf vom Anschluß oder der Seite A des Hauptventils 48 zum Federraum 58 des Hauptkolbens unterbrochen ist.

Es ist möglich, Öffnungszeit und Schließzeit des Hauptkolbens 49 unabhängig voneinander entsprechend den Einstellungen der Düsen 77 und 80 zu bestimmen.

Sobald der drucklose Umlauf erreicht ist, wirkt die Kolbenfläche entsprechend dem Durchmesser D als Meßfläche. Entsprechend der größeren Fläche des Kolbendurchmessers D gegenüber dem Durchmesser d muß sich der Speicherdruck verringern, um den nächsten Ladevorgang des Speichers 34 einzuleiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet der Federteller 71 mit seinem Sitzdurchmesser d_F zusammen mit den Kanälen in Form von Längsbohrung 66 und Querbohrung 67 ein Druckbegrenzungsventil. Dies dient als zusätzliche Sicherheitsfunktion, um bei eventuell manuellem Blockieren des Steuerkolbens 60 den maximalen Pumpendruck zu begrenzen. Durch das sich im Druckmittelraum 74 zwischen Steuerkolben 60 und Federteller 71 bildende hydraulische Polster werden beispielsweise durch schräge Federenden hervorgerufene Querkräfte weitgehend kompensiert. Dadurch wird der Abschaltdruckpunkt relativ exakt eingehalten.

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand eines vorgesteuerten Druckabschaltventils beschrieben wurde, so sei doch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei anderen Ventilen eingesetzt werden können.

Claims (3)

1. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (30) mit einem ein Gehäuse (52) aufweisenden Vorsteuerventil (47) und einem Hauptventil (48), vorzugsweise zum Ein- und Abschalten eines Ladevorganges eines hydraulischen Speichers (34), dadurch gekennzeichnet,
daß das Hubvolumen des Hauptkolbens (49) des Hauptventils (48) bei dessen Schaltung auf drucklosen Umlauf vom Vorsteuerventil (47) über eine Düse (80) zum Tank (36) abgeführt wird,
daß zwischen Pumpenanschluß (P) des Vorsteuerventils (47) und der Pumpe (31) eine Düse (77) vorgesehen ist, so daß Öffnungs- und Schließzeit des Hauptkolbens (49) unabhängig voneinander entsprechend den Düsen (77) und (80) bestimmbar sind,
daß im Vorsteuerventilgehäuse (52) ein darin hin- und herbewegbarer durch eine Feder (70) beaufschlagter Steuerkolben (60) angeordnet ist,
daß die Feder (70) über einen Federteller (71) gegen einen mit einer Längsbohrung (66) versehenen Kolbenabschnitt (64) des Steuerkolbens (60) drückt,
daß zwischen der Stirnseite des Steuerkolbens (60) und dem Federteller (71) ein hydraulisches Kissen (74) zur Kompensation von Querkräften vorgesehen ist, und
daß der Steuerkolben (60) zusammen mit dem von der Feder (70) an den Kolbenabschnitt (64) mit der Längsbohrung (66) angedrückten Federteller (71) ein Druckbegrenzungsventil als zusätzliche Sicherheitsfunktion bildet.

2. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Federteller (71) hinweisende Stirnseite des Steuerkolbens (60) abgerundet ist, und daß der Federteller (71) zur Anlage am Steuerkolben (60) eine Schrägfläche (72) aufweist.

3. Vorgesteuertes Druckabschaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (60) zusammen mit dem Gehäuse (52) drei durch Kolbenabschnitte (62, 64) getrennte Räume (83, 85, 84) bildet, und daß mit den Räumen (83, 84, 85) verbundene oder verbindbare Anschlüsse (B, P, A, T und 73) quer zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens (60) verlaufend im Gehäuse (52) vorgesehen sind.