DE4112065C2 - Vorgesteuertes Druckabschaltventil mit einstellbarer Schaltdruckdifferenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Druckschalt­ ventil, welches insbesondere auch als Speicherladeventil ver­ wendet werden kann.

Druckabschaltventile sind bereits in zahlreichen Varianten bekannt: Beispielsweise zeigt die Mannesmann Rexroth Druckschrift RD 20 411/0590 ein solches Ventil. Bei diesem bekannten Druckabschaltventil ist eine stufenlose Einstellung der Schaltdruckdifferenz zwischen dem oberen Schaltdruck und dem unteren Schaltdruck nicht möglich. Vielmehr werden der obere Schaltdruck und der kleinste untere Schaltdruck durch die geometrischen Verhältnisse (die konstruktiven Abmessungen) der Vorsteuerung bestimmt.

Aus der DE 36 08 100 C2 ist ein Abschaltventil bekannt, welches zwei Vorsteuerventile verwendet, um eine weitere Ver­ ringerung der Leckage zu erreichen, wobei die Schaltdrücke sowohl weit auseinander als auch möglichst eng aneinander liegen können. Gleichzeitig wird das allgemeine Schaltver­ halten verbessert. Das bekannte Abschaltventil soll ferner einfach und billig sein, und sich im Rahmen bisheriger Einbaumaße verwirklichen lassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Druckschaltventil vor­ zusehen, welches vorzugsweise in Plattenbauweise vorgesehen werden kann und in weiten Bereichen eine stufenlose Ein­ stellung der Schaltdruckdifferenz vorsieht, wobei sich günstige Schalteigenschaften ergeben.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Druckabschaltventil nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung sind also bei einem vorgesteuerten Druckabschaltventil neben dem Hauptventil (Hauptstufe) zwei Ventile, ein Vorsteuerventil und ein Druckventil, vorgesehen, wobei der obere Schaltdruck und der kleinste untere Schaltdruck durch die geometrischen Verhältnisse des Vorsteuerventils bestimmt werden und wobei der untere Schaltdruck mit Hilfe des Druckventils erhöht werden kann, um so die Schaltdruckdifferenz verkleinern zu können.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels der Erfindung anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des vorgesteuerten Druckabschaltventils in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 2 das Druckabschaltventil der Fig. 1 in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 3 das Druckabschaltventil der Fig. 1 in einer dritten Betriebsstellung und

Fig. 4 eine Realisierung des Druckab­ schaltventils gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ein die Arbeitsweise des Ventils darstellendes Diagramm.

Fig. 1 zeigt ein vorgesteuertes Druckab­ schaltventil 100, welches ein Hauptventil 101, ein Vorsteuerventil 102 (oder I) und ein Drucksteuerventil (Druckventil) 103 (oder II) aufweist.

Das Hauptventil 101 weist ein Gehäuse 123 auf, in dem eine Bohrung 104 ausgebildet ist, in der ein Hauptkolben 7 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Hauptkolben 7 steht unter der Wirkung einer Feder 15, die ihn in die in Fig. 1 gezeigte Schließposition vorspannt. Nicht gezeigte Anschlag­ mittel halten den Hauptkolben in der in Fig. 1 gezeigten Schließ­ position. Ein unterer Kolbenraum 137 ist über radial nach außen verlaufende Bohrungen 105 und 106 mit einer Ringnut 108 zu verbinden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Ferner steht der untere Kolbenraum 137 über eine als Drossel wirkende Bohrung 5 mit einem, die Feder 15 aufnehmenden oberen Kolbenraum (Steuerraum) 20 in Verbindung. Der obere Kolbenraum 20 steht ferner über eine Düse 6 sowie Leitungen 115 und 117 mit dem Vorsteuerventil 102 in noch näher zu beschreibender Weise in Verbindung.

Die Ringnut 108 steht über eine Leitung 109 mit Tank T in Verbindung. Schließlich steht der untere Kolbenraum 137 noch über eine Leitung 111 und ein Rückschlagventil 1 mit einem Verbraucheranschluß A und einem Speicher SP in Verbindung. Die Leitung 111 ist ferner über eine Leitung 112 und ein Rück­ schlagventil 2 sowie eine Leitung 113 mit einer Leitung 12 verbunden, die ihrerseits mit Ventil- oder Steuerräumen 21 bzw. 31 der Ventile 102, 103 in Verbindung steht. Der Verbind­ ungspunkt der Leitungen 12 und 113 steht über eine Drossel oder ein Schließglied 14 (Fig. 3) und eine Leitung 114 mit dem Verbraucheranschluß A bzw. Speicher SP in Verbindung. Die Leitung 12 wird auch als eine mit dem Verbraucher A in Verbindung stehende Steuerleitung bezeichnet.

Das Vorsteuerventil 102 weist ein Gehäuse 131 auf, in dem zwei Bohrungen 132, 133 ausgebildet sind und zwar unter Bildung eines Sitzes 134. In der einen einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrung 132 ist ein Vorsteuer- oder Haltekolben 4 zusammen mit einer integral ausgebildeten Stange 135 hin- und herbewegbar angeordnet. Das Ende der Stange 135 liegt an einem als Kugel ausgebildeten Schließkörper oder Schließelement (Kugel) 8 an. Die Kugel 8 steht unter der Vorspannung einer Feder 9, die in einem Federraum 10 angeordnet ist. Ein Einstellelement 136 dient zur Einstellung des Druckes der Feder 9 und somit zur Einstellung des oberen Schaltdruckes. Der Federraum 10 ist mit Tank T verbunden.

In einem von der Kolbenstange 135 durchlaufenen Kolbenstangen­ raum 140 endet die Leitung 117. Die linke Seite des Kolbens 4 ist von dem in Leitung 12 vorhandenen Druckmittel beaufschlagt.

Es ist ferner das Druckventil 103 in der gezeigten Weise vorgesehen. Das Druckventil 103 weist ein Gehäuse 141 auf, in dem Bohrungsabschnitte 144, 142 und 143 ausgebildet sind. Am Übergang vom Bohrungsabschnitt 144 zum Bohrungsabschnitt 142 wird eine Sitzkante 145 gebildet, die mit einem Kegel 146 zusammenarbeitet, der von einer Stange 148 eines Führungs­ kolbens 3 getragen wird. Am Umfang des Führungskolbens 3 sind mehrere, vorzugsweise zwei sich über die Länge des Kolbens 3 erstreckende drosselnde Nuten 26 ausgebildet, die den links vom Kolben 3 gelegenen Kolbenraum 31 mit einem von Bohrungsab­ schnitt 143 gebildeten mit dem Tank in Verbindung stehenden Federraum 13 verbinden können. Im Federraum 13 befindet sich eine Feder 11, welche ein Kugelelement 150 gegen den Kolben 3 vorspannt, so daß dieser mit einem Schließglied oder Anschlagkörper 27, wie schematisch dargestellt, an einem Anschlag 147 anliegt. Die durch die Feder 11 ausgeübte Kraft kann durch ein Einstell­ element 151 verändert werden. Durch das Einstellelement 151 kann somit der untere Schaltdruck gegenüber dem durch die geometrischen Verhältnisse des Vorsteuerventils I definierten unteren Schaltdruck erhöht werden, wodurch sich die Schalt­ druckdifferenz einstellen läßt.

Zur Funktion des vorgesteuerten Druckab­ schaltventils 100 ist folgendes zu sagen:

Fig. 1 zeigt das Druckabschaltventil 100 unmittelbar nach dem Einschalten der Pumpe in einem Betriebszustand, bei dem das Vorsteuerventil I geschlossen ist und damit auch die Verbindung der Pumpe P mit dem Tank T unterbrochen ist. Dadurch fördert die Pumpe P über die Leitung 111 und Rückschlagventil 1 in den Verbraucher A und Speicher SP. Gleichzeitig steht der sich aufbauende Druck über Rückschlagventil 2 und Leitung 12 sowohl an dem Haltekolben 4 des Vorsteuerventils I als auch an dem Schließglied 27 mit Kolben 3 des Druck- oder Hilfsventils II an. Gleichzeitig steht der Druck über die Dämpfungsdüse 5 auf der federbe­ lasteten Seite des Hauptkolbens 7 und an dem als Kugel ausgebildeten Schließkörper 8 sowie an der Stangenseite des Haltekolbens 4 im Vorsteuerventil I an. Ein geringer Teil der Steuerflüssigkeit, vorzugsweise Öl, strömt, wenn das Druck­ ventil II offen ist, über die Drosselnuten 26 des Führungskolbens 3 sowie Federraum 13 zum Tank T ab.

Mit steigendem Druck in den Leitungen 110, 111, 112 und 12 schließt schließlich das Ventil II beim Erreichen des an dem Einstellelement 151 eingestellten unteren Schaltdrucks und nimmt dann die in Fig. 2 gezeigte Schließstellung ein, wo der Kegel 146 des Schließglieds 27 am Sitz 145 an­ liegt. Es sei hier bemerkt, daß der in einer Gehäusebohrung 24 geführte Betätigungskolben 3 an der Sitzseite 23a (Fig. 3) des Schließgliedes 27 befestigt ist und dessen außenliegende Seite 3a von der Federkraft 11 beaufschlagt ist. Das Haupt­ ventil 101 ist im Betriebszustand gemäß Fig. 2 noch immer ge­ schlossen und Verbraucher 1 sowie Speicher SP werden weiterhin mit Druckmittel versorgt.

Sobald der am Vorsteuerventil I durch das Einstellelement 136 eingestellte Abschaltdruck im Hydrosystem, d. h. am Ver­ braucher A, erreicht ist, hebt der Schließkörper 8 entgegen der Kraft der Feder 9 vom Sitz 134 ab.

Das Druckmedium, vorzugsweise eine Druckflüssigkeit, fließt über die Dämpfungsdüse 6 und den Federraum 10 in den Tank T. Bedingt durch die als Drossel wirkende, Steuerraum 20 mit der Pumpenseite 7a (Fig. 3), verbindende Bohrung 5 im Haupt­ kolben 7 entsteht am Hauptkolben 7 ein Druckgefälle. Die Folge davon ist, daß sich der Hauptkolben 7 von seiner Schließstellung, wie in Fig. 2 gezeigt, in seine die Verbindung von P nach T herstellende Offenstellung gemäß Fig. 3 verschiebt.

Die Rückschlagventile 1 und 2 schließen jetzt und die Kugel 8 wird jetzt über den Vorsteuerkolben 4 vom Verbraucherdruck offengehalten.

Es sei nunmehr der Umschaltvorgang des Pumpenvolumenstroms vom P nach T in P nach A beschrieben: Da die Fläche des Vorsteuer­ kolbens 4 größer ist als die druckbeaufschlagte Fläche der Kugel 8 (beispielsweise um 50%) ist auch die wirksame Kraft am Haltekolben 4 entsprechend höher als die wirksame Kraft an der Kugel 8.

Ohne das Ventil 103 würde der Verbraucherdruck so weit fallen, bis der durch die Flächendifferenz festgelegte kleinste untere Schaltdruck erreicht ist und die Feder 9 die Kugel 8 auf den Sitz 134 drückt.

Durch Vorspannen der Feder 11 öffnet das Druckventil II jedoch, bevor der kleinste untere Schaltdruck erreicht ist (Fig. 4). Infolgedessen strömt die Steuerflüssigkeit aus der Leitung 12 über die Drosselnuten 26 und den Federraum 13 in den Tank T. Da­ durch sinkt der Druck in der Leitung 12, denn es entsteht ein Druckgefälle an der Düse 14 bzw. Rückschlagventil 14a. Das Druckgefälle wächst, bis der kleinste untere Schaltdruck er­ reicht ist (siehe oben). Die Feder 9 drückt die Kugel 8 auf den Sitz 134.

Dadurch baut sich auf der federbelasteten Seite des Haupt­ kolbens 7 ein Druck auf. Dieser schließt in Verbindung mit Feder 15 den Hauptkolben 7 und unterbricht somit die Verbin­ dung von P nach T. Die Pumpe P fördert wieder in das Hydrosystem (P nach A) (Fig. 1).

Es sei noch bemerkt, daß der wirksame Querschnitt der Drossel­ stelle 14 kleiner ist als der Querschnitt der Drosselnut 26 im Führungs- oder Betätigungskolben 3.

Es gilt also folgendes: Die Öffnungs- und Schließbewegung des Hauptkolbens 7 wird ausschließlich durch das Vorsteuerventil I festgelegt. Bei geöffnetem Vorsteuerventil I wird der Steuerraum 20 des Hauptventils 7 mit dem Tank T verbunden, so daß der Haupt­ kolben 7 die Pumpe P mit dem Tank T verbindet. Bei geschlos­ senem Vorsteuerventil I baut sich über die Drosselstelle 5 im Steuerraum 20 der gleiche Druck auf wie auf der Pumpenseite, so daß die den Hauptkolben 7 beaufschlagende Feder 15 diesen in Schließrichtung bewegt und damit die Verbindung zwischen Pumpe P und Tank T unterbricht. In diesem Schaltzustand des Hauptventils 7 fördert die Pumpe P über das Rückschlagventil 1 unmittelbar in den Verbraucher A. Der Pumpendruck liegt gleichzeitig an den beiden Stirnseiten des Haltekolbens 4 an, so daß dieser druckausgeglichen ist. Die eine Druckverbindung besteht über die Drosselstelle 5, die weitere Steuerleitung 115, die Dämpfungsdüse 6 und Steuerraum 140. Die andere Verbindung besteht durch die andere Steuerleitung 22 (also 111, 112, 113) mit Rückschlagventil 2 und Leitungsabschnitt 12 mit anschließendem Steuerraum 21. An die Steuerleitung 12 ist das Druckventil II ange­ schlossen, das die (mit dem Verbraucher A in Verbindung stehende) Steuerleitung 12 und damit auch den Steuerraum 21 über die Drosselnuten 26 im geöffneten Zustand mit dem Tank T verbindet.

Das Druckventil II leitet also lediglich die Schließbewegung des Vorsteuerventils I ein. Auf die Öffnungsbewegung des Vor­ steuerventils I hat das Druckventil II keinen Einfluß und da­ mit auch nicht unmittelbar auf die Schaltstellung des Haupt­ ventils 101. Solange die Pumpe P über das Rückschlagventil 1 zum Verbraucher A fördert, also bei geschlossener Stellung des Hauptventils 101, pflanzt sich der Pumpendruck über die Leitung 22 und Rückschlagventil 2 auch auf die Steuerleitung 12 und damit den Steuerraum 21 bzw. einen Ventilraum 25 zwischen Schließglied 27 und dessen Betätigungskolben 3 fort. Hierbei strömt über die Drosselnut 26 im Betätigungskolben 3 eine ge­ ringe Steuerflüssigkeitsmenge zum Tank T ab. Sobald der Pumpendruck so weit angestiegen ist, daß die eingestellte Kraft der Feder 11 des Druckventils II überwunden wird, verschiebt sich der Betätigungskolben 3 entgegen der Kraft der Feder 11 und verschiebt damit gleichzeitig das Schließglied 27 in seine Schließstellung, in der die Verbindung von der Steuer­ leitung 12 zum Tank T unterbrochen wird. Von dieser Schließ­ bewegung des Druckventils 2 wird weder die Funktion des Vor­ steuerventils I noch die des Hauptventils 101 in funktioneller Hinsicht betroffen. Steigt der Pumpendruck weiter an, und zwar bis zu einem Wert, der die Kraft der Feder 9 des Vorsteuer­ ventils I überwindet, öffnet der Schließkörper 8 des Vor­ steuerventils I und verbindet den Steuerraum 20 des Haupt­ ventils über die Dämpfungsdrossel 6 und Ventilraum 140 mit dem Tank T. Durch die weitgehend ungedrosselte Verbindung des Steuerraums 21 des Haltekolbens 4 mit der Pumpe P wirkt zum Zeitpunkt des Öffnens des Schließkörpers 8 im Steuerraum 21 noch der volle Pumpendruck, so daß bei Druckabnahme im Ventil­ raum 26 der Haltekolben 4 eine Verschiebung in Öffnungsrich­ tung des Schließkörpers 8 durchführt und im weiteren Verlauf diesen Schließkörper 8 in seiner Offenstellung hält, so daß sich im Steuerraum 20 ein entsprechend niedriger Druck ein­ stellt. Die Folge davon ist, daß sich durch den höheren Druck auf der Pumpenseite des Hauptkolbens 7 dieser in Offen­ stellung bewegt und damit eine Verbindung der Pumpe P mit dem Tank T herstellt. Die damit verbundene Druckabsenkung auf der Pumpenseite gegenüber dem Verbraucherdruck bewirkt ein Schließen der Rückschlagventile 1 und 2. Damit ist die Ver­ braucherseite wirkungsvoll von der Pumpe P getrennt. Der Ver­ braucherdruck wirkt über die Drossel (bzw. anstelle der Dros­ sel über ein Rückschlagventil 14) auch in der Steuerleitung 12 und damit in dem Steuerraum 21 sowie dem Ventilraum 31 des Druckventils II. Sobald nun der Verbraucherdruck so weit abge­ sunken ist, daß die Kraft der Feder 11 die Druckbelastung des Schließkörpers 23a überwindet, öffnet das Schließglied 27a und verbindet die Steuerleitung 12 über die Drosselnut 26 mit dem Tank T. Damit sinkt auch der Steuerdruck im Steuerraum 21 so weit ab, daß die Feder 9 den Schließkörper 8 des Vorsteuer­ ventils 1 schließen kann und damit die Verbindung des Steuer­ raumes 20 des Hauptventils 101 mit dem Tank unterbrochen wird. Nun kann sich über die Drosselstelle 5 des Hauptkolbens 7 in dessen Steuerraum 20 der gleiche Druck aufbauen, wie auf dessen Pumpenseite, so daß infolge dieses Druckausgleichs die den Hauptkolben 7 in Schließrichtung belastende Feder 15 diesen wieder in seine Schließstellung bewegt, in der die Ver­ bindung von Pumpe P zum Tank T unterbrochen ist.

Nunmehr beginnt die Wiederaufladung des Verbrauchers bzw. des Speichers. Daraus ist zu erkennen, daß das Druckventil II keine Vorsteuerfunktion im Sinne des Vorsteuerventils I auf­ weist, sondern tatsächlich lediglich eine Beeinflussung der Schließbewegung des Vorsteuerventils I bewirkt.

Die Fig. 4 und 5 sind im Hinblick auf obige Beschreibung aus sich heraus für den Fachmann verständlich.

Claims (13)

1. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) mit einem Haupt­ ventil (101) und einem die Schaltdruckdifferenz durch seine konstruktiven Abmessungen festlegenden Vorsteuerventil (I), dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Druckventil (II) vorgesehen ist, mit dem der Steu­ erdruck in der mit dem Verbraucher (A) in Verbindung stehenden Steuerleitung (12) definiert absenkbar ist.

2. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (I) einen in Richtung der Schließstellung federbelasteten Schließkörper (8) aufweist, der von einem vom Steuerdruck in der Steuerleitung (12) beauf­ schlagten Haltekolben (4) in der Offenstellung gehalten wird, so daß der Steuerraum (20) des Hauptventils (101) zum Tank (T) verbunden ist, und daß der Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) mit dem Druckventil (II) in Verbindung steht.

3. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (12) ein Dros­ sel- bzw. Schließglied (14) angeordnet ist.

4. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zwischen Steu­ erraum (21) des Haltekolbens (4) und dem Drossel- bzw. Schließ­ glied (14) eine Verbindung (22) zur Pumpe (P) besteht und daß in dieser Verbindung ein in Richtung Pumpe (P) schließendes Rück­ schlagventil (2) angeordnet ist.

5. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen Pumpe (P) und Verbraucher (A) ein in Richtung der Pumpe schließendes Rückschlagventil (1) vorgesehen ist.

6. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (146) des den Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) steuernden Druckventils (II) einen Betätigungskolben (3) aufweist, der in Schließrich­ tung des Schließgliedes (146) vom Steuerdruck des Haltekolbens (4) beaufschlagt wird und in Gegenrichtung von einer festlegba­ ren Kraft.

7. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die festlegbare Kraft eine einstell­ bare Druckfeder (11) ist.

8. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (146) des Druckventils (II) als Sitzkörper ausgebildet ist und dessen Betätigungskolben (3) an der Sitzseite (23a) des Schließgliedes (146) befestigt ist und dessen außenliegende Seite (3a) von der Druckfeder (11) beaufschlagt ist.

9. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (3) in einer Gehäusebohrung (24) geführt ist und eine den Federraum (13) mit einem zwischen Sitzkörper (146) und Betätigungskolben (3) lie­ genden Raum (25) verbindende Drosselnut (26) aufweist, wobei der Federraum (13) mit dem Tank in Verbindung steht.

10. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über eine Drosselstelle (5) mit der Pumpenseite (7a) in Verbindung stehende Steuerraum (20) des Hauptventils (101) über eine Drosselstelle (6) mit dem zwischen Haltekolben (4) und Schließkörper (8) des Vorsteuerventils (I) liegenden Ventilraum (26) verbunden ist.

11. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsbewegung des Schließ­ gliedes (146) des Druckventils (II) von einem Anschlagkörper (27) begrenzt ist.

12. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagkörper (27) Bestandteil des Schließgliedes (146) ist.

13. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (100), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Drosselstelle (14) kleiner ist als der Querschnitt der Drosselnut (26) im Betäti­ gungskolben (3).