DE4416955A1 - Entlastungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schnellschaltendes Ventil zum Entlasten eines unter Druck stehenden Raumes oder dem schnellen Beaufschlagen eines Raumes mit Systemdruck. Bei fluidisch gesteuerten Maschinenbaugruppen tritt oft der Fall ein, daß in kürzester Zeit Verbindungsleitungen geschaltet werden müssen. Der Fall kann beispielsweise bei Überlastung von Baugruppen oder plötzlich erforderlichen Notbremsungen eintreten.

Für die Lösung dieser Aufgabe ist in DE 20 51 401 ein Ventil beschrieben, bei welchem im Ausgangszustand der Ventilkolben mit magnetischer Kraft gegen den Öffnungsdruck des Fluides zugehalten wird. Bei Überschreitung der magnetischen Zuhaltekraft durch den Öffnungsdruck löst sich der Ventilkolben von seinem Sitz. Infolge des raschen Nachlassens der magnetischen Kräfte beim Hub des Ventilkolbens steht schnell eine relativ große Beschleunigung für den Ventilkolben an, wodurch der Öffnungsvorgang verkürzt wird. Von Nachteil ist hier jedoch, daß von einer elektronischen Steuerung kein Befehl zur Ventilöffnung (beispielsweise nach Ansprechen eines Sensors) gegeben werden kann. Weiterhin sind die mit Dauermagneten erzielbaren Haltekräfte gering, so daß das Ventil bezüglich seiner Maximaldrücke eingeschränkt ist.

Aus DE 42 18 334 A1 ist ein Ventil bekannt, bei welchem die Hubbewegung des Ventilkolbens durch Beaufschlagung seiner Stirnseite mit Druck schlagartig ausgelöst wird. Mit Hilfe der oft hohen Drücke in der Hydraulik (beispielsweise über 200 Bar) lassen sich damit bereits relativ kleine Öffnungszeiten realisieren.

Im Bereich geringerer Drücke, beispielsweise 60 Bar bei Kupplungen, tritt jedoch das Problem auf, daß die Drücke um den Faktor 3 bis 8 geringer sind, als es für ein ausreichend schnelles Öffnen des Ventiles erforderlich wäre. Die Öffnungszeit des Ventilkolbens vergrößert sich damit sehr stark und das aufgezeigte Ventil ist für viele Anwendungen zu langsam.

Ausschlaggebend für die Öffnungszeit eines hydraulisch geschalteten Ventiles ist allgemein die von Beginn des Schaltsignals an herrschende Beschleunigung am Ventilkolben. Die wirksame Beschleunigung für den Ventilkolben ist hierbei proportional zum wirksamen Druck sowie der Masse pro Fläche, die sich oberhalb der druckbeaufschlagten Stirnfläche befindet. Die Öffnungszeit von Ventilen, die durch schnelle Gleichgewichtsänderung an der Stirnfläche geschaltet werden, ist weiterhin abhängig vom Verhältnis zwischen dem vom Vorsteuerventil zugeführten Ölstrom und der mit diesem Ölstrom beaufschlagten Fläche. Ursache ist die geringe Einströmgeschwindigkeit unter die Kolbenstirnseite vom seitlich liegenden Druckraum während der ersten Zeit der Kolbenöffnung.

Damit sinkt die Öffnungszeit eines derartigen Ventilkolbens bei zunehmender Kolbenlänge, verringertem Ölstrom des Vorsteuerventiles, zunehmender Kolbendichte und geringer werdendem Druck. Die Öffnungszeit steigt wiederum mit der Größe der vom Druck zu beaufschlagenden Stirnfläche des Ventilkolbens.

Es muß daher eine Lösung gefunden werden, die es ermöglicht, die zu beschleunigenden Massen auf ein Minimum zu reduzieren sowie gleichzeitig die vom Vorsteuerventil zu beaufschlagende Fläche zu verringern oder aber den vom Vorsteuerventil abgegebenen Volumenstrom zu vergrößern, beispielsweise mit mehrstufigen Vorsteuerventilen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Reduzierung der Kolbenmasse dadurch gelöst, daß das Führungselement 4 des Ventilkolbens 2 ein rohrförmiger Abschnitt mit eingebrachten Durchbrüchen 11, insbesondere Bohrungen, ist, die durch die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 2 freigegeben werden, wobei das Führungselement 4 sowohl fest im Gehäuse 1 sitzt und der Ventilkolben während seiner Öffnungsbewegung am Führungselement 4 entlang gleitet oder aber das Führungselement mit dem Ventilkolben fest verbunden ist.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 beschreibt eine erfindungsgemäße Ausführung des Ventiles, bei welchem gemäß Anspruch 3 das Führungselement 4 mit dem Ventilkolben 2 fest verbunden ist und beim Öffnen zur Führung des Ventilkolbens dient. Im Ausgangszustand sitzt der Ventilkolben auf dem Ventilsitz 13 und trennt damit den unter Druck stehenden Raum 6 von der Abflußöffnung 7, die mit dem Tank oder einen mit Druck zu beaufschlagenden Raum verbunden ist. Durch Schalten des Vorsteuerventiles 9 wird die an der Stirnseite des Ventilkolbens 2 gelegene Schaltfläche 8 mit Druck beaufschlagt und damit wird gleichzeitig das Kräftegleichgewicht am Ventilkolben 2 verändert. Das so veränderte Kräftegleichgewicht bewirkt ein Abheben des Ventilkolbens von seinem Sitz und initiiert über das nachfolgende Einfließen von Öl aus dem unter Druck stehenden Raum 6 unter die Kolbenstirnfläche die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens. Während der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens werden die Durchbrüche 11 freigegeben, so daß zwischen dem unter Druck stehenden Raum 6 und dem Abfluß 7 Fluid fließen kann. Infolge der erfindungsgemäßen kurzen und damit sehr leichten Ausbildung des Ventilkolbens 2 werden auch bei geringeren Drücken von beispielsweise 60 Bar noch ausreichend schnelle Öffnungszeiten erzielt. Bei Erreichen des Dämpfungsraumes 10 durch die obere Stirnseite des Ventilkolbens 2 wird der Ventilkolben abgebremst und erreicht seine obere Lage. Nach erfolgter Druckentlastung des unter Druck stehenden Raumes 6 schiebt die Feder 3 den Ventilkolben wieder auf seinen Sitz 13 und die Ausgangslage ist wieder hergestellt.

Fig. 2 beschreibt eine erfindungsgemäße Ausführung des Ventiles, bei welchem gemäß Anspruch 2 das Führungselement 4 mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist und der Ventilkolben 2 während seiner Öffnungsbewegung am Führungselement 4 entlang gleitet. Im Ausgangszustand sitzt der Ventilkolben auf dem Ventilsitz 13. Durch Schalten des Vorsteuerventiles 9 wird die an der Stirnseite des Ventilkolbens gelegene Schaltfläche 8 mit Druck beaufschlagt und bewirkt damit ein Abheben des Ventilkolbens. Während der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 2 werden die Durchbrüche 11 freigegeben. Mit der Möglichkeit einer Führung des Ventilkolbens an seiner inneren Zylinderwandung ist es möglich, den Ventilkolben 2 sehr kurz zu gestalten. Mit der so reduzierten Masse wird eine erhebliche Verbesserung des Öffnungsverhaltens des Ventiles erzielt. Bei der dargestellten Ausführungsform des Ventiles ist der Ventilkolben 2 zum Gehäuse 1 mittels einer Spaltdichtung 15 abgedichtet. Während der Öffnungsbewegung muß daher Öl aus dem Federraum 16 zu Tank hin über den Anschluß 14 ausgestoßen werden. Vorteilhaft ist dabei die mögliche Endlagendämpfung des Ventilkolbens mit Hilfe des ausgeführten Dämpfungsraumes 10. Nachteilig ist jedoch die hierdurch verringerte Öffnungszeit, so daß es bei gewünschten kürzesten Öffnungszeiten sinnvoll ist, den Federraum 16 ölfrei zu halten und eine entsprechende Abdichtung vorzusehen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Ventilkolben
3 Feder
4 Führungselement
5 Dichtung
6 Unter Druck stehender Raum, Zufluß
7 Abfluß
8 Schaltfläche
9 Vorsteuerventil
10 Dämpfungsraum
11 Durchbruch
12 Ringeinsatz
13 Ventilsitz
14 Separater Tankanschluß
15 Spaltdichtung
16 Federraum

Claims (3)

1. Ventil zum schnellen Entlasten eines unter Druck stehenden Raumes, dessen Ventilkolben durch Gleichgewichtsänderung an der Stirnseite geschaltet wird und dessen Öffnungsbewegung dann durch seitlich unter die Stirnfläche des Ventilkolbens einströmendes Fluid unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (4) des Ventilkolbens (2) ein rohrförmiger Abschnitt mit eingebrachten Durchbrüchen (11), insbesondere Bohrungen, ist, die durch die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens freigegeben werden und damit die Verbindung zwischen dem unter Druck stehenden Raum (6) und dem Abfluß (7) freigeben.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (4) fest im Gehäuse (1) sitzt und der Ventilkolben (2) während seiner Öffnungsbewegung am Führungselement (4) entlang gleitet.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (4) mit dem Ventilkolben (2) fest verbunden ist und beim Öffnen der Führung des Ventilkolbens dient.