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Gesteuertes Überströmventil für ventillose Pumpen mit Druckwindkessel
Die Erfindung betrifft ein gesteuertes Überströmventil für ventillose Pumpen mit
Druckwindkessel, welches einen als Stufenkolben ausgebildeten, die Verbindung zwischen
der Pumpendruckleitung und einem drucklosen Raum beherrschendenKolben aufweist,
auf dessen eine Endfläche der im Windkessel herrschende Speicherdruck, auf dessen
andere Endfläche eine Feder einwirkt und von dem eine Stufenfläche, welche größer
als die dem Speicherdruck ausgesetzte Kolbenfläche ist, zusammen mit dem Ventilgehäuse
einen zusätzlichen Druckraum begrenzt, in den durch eine im Stufenkolben vorgesehene,
gesteuerte Bohrung ein Druckmittel zwecks Umschaltung des Ventils gelangen kann.
Bekanntlich werden solche Überströmventile vorgesehen, um den Gegendruck der Pumpe
und zusammenhängend damit ihren Kraftbedarf zu verkleinern, sobald im Windkessel
ein bestimmter Speicherdruck erreicht ist, wobei der Stufenkolben des Ventils eine
Leerlauföffnung für das von der Pumpe geförderte-Druckmittel selbsttätig freigibt
bzw. diese Öffnung nach Unterschreitung eines bestimmten Speicherdruckes wieder
absperrt.
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Einer bekannten Ausführungsform eines Überströmventils der erwähnten
Art haftet der Mangel an, daß der Stufenkolben in der Leerlaufstellung bei abfallendem
Speicherdruck die Leerlauföffnung immer mehr verengt, so daß eine Steigerung des
Leerlaufdruckes und somit eine Steigerung des Leerlaufkraftbedarfes für die Pumpe
eintritt.
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Bei solchen überströmventilen, deren Umschaltglied als Mehrkolben
oder auch als Einkolben ausgebildet ist, können ferner bereits geringe Mengen Druckflüssigkeit,
die von der Pumpendruckleitung oder vom Speicherdruckraum her entlang der Wandung
des Ventilkolbens in einen zusätzlichen Druckrahm des Ventils gelangen, in bestimmten
Zwischenstellungen der Ventilteile leicht ein unregelin iißiges a oder vorzeitig
-es Umschalten bewirken.
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Auch sind `gesteuerte Überströmv entile für Pumpen mit Druckwindkessel
bekannt, welche einen besonderen Vorsteuerkolben aufweisen, der achsgleich in einen
Hauptkolben des Ventils eingesetzt ist. In einem solchen Falle sind dann mindestens
zwei gleichzeitig ineinander bzw. in das Ventilgehäuse einzuschleifende Kolben vorzusehen,
was große Genauigkeit und eine entsprechend teure Ausführung bedingt. Eine in dieser
Hinsicht nicht ganz einwandfreie Ausführung hat Mängel in der Arbeitsweise des Ventils
zur Folge, und zudem können die federbelasteten Vorsteuerkolben unter dem wechselnden
Einfluß der Reibung infolge von Rückständen verschiedener Art leicht hängenbleiben,
so daß dann entweder keine oder nur eine ungenaue Umschaltung erfolgt.
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Die Erfindung bezweckt, die im vorstehenden angeführten Übelstände
zu belieben und
ein Überströmventil der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, das von -einfacher Bauart und zugleich betriebssicher sowie einfach
in seiner Arbeitsweise ist. Hierfür ist bei einem solchen Ventil gemäß vorliegender
Erfindung die Einmündung der im Stufenkolben vorgesehenen Bohrung in ein Halsstück
verlegt, das den mittleren, die Leerlauföffnung beherrschenden Teil des Stufenkolbens
mit dem dem Speicherdruck ausgesetzten Kolbenteil verbindet und das von einem zwischen
diesen zwei Kolbenteilen gelegenen Stauraum umgeben ist, sowie zur Führung einer
gleitbar darauf angeordneten Steuerhülse für die Kolbenbohrung dient. Wird diese
Kolbenbohrung durch die Steuerhülse freigegeben, so kann sich dann der durch eine
an der Ausflußstelle des Stauraums vorgesehene Drosselvorrichtung erzeugbare Staudruck
nach demeingangs erwähnten zusätzlichen Druckraum fortpflanzen und dadurch das rasche
Freigeben der Leerlauföffnung durch deri mittleren Teil des Stufenkolbens bewirken.
Die kürzer als der Kolbenhals ausgebildete Steuerhülse wird am Beginne des die Freigabe
der Verbindung zwischen Pumpendruckleitung und Stauraum bewirkenden Öffnungshübes
des Stufenkolbens durch eine zweckmäßig als Bremsvorrichtung ausgebildete Vorrichtung
in der Endlage festgehalten, in welcher sie sich gerade befindet, um erst im späteren
Teil dieses Hubes von dem Kolbenendteil, auf den der Speicherdruck wirkt, in eine
zweite Endlage geschleppt zu werden, aus der sie dann vom mittleren Kolbenteil,
nachdem der Stufenkolben einen Teil seines Schließhubes zurückgelegt hat, im weiteren
Verlauf dieses Hubes in die erstgenannte Endlage zurückgeschleppt wird.
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Bei einem Überströmventil nach der Erfindung wird der Ventilkolben
unterAusnutzung eines eingeregelten und während des ganzen Leerlaufvorganges weder
allmählich ansteigenden noch sich sonstwie ändernden Staudruckes in die Öffnungsstellung
bewegt. Dabei können weder der Förderdruck der Pumpe noch der Druck im Stauraum
in irgendeiner Stellung des Ventilkolbens unmittelbar die Lage der gleitbar auf
dem Kolbenhals angeordneten Steuerhülse bestimmen. Da bei diesein neuartigen Ventil
der Stauraum dauernd mit einem Ablauf in Verbindung steht, so wird ferner erreicht,
daß etwa in Zwischenstellungen des Stufenkolbens durchsickernde Druckflüssigkeit
die Kolbenstellung nicht beeinflussen kann. Der weitere Umstand, daß keine entlang
der Wandung des Ventilkolbens -eführte Steuerkanäle vorhanden sind, wie das bei
vorbekannten Ausführungsformen der Fall ist, bedingt ferner große Betriebssicherheit,
da solche unter dem Druck des geförderten Mittels stehende Kanäle erfahrungsgemäß
eine einseitige Kolbenbelastung und Klemmungen zur Folge haben. Ferner ist eine
genaue rechnerische Festlegung der Flächendifferenz am stufenförmig ausgebildeten
Ventilkolben nicht erforderlich, da der Druck im Stauraum, und somit auch im zusätzlichen
Druckraum, mittels der Drosselvorrichtung an der Ausflußstelle des Stauraumes geregelt
werden kann, so daß sich dieUmschaltgrenzen trotz bereits festgelegten Stufenkolbendurchmessern
beliebig einstellen lassen.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
in Verbindung mit einer Pumpe gezeigt, «-elche Drucköl aus einem drucklosen Behälter
in einen Windkessel fördert, wobei das geförderte Öl durch eine vom Kolben des Überströmventils
gesteuerte Leerlauföffnung gleich wieder in den drucklosen Behälter zurückfließen
kann, sobald im Windkessel ein bestimmter Speicherdruck erreicht ist. In dieser
Zeichnung zeigt Fig. i die erwähnte Ausführungsform in vereinfachter Darstellungsweise,
wobei der Windkessel und der drucklose Behälter sowie einige Leitungsteile in einem
senkrechten Schnitt, andere Teile dagegen in Ansicht gezeichnet sind.
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Fig. 2 bis 5 zeigen in größerem Maßstabe Längsschnitte durch das Überströmventil,
wobei die beweglichen Teile in verschiedenen Lagen gezeigt sind, und zwar zeigt
Fig. 2 den Ventilkolben in seiner unteren und Fig. q. in seiner oberen Endlage,
während die Fig. 3 und 5 Zwischenlagen dieses Kolbens zeigen.
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In Fig. i bezeichnet 26 eine Pumpe, die aus einem drucklosen Behälter
2i Öl ansaugt und in eine Druckleitung i fördert, die an den Ringkanal 2 eines überströmventils
22 angeschlossen ist. Der Ringkanal 2 steht über einer Leitung 3, in die ein Rückschlagventil
24 eingebaut ist, mit einem Windkessel 2-3
in Verbindung. Dem Windkessel23
wird Drucköl, das zu irgendeinem Zwecke verwendet werden kann, durch eine Leitung
2 5 entnommen. Eine Leitung q. verbindet einen Raum 5 (Fig. 2 bis 5) des überströmventils
mit dem Windkessel 23. Der im Raume 5 herrschende Speicherdruck wirkt ständig auf
die untere Fläche 61 eines Teiles 63 des als Zweistufenkolben ausgebildeten Ventilkolbens
des überströmventils. Auf den oberen Teil 64 dieses Kolbens wirkt ferner -eine Feder
7 ein, und zwar in entgegengesetztem Sinne als der im Raum 5 herrschende Speicherdruck.
8 bezeichnet eine Hülse, welche gleitbar auf einem Halsstück 6= des Ventilkolbens,
das den Kolbenteil 63 mit einem mittleren Kolbenteil 6 verbindet, angeordnet
ist und von einer als Schnappeinrichtung 9 ausgebildeten Bremse in der jeweiligen
Endlage
festgehalten wird, bis der Kolbenteil63 gegen die untere bzw. der Kolbentei16 gegen
die obere Endfläche dieser Hülse 8 stößt und sie dann mitschleppt. 2o ist eine vom
mittleren Teil 6 des Ventilkolbens gesteuerte Leerlauföffnung und 12 eine an der
Ausflußstelle eines Raumes I i vorgesehene, als Blende ausgebildete Drosselvorrichtung,
an die sich ein Ablauf 121- anschließt. Im vorliegenden Fall wird dieser Ablauf
121 von einer Öffnung im drucklosen Behälter 2i gebildet. Der Raum i i, in welchem
sich zufolge Vorsehens der Blende 12 ein Staudruck erzeugen läßt, ist gleichachsig
zum Hals 62 des Ventilkolbens angeordnet. Im Ventilkölben ist eine Bohrung io vorgesehen,
deren Einmündung in -das Halsstück 6= verlegt ist und die in einen zusätzlichen
Druckraum 13 mündet. Letzterer wird vom Gehäuse des Ventils 22 und nach oben von
einer Fläche 14 des zweistufigen Ventilkolbens 63, 62, 6, 64 begrenzt. Die Fläche
1q. ist größer als die dem Speicherdruck ausgesetzte Fläche 61. Die Freigabe bzw.
Zudeckung der Einmündung der Bohrung io erfolgt durch die Hülse 8, die somit als
Steuerhülse wirkt. An den zusätzlichen Druckraum 13 ist eine Abflußleitung 18 angeschlossen.
15 ist eine Blende, und 16, I# sind Leitungen, die zur Abführung von allfällig
austretendem Lecköl dienen.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Überströmventils ist folgende:
Solange der im Windkessel 23 herrschende Speicherdruck einen im voraus bestimmten
Wert nicht überschreitet, nehmen die beweglichen Teile des Überströmventils 22 die
in Fig. 2 gezeigte Lage ein. Das von der Pumpe 26 geförderte Öl gelangt in
diesem Falle durch die Leitung i in den Ringkanal 2 und von diesem durch die Leitung
3 in den Windkessel 23. Der Ventilkolben 61, 62, 6, 64 befindet sich in der unteren
Endlage, in welcher dessen mittlerer Teil 6 die Leerlauföffnung 2o ganz abschließt.
In dieser Lage des Kolbens wird auch die Verbindung zwischen dem Stauraum
11 und dem zusätzlichen Druckraum 13 durch die Steuerhülse 8 unterbrochen.
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Sobald der im voraus festgelegte Speicherdruck im Windkessel
23 etwas überschritten wird, ist dieser Druck imstande, den Ventilkolben
entgegen der Wirkung der Feder ;7 zu lieben, wobei die Steuerhülse 8 vorerst von
cler Bremsvorrichtung 9 in der Lage festgehalten wird, die sie gerade einnimmt.
Der mittlere Teil 6 des nach aufwärts sich bewegenden Ventilkolbens beginnt nun
die Leerlauföffnung 2o freizugeben, und in der in Fig.3 gezeigten Lage dieses Kolbens
fängt Drucköl an, aus dem Ringraum a in den Stauraum i i zu fließen. Durch den als
Blende ausgebildeten freien Ablauf 121, der über dem Behälter 2i sich -befindet,
wird das in den Raum x i austretende Öl auf einen Druck gestaut, der z. B. etwa
io Prozent des höchsten Speicherdruckes betragen kann. Da in der in Fig.3 gezeigten
Lage des Ventilkolbens die Steuerhülse 8 die Bohrung io freigegeben hat, so pflanzt
sich jener Staudruck in den zusätzlichen Druckraum' 13 fort und wirkt nun auf die
Kolbenfläche, i ¢ ,ein, welche, wie erwähnt, wesentlich größer ist als die untere
Endfläche 61 des Kolbens. Durch diesen zusätzlich ausgeübten Druck wird nun der
Ventilkolben ruckartig in seine obere, in Fig. 4. gezeigte Endlage bewegt, d. h.
die Leerlauföffnung 2o wird vom mittleren Kolbenteil 6 ruckartig voll freigegeben.
Während des ruckartigen Anhebens des Kolbens. 63, 62, 6, 61 ist die Steuerhülse
8 gegen das Ende dieses Aufwärtshubes vom Kolbenteil 63 mitgeschleppt worden,
wobei die Anpreßkraft der Bremsvorrichtung g durch die ein Vielfaches größere Kraft
des Kolbens überwunden wurde. In der obersten Lage des Ventilkolbens und der Steuerhülse
8 (Fig. ¢) befindet sich die Einmündung der Bohrung io etwas oberhalb der oberen
Endfläche der Hülse 8 (Überhub). Die in dieser Stellung des Ventilkolbens freigelegte
Leerlauföffnung 2o ist infolge des zurückgelegten übergroßen Öffnungshubes größer,
als für die drucklose Überströmung des Fördermittels in den Stauraum i i erforderlich
ist.
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In dem Maße, wie der Speicherdruck im Windkessel und demzufolge auch
der Druck im Raume 5 kleiner wird, beginnt der Ventilkolben 63, 62, 6, 64 sich langsam
zu senken, wobei vorerst die Steuerhülse 8 in ihrer oberen Lage verbleibt, so daß
die Einmündung der Bohrung io von dieser Hülse 8 bei fortschreitender Abwärtsbewegung
des Kolbens, d. h. nach Zurücklegung des Überhubes, überdeckt wird. Fig. 5 zeit
den Ventilkolben in der Lage, die er kurz nach erfolgter Überdeckung der Einmündung
der Bohrung io einnimmt. In dieser Stellung der beweglichen Teile des überströmventils,
läßt die Leerlauföffnung 2o einen praktisch noch ungedrosselten Ablauf zu. Das im
zusätzlichen Druckraum 13 befindliche Zusatzdrucköl, das jetzt keinen Zufluß
mehr erhält, entweicht bei der Abwärtsbewegung des Ventilkolbens durch die Blende
15 und die Leitung 18. Die Feder 7 ist nach Wegfall des Zusatzdruckes im Raum
13 imstande, den Ventilkolben wieder ruckartig in seine untere Endlage zu
bewegen, wobei der Kolbenteil 6 gegen das Ende dieser Bewegung auch die Steuerhülse
8 mitschleppt, so daß sämtliche Teile in die in Fig.2 gezeigte Lage zurückgeführt
werden. In dieser Lage wird die Leerlauföffnung.2o durch den Teil 6 des Ventilkolbens
vollständig
abgesperrt, so daß das von der Pumpe 26 geförderte
Öl vom Ringraum 2 aus durch die Leitung 3 wieder in den Windkessel 23 gelangt.
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Wie den Fig. 3 und 5 zu entnehmen ist, gibt das als Hülse ausgebildete
Steuerglied 8 hei der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 63, 62, 6, 64 die durch
die Bohrung io zu bewirkende Verbindung zwischen Stauraum ii und zusätzlichem Druckraum
13 frei, ehe die Leerlauföffnung freigegeben wird; beim Schließvorgang des Überströmventils
wird dagegen. die Bohrung io durch die Steuerhülse 8 abgeschlossen, ehe die entsprechend
dem Absinken des Speicherdruckes kleiner werdende Leerlauföffnung 2o infolge Querschnittdrosselung
ein Ansteigen des Leerlaufpumpendruckes- in der Leitung i zur Folge hat.
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Die auf die Kolbenfläche 14 ausgeübte Öldruckzusatzkraft kann dadurch
veränderlich gemacht werden, daß die Blenden 12 und 15
so ausgebildet werden,
daß sie sich von außen verstellen lassen. Auf diese Weise ist es möglich, z. B.
durch Freigeben der Blendenöffnung 15, den Öldruck im zusätzlichen Druckraum 13
auf einen geringen Teilbetrag des im Raum ii herrschenden Staudruckes zu vermindern.
Damit ist eine in ziemlich 'weiten Grenzen veränderlich einstellbare untere bzw.
obere Öldruckschaltgrenze möglich. Durch entsprechende Regulierung des Staudruckes
kann sogar erreicht werden, daß der nach erfolgter Freigabe der Kolbenbohrung nach
oben wirkende Differenzdruck unwirksam wird.
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Kommen für das Überströmventil große Speicherdrücke und gleichzeitig
große Fördermengen in Frage, so kann der untere Kolbenteil 63 bzw. die Fläche 61
gegenüber dem mittleren Kolbenteil 6 beliebig kleiner gehalten werden zwecks Vermeidung
einer unwirtschaftlich großen Feder 7.