EP0902194B1 - Lasthalteventil - Google Patents

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EP0902194B1
EP0902194B1 EP98109115A EP98109115A EP0902194B1 EP 0902194 B1 EP0902194 B1 EP 0902194B1 EP 98109115 A EP98109115 A EP 98109115A EP 98109115 A EP98109115 A EP 98109115A EP 0902194 B1 EP0902194 B1 EP 0902194B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
pressure
seat
pressure limiting
load holding
Prior art date
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Application number
EP98109115A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0902194A1 (de
Inventor
Martin Ing. Heusser
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Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
Original Assignee
Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG filed Critical Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Publication of EP0902194A1 publication Critical patent/EP0902194A1/de
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Publication of EP0902194B1 publication Critical patent/EP0902194B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/003—Systems with load-holding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/01—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B2013/008—Throttling member profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/505—Pressure control characterised by the type of pressure control means
    • F15B2211/50509—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means
    • F15B2211/50545—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means using braking valves to maintain a back pressure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2562—Dividing and recombining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7771—Bi-directional flow valves
    • Y10T137/778—Axes of ports co-axial

Definitions

  • the invention relates to a load holding valve according to the preamble of claim 1.
  • the pressure relief valve closing member against the spring force on the entire cross-sectional area of the valve seat with the pressure to be limited With increasing too limiting pressure becomes that required to open the pressure relief valve Pilot pressure progressively lower. This can be undesirable for some applications be because it is cheaper from the respective consumer adjustment pressure low pressure to be limited and low to high pressure Pressure to derive higher pilot pressure.
  • the check valve is structurally separate from the pressure relief valve and with large cross section can be designed so that in the first flow direction only low back pressure and low flow losses arise.
  • the pressure relief valve closing member to be limited in the opening direction Pressure also enables a shock function and an automatic damping function, because in the event of a pressure surge, the pressure relief valve opens automatically and the Reduces or dampens pressure surge.
  • load holding valves are known from prior use, in which the Pressure relief valve closing member is relieved of the pressure to be limited. It there is an essentially linear relationship between the one to be limited Pressure and the pilot pressure to open the pressure relief valve. Indeed is a shock function or damping function by the pressure relief valve not given, so that separate valve components must be provided for this.
  • a 1992 from a brochure by Oil-Control, Nonantola, IT, Page CM3, known load holding valve has one with the pressure relief valve closing member one-piece control piston, the pressure surface slightly is smaller than the cross-sectional area of the valve seat.
  • the pressure to be limited acts on the differential surface in the opening direction of the pressure relief valve to achieve a shock function or damping function in the event of pressure surges.
  • the valve seat is for the check valve function in a sleeve that can be moved against spring force shaped. Because the same valve components for the non-return and pressure limiting functions cooperate, the pressure relief valve closing element is opened moved relative to the valve seat while in the one flow direction while being held Pressure relief valve closing element of the valve seat against spring force is shifted. Both valve functions performed with the same valve components affect each other. In the check valve is because of the small construction Cross-section high dynamic pressure to accept. Under unfavorable operating conditions no leakage can be achieved.
  • the invention has for its object a load holding valve of the aforementioned Art to create that inexpensively with compact dimensions with high reliability is producible and despite the integrated shock-damping function under load one enables sensitive control of the consumer.
  • the one-piece design of the closing member with the control piston is manufacturing and technically inexpensive.
  • the low back pressure of the pressure relief valve externally surrounding, structurally separate check valve Losses.
  • the functions of the check valve and the pressure relief valve do not interfere with each other.
  • the shooting link is partially relieved, i.e. the one to be limited Pressure only acts on the closing element in the opening direction for the shock-damping function sufficient size, but not on the entire cross-sectional area of the valve seat. This results in a favorable low tax ratio, the allows a high pilot pressure and precise and sensitive control of the consumer enables what to do with varying pressures with the consumer movement and instability to be feared is appropriate.
  • the hydraulic system responds with the load holding valve stiff and low-vibration.
  • the partial relief of the closing member is structurally simple the annular shoulder that reaches between the housing chamber and the Pilot chamber is positioned so that in the stroke of the check valve, its closing member is guided on the pressure relief valve closing member.
  • the seat valve tightness important for the load holding function is simple reached.
  • the result is between the cylinder guide and the cylindrical approach a slide function, in which the Control channels gradually open or close a variable cross-section depending on the stroke, spread the change in the passage cross-section over a large stroke range and prevent the pressure relief valve closing member from oscillating or e.g. in the event of a pressure surge after an opening stroke, the valve seat suddenly hits and causes vibrations in the system.
  • the quantity control device Pressure fluid does not suddenly flow out, but after a predetermined one Characteristic curve, opens and closes the pressure relief valve damped in the event of a pressure surge. This results in a damping behavior that has so far only been possible with additional complex Action was possible.
  • the closing member of the check valve works with the sealing surface unaffected by intensive flow dynamics in the pressure relief valve together.
  • the check valve holds reliably when the pressure relief valve is opened its shut-off position.
  • the pressure relief valve cannot supply any pressure medium bypass.
  • the additional control channels are alternatively of longitudinal grooves formed in the closing member to make changes in the flow cross-section to a large Distribute the stroke range of the closing element.
  • a particularly simple manufacture of the additional control channels is claimed 8 by grinding arch slots into the cylindrical longitudinal section of the closing link possible.
  • the longitudinal grooves can have different clear widths have.
  • the functional reliability is increased according to claim 11, if for each flow direction a sieve element is provided.
  • a hydraulic consumer V e.g. a double-acting hydraulic cylinder or hydraulic motor
  • a directional control valve W connected to a pump P and a tank T.
  • On a work line 1 is connected to the lower side of the consumer, while the Lifting side is connected to the directional control valve W via a working line 2.
  • a load holding valve L is provided between line sections 2a and 2b.
  • the Load holding valve L includes a check valve R that is in the first flow direction to consumer V opens and in the second flow direction to the directional control valve W locks automatically.
  • a pressure relief valve is located parallel to the check valve R. D provided that hydraulically from the working line 1 via a pilot line 3rd is controllable in the second direction of flow to the speed of the consumer V under load depending on the adjustment of the directional control valve W. Taxes.
  • Fig. 2 is a closing member 4 of the pressure relief valve D in the manner of a cattail formed and provided with a conical seat 5, to which a cylindrical Approach 6 connects, which has a cylindrical longitudinal section 7 an annular shoulder 8 continues.
  • a control piston 9 is formed on the shoulder 8, which is connected to the pilot line 3 in a Pilot chamber 10 and a seal 11 is slidable.
  • a seat insert 13 is positioned, which the closing member 4th supports and on an underside sealing surface 15 for a plate-shaped check valve closing member 16 ending flow passages 14 contains.
  • the check valve closing member 16 is e.g. on the cylindrical longitudinal section 7 of the closing member 4 out and loaded by a weak closing spring 17, which is a bell-shaped Screen 18 holds on the closing member 16.
  • the lower part of the housing chamber 12 is connected to the line section 2b.
  • the upper part of the housing chamber 12 forms the connection to the line section 2a with a screw-in insert 23.
  • a suitably adjustable spring 22 is accommodated in the screw-in insert 23, which loads the closing member 4 downwards and determines at what pressure the pressure relief valve D opens.
  • a circular valve seat 19 is formed in the seat insert 13 and is in contact with the seat surface 5 of the closing member 4 cooperates in the manner of a seat valve (in the shown Shut-off position leak-free tightness).
  • Adjacent to the valve seat 19 is a cylindrical one Guide section 20 shaped, the slide-like with the cylindrical approach 6 of the locking member 4 works together (e.g. sliding fit).
  • the seat insert 13 is slightly enlarged inside, so the longitudinal section 7 slides smoothly.
  • the closing member 4 contains a chamber 24 which is connected to the lower one via connections 25 Part of the housing chamber 12 is connected, and additionally molded control channels K adjacent to the seat 5, for example radial bores 21 with different Diameters.
  • the contours of the radial bores 21 may overlap each other in the axial direction. With increasing distance from the seat 5, the radial bores 21 have increasing diameters.
  • the guide section 20 forms with the extension 6 and the control channels K.
  • Quantity control device M which is relative to the stroke of the closing member 4 relative to the valve seat 19 takes effect to control the amount.
  • In the seat insert 13 is in A further screen disk 26 is provided in the upper part of the housing chamber 12.
  • Control channels K to effect to pressure medium in a controlled amount from the line section 2b let in the line section 2a.
  • the load holding valve of FIGS. 2 and 3 could be used with a larger control pistons can be combined in the pilot chamber 10.
  • valve seat 19 The area difference between the valve seat 19 and the seal 11 or the contact surface of the control piston 9 is matched to the application, i.e. the force or preload of the spring 22 and the pressure conditions in the system, such that the shock and damping function for pressure surges of a certain extent is achieved with which the pressure relief valve is independent of the control piston 9 opens briefly.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Lasthalteventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einem aus DE-C2-25 59 029 bekannten Lasthalteventil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 wird das Druckbegrenzungsventil-Schließglied gegen die Federkraft auf der gesamten Querschnittsfläche des Ventilsitzes mit dem zu begrenzenden Druck beaufschlagt. Mit zunehmendem zu begrenzenden Druck wird der zum Aufsteuern des Druckbegrenzungsventils erforderliche Pilotdruck progressiv niedriger. Dies kann für manche Anwendungsfälle unerwünscht sein, weil es günstiger ist, vom jeweiligen Verbraucher-Verstellungsdruck bei niedrigem zu begrenzendem Druck niedrigen und bei hohem zu begrenzendem Druck höheren Pilotdruck abzuleiten. Günstig ist bei diesem Funktionsprinzip jedoch, daß das Rückschlagventil baulich getrennt vom Druckbegrenzungsventil ist und mit großem Querschnitt ausgelegt werden kann, so daß in der ersten Strömungsrichtung nur geringer Staudruck und geringe Strömungsverluste entstehen. Der das Druckbegrenzungsventil-Schließglied im Öffnungssinn beaufschlagende, zu begrenzende Druck ermöglicht ferner eine Schockfunktion und eine automatische Dämpffunktion, weil bei einem Druckstoß das Druckbegrenzungsventil selbsttätig öffnet und den Druckstoß abbaut bzw. dämpft.
In der Praxis sind durch Vorbenutzung Lasthalteventile bekannt, bei denen das Druckbegrenzungsventil-Schließglied vom zu begrenzenden Druck entlastet ist. Es liegt ein im wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen dem zu begrenzenden Druck und dem Pilotdruck zum Aufsteuern des Druckbegrenzungsventils vor. Allerdings ist eine Schockfunktion bzw. Dämpffunktion durch das Druckbegrenzungsventil nicht gegeben, so daß hierfür separate Ventilkomponenten vorzusehen sind.
Ein aus einem Prospekt der Fa. Oil-Control, Nonantola, IT, herausgegeben 1992, Seite CM3, bekanntes Lasthalteventil besitzt einen mit dem Druckbegrenzungsventil-Schließglied einstückigen Aufsteuerkolben, dessen Beaufschlagungsfläche geringfügig kleiner ist als die Querschnittsfläche des Ventilsitzes. Der zu begrenzende Druck wirkt auf der Differenzfläche in Öffnungsrichtung des Druckbegrenzungsventils, um eine Schockfunktion bzw. Dämpffunktion bei Druckstößen zu erzielen. Der Ventilsitz ist für die Rückschlagventilfunktion in einer gegen Federkraft verschiebbaren Hülse geformt. Da für die Rückschlag- und die Druckbegrenzungsfunktion dieselben Ventilkomponenten kooperieren, wird beim Öffnen das Druckbegrenzungsventil-Schließglied relativ zum Ventilsitz bewegt, während in der einen Strömungsrichtung bei festgehaltenem Druckbegrenzungsventil-Schließglied der Ventilsitz gegen Federkraft verlagert wird. Beide mit denselben Ventilkomponenten bewirkten Ventilfunktionen beeinträchtigen einander. Im Rückschlagventil ist wegen des baubedingt kleinen Querschnitts hoher Staudruck in Kauf zu nehmen. Unter ungünstigen Betriebszuständen läßt sich keine Leckagefreiheit erzielen.
Bei bezüglich des zu begrenzenden Drucks nicht entlastetem Druckbegrenzungsventil oder bei teilentlastetem Schließglied wird zwar die wünschenswerte Schock- bzw. Dämpffunktion erzielt, weil ein Druckstoß vom Verbraucher das Druckbegrenzungsventil selbsttätig öffnet und abgebaut wird. Jedoch gibt dann das Druckbegrenzungsventil schlagartig einen großen Querschnitt frei, so daß der Verbraucherdruck rasch abfällt, und mit ihm auch der Pilotdruck. Dadurch schließt das Druckbegrenzungsventil schlagartig, gegebenenfalls mit einem harten Aufschlag. Dies ruft mechanische Schäden und Schwingungen hervor und erschwert beim gesteuerten Öffnen eine feinfühlige Bewegungssteuerung des Verbrauchers.
Zusätzlicher Stand der Technik ist enthalten in GB-A-22 05 385, FR-A-23 62 290, FR-A-23 88 186 und EP-A-0 045 206.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasthalteventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kompakten Abmessungen mit hoher Zuverlässigkeit kostengünstig herstellbar ist und trotz integrierter Schock-Dämpffunktion unter Last eine feinfühlige Steuerung des Verbrauchers ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die einstückige Ausbildung des Schließglieds mit dem Aufsteuerkolben ist herstellungs- und montagetechnisch günstig. Der geringe Staudruck des das Druckbegrenzungsventil außen umgebenden, baulich getrennten Rückschlagventils, vermeidet Verluste. Die Funktionen des Rückschlagventils und des Druckbegrenzungsventils beeinträchtigen einander nicht. Das Schießglied ist teilentlastet, d.h., der zu begrenzende Druck beaufschlagt das Schließglied in Öffnungsrichtung nur in für die Schock-Dämpffunktion ausreichendem Maß, jedoch nicht auf der gesamten Querschnittsfläche des Ventilsitzes. Daraus resultiert ein günstig niedriges Aufsteuerverhältnis, das einen hohen Pilotdruck zuläßt und eine präzise und feinfühlige Steuerung des Verbrauchers ermöglicht, was bei mit der Verbraucherbewegung variierenden Drücken und zu befürchtender Instabilität zweckmäßig ist. Das hydraulische System reagiert mit dem Lasthalteventil steif und schwingungsarm. Die unabhängig von der Rückschlagventilfunktion wirkende Mengensteuervorrichtung unterstützt die Präzision der Steuerung des Verbrauchers erheblich, da das Druckbegrenzungsventil nicht schlagartig öffnet oder schließt, sondern die Menge in Abhängigkeit vom Hub des Schließglieds und/oder des Aufsteuerkolbens nach einer vorbestimmbaren Kennlinie steuert. Diese Wirkungen werden mit geringem baulichen Aufwand erzielt, so daß sich das Lasthalteventil kostengünstig herstellen läßt und unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen ist. Trotz der Mengensteuervorrichtung ist leckagefreie Dichtheit in der Schließstellung gewährleistet, weil die Mengensteuervorrichtung hubabhängig erst nach Öffnen des Sitzventils eingreift. Dies ist für die Lasthaltefunktion wesentlich.
Gemäß Anspruch 2 wird die Teilentlastung des Schließgliedes baulich einfach mittels der kreisringförmigen Schulter erreicht, die zwischen der Gehäusekammer und der Pilotkammer positioniert ist, so daß im Hub des Rückschlagventils dessen Schließglied am Druckbegrenzungsventil-Schließglied geführt ist.
Gemäß Anspruch 3 wird die für die Lasthaltefunktion wichtige Sitzventil-Dichtheit einfach erreicht. Sobald die Sitzfläche vom Ventilsitz abgehoben ist, ergibt sich zwischen der Zylinderführung und dem zylindrischen Ansatz eine Schieberfunktion, bei der die Steuerkanäle hubabhängig allmählich einen variablen Querschnitt öffnen bzw. schließen, die Änderung des Durchgangsquerschnitts auf einen großen Hubbereich spreizen und vermeiden, daß das Druckbegrenzungsventil-Schließglied oszilliert oder, z.B. bei einem Druckstoß nach einem Öffnungshub schlagartig auf denm Ventilsitz aufschlägt und Schwingungen im System hervorruft. Da die Mengensteuervorrichtung Druckmittel nicht schlagartig abströmen läßt, sondern nach einer vorherbestimmten Kennlinie, öffnet und schließt das Druckbegrenzungsventil bei einem Druckstoß gedämpft. Es ergibt sich ein Dämpfverhalten, wie es bisher nur mit zusätzlichen aufwendigen Maßnahmen möglich war.
Gemäß Anspruch 4 arbeitet das Schließglied des Rückschlagventils mit der Dichtfläche unbeeinflußt durch eine intensive Strömungsdynamik im Druckbegrenzungsventil zusammen. Das Rückschlagventil hält bei Öffnen des Druckbegrenzungsventils zuverlässig seine Absperrstellung. Kein Druckmittel kann das Druckbegrenzungsventil umgehen. Beim Öffnen des Rückschlagventils wird ohne die Strömungssteuerkanäle des Druckbegrenzungsventils-Schließgliedes ein eigener Strömungsweg frei.
Herstellungstechnisch einfach werden gemäß Anspruch 5 zwei baulich getrennte Strömungswege für die Druckbegrenzungs- und die Rückschlagfunktion geschaffen. Die kleinquerschnittigen Durchgänge kommen beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils zunächst zum Tragen, um das Druckmittel gedrosselt abströmen zu lassen, ehe mit zunehmendem Öffnungshub weitere und größere Durchgänge freigegeben werden. Beim Schließhub wird der Durchgang allmählich und hubabhängig gedrosselt. Radialbohrungen lassen sich leicht und genau herstellen.
Gemäß Anspruch 6 läßt sich ein relativ großer Öffnungs- bzw. Schließhub des Schließglieds zum allmählichen Ändern des Durchflußquerschnittes nutzen.
Gemäß Anspruch 7 werden die zusätzlichen Steuerkanäle alternativ von Längsnuten im Schließglied gebildet, um Änderungen des Durchflußquerschnittes auf einen großen Hubbereich des Schließgliedes zu verteilen.
Eine besonders einfache Herstellung der zusätzlichen Steuerkanäle ist gemäß Anspruch 8 durch Einschleifen von Bogenschlitzen in den zylindrischen Längsabschnitt des Schließglieds möglich.
Gemäß Anspruch 9 ist es zweckmäßig, die Längsnuten in unterschiedlichen Abständen von der Sitzfläche enden zu lassen.
Alternativ können gemäß Anspruch 10 die Längsnuten unterschiedliche lichte Weiten besitzen.
Die Funktionssicherheit wird gemäß Anspruch 11 erhöht, wenn für jede Strömungsrichtung ein Siebelement vorgesehen ist.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein schematisches Schaltbild einer Steuervorrichtung mit einem Lasthalteventil,
Fig. 2
einen Teil eines Längsschnittes einer ersten Ausführungsform eines Lasthalteventils, und
Fig. 3
einen Teil eines Längsschnittes einer weiteren Ausführungsform eines Lasthalteventils.
In einer hydraulischen Steuervorrichtung S in Fig. 1 wird ein hydraulischer Verbraucher V, z.B. ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder oder Hydraulikmotor, über ein an eine Pumpe P und einen Tank T angeschlossenes Wegesteuerventil W verstellt. An der Senkseite des Verbrauchers ist eine Arbeitsleitung 1 angeschlossen, während die Hebeseite über eine Arbeitsleitung 2 mit dem Wegesteuerventil W verbunden ist. In wenigstens einer Arbeitsleitung 2 (oder in beiden Arbeitsleitungen, nicht gezeigt) ist zwischen Leitungsabschnitten 2a und 2b ein Lasthalteventil L vorgesehen. Das Lasthalteventil L enthält ein Rückschlagventil R, das in der ersten Strömungsrichtung zum Verbraucher V öffnet und in der zweiten Strömungsrichtung zum Wegesteuerventil W selbsttätig sperrt. Parallel zum Rückschlagventil R ist ein Druckbegrenzungsventil D vorgesehen, das aus der Arbeitsleitung 1 hydraulisch über eine Pilotleitung 3 in der zweiten Strömungsrichtung aufsteuerbar ist, um die Geschwindigkeit des Verbrauchers V unter Last abhängig von der Verstellung des Wegesteuerventils W zu steuern.
In der gezeigten Stellung wird eine Last vom Lasthalteventil L gehalten. Ist die Last zu heben, wird das Wegesteuerventil in seine linke Schaltstellung verstellt, so daß der Verbraucher V über die Arbeitsleitung 2 und das geöffnete Rückschlagventil R beaufschlagt wird. Verdrängtes Druckmittel strömt über die andere Arbeitsleitung 1 zum Tank T. Ist die Last zu senken, wird das Wegesteuerventil W in seine rechte Schaltstellung umgestellt. In der Arbeitsleitung 1 aufgebauter Druck wirkt über die Pilotleitung 3 am Druckbegrenzungsventil D, das aufgesteuert wird und Druckmittel abströmen läßt. Durch die Vorsteuerleitung beim Druckbegrenzungsventil D angedeutet, handelt es sich um teilentlastetes Druckbegrenzungsventil, das der Lastdruck im Leitungsabschnitt 2b im Öffnungssinn beaufschlagt. Dadurch wird eine Schock- bzw. Dämpffunktion bei Druckstößen im Verbraucher V erzielt. Bei einem Druckstoß öffnet das Druckbegrenzungsventil D und läßt Druckmittel zumindest kurzzeitig abströmen, um den Druckstoß abzubauen und Schwingungen im System zu dämpfen.
In Fig. 2 ist ein Schließglied 4 des Druckbegrenzungsventils D nach Art eines Rohrkolbens ausgebildet und mit einer kegeligen Sitzfläche 5 versehen, an die sich ein zylindrischer Ansatz 6 anschließt, der sich mit einem zylindrischen Längsabschnitt 7 zu einer Kreisringschulter 8 fortsetzt. Einstückig mit dem Schließglied 4 ist im Anschluß an die Schulter 8 ein Aufsteuerkolben 9 gebildet, der in einer an die Pilotleitung 3 angeschlossenen Pilotkammer 10 und einer Dichtung 11 verschiebbar ist.
In einer Gehäusekammer 12 ist ein Sitzeinsatz 13 positioniert, der das Schließglied 4 lagert und an einer unterseitigen Dichtfläche 15 für ein plättchenförmiges Rückschlagventil-Schließglied 16 endende Strömungsdurchgänge 14 enthält. Das Rückschlagventil-Schließglied 16 ist z.B. auf dem zylindrischen Längsabschnitt 7 des Schließgliedes 4 geführt und durch eine schwache Schließfeder 17 belastet, die eine glockenförmige Siebscheibe 18 am Schließglied 16 hält. Der untere Teil der Gehäusekammer 12 ist mit dem Leitungsabschnitt 2b verbunden. Der obere Teil der Gehäusekammer 12 bildet mit einem Einschraubeinsatz 23 die Verbindung zum Leitungsabschnitt 2a. Im Einschraubeinsatz 23 ist eine zweckmäßigerweise einstellbare Feder 22 untergebracht, die das Schließglied 4 nach unten belastet und bestimmt, bei welchem Druck das Druckbegrenzungsventil D öffnet.
Im Sitzeinsatz 13 ist ein kreisrunder Ventilsitz 19 eingformt, der mit der Sitzfläche 5 des Schließgliedes 4 nach Art eines Sitzventils zusammenarbeitet (in der gezeigten Absperrstellung leckagefreie Dichtheit). Angrenzend an den Ventilsitz 19 ist ein zylindrischer Führungsabschnitt 20 geformt, der schieberartig mit dem zylindrischen Ansatz 6 des Schließgliedes 4 zusammenarbeitet (z.B. Gleitpassung). Im Anschluß an den Führungsabschnitt 20 ist der Sitzeinsatz 13 innen geringfügig vergrößert, damit der Längsabschnitt 7 leichtgängig gleitet.
Das Schließglied 4 enthält eine Kammer 24, die über Anschlüsse 25 mit dem unteren Teil der Gehäusekammer 12 verbunden ist, und zusätzlich eingeformte Steuerkanäle K angrenzend an die Sitzfläche 5, beispielsweise Radialbohrungen 21 mit unterschiedlichen Durchmessern. Die Konturen der Radialbohrungen 21 überlappen gegebenenfalls einander in Axialrichtung. Mit zunehmendem Abstand von der Sitzfläche 5 haben die Radialbohrungen 21 zunehmende Durchmesser.
Der Führungsabschnitt 20 bildet mit dem Ansatz 6 und den Steuerkanälen K eine Mengensteuervorrichtung M, die in Abhängigkeit vom Hub des Schließgliedes 4 relativ zum Ventilsitz 19 wirksam wird, um die Menge zu steuern. Im Sitzeinsatz 13 ist im oberen Teil der Gehäusekammer 12 eine weitere Siebscheibe 26 vorgesehen.
In Fig. 2 befinden sich das Druckbegrenzungsventil D und das Rückschlagventil R in ihren Absperrstellungen.
Um den Verbraucher V in Heberichtung zu bewegen wird das Schließglied 16 des Rückschlagventils R durch den Steuerdruck zwischen den Leitungsabschnitten 2a, 2b von der Dichtfläche 15 abgehoben. Druckmittel strömt vom Leitungsabschnitt 2a in den Leitungsabschnitt 2b und zum Verbraucher V. Das Druckbegrenzungsventil D bleibt in der Absperrstellung. Ist die Last zu senken, wird die Arbeitsleitung 1 mit Druck beaufschlagt, der über die Pilotleitung 3 in die Pilotkammer 10 gelangt. Der Druck im Leitungsabschnitt 2b steigt. Druck am Aufsteuerkolben 9 und im Leitungsabschnitt 2b auf der Flächendifferenz zwischen den Querschnittsflächen des Ventilsitzes 19 und der Dichtung 11 wirken in Öffnungsrichtung des Schließgliedes 4. Ist die Feder 22 überwunden, hebt sich die Sitzfläche 5 vom Ventilsitz 19. Nachfolgend kommen die Steuerkanäle K zur Wirkung, um Druckmittel in gesteuerter Menge vom Leitungsabschnitt 2b in den Leitungsabschnitt 2a zu lassen. Je höher der Lastdruck im Leitungsabschnitt 2b ist, desto geringer ist der Pilotdruck in der Pilotkammer 10, um das Druckbegrenzungsventil D zu öffnen, und umgekehrt.
Das Aufsteuerverhältnis des Lasthalteventils sollte größer als 1:2,5 sein, zweckmäßigerweise bei ca. 1:3 liegen.
Ein Druckstoß hebt über die Flächendifferenz zwischen dem Ventilsitz 19 und der Dichtung 11 das Schließglied 4 gegen die Feder 22 vom Ventilsitz 19. Es wird abgebaut bzw. gedämpft. Auch dabei wirken die Steuerkanäle K mit, sobald die Sitzfläche 5 vom Ventilsitz 19 abgehoben hat. Nach Abbau des Druckstoßes setzt das Schließglied 4 auf dem Ventilsitz 19 auf.
In Fig. 3 (Funktion wie in Fig. 2) ist die Mengensteuervorrichtung M verschieden von der in Fig. 2 gezeigten. Das Schließglied 4 in Fig. 3 ist einstückig mit dem Aufsteuerkolben 9. In seinem zylindrischen Längsabschnitt 7 sind über den Umfang verteilt Längsnuten 27 als zusätzliche Steuerkanäle K geformt, deren Nuttiefen in Richtung zur Sitzfläche 5 bzw. zum zylindrischen Ansatz 6 abnehmen. Die Längsnuten 27 können mit einer Schleifscheibe eingeschliffen werden, deren Durchmesser die Bogenkrümmung und deren Stärke die lichte Weite der Längsnuten 27 bestimmen. Es können mehrere über den Umfang verteilte Längsnuten 27 mit identischer Größe, Weite und Länge eingeformt sein, oder auch unterschiedlich weite oder unterschiedlich lange Längsnuten 27. Wie gezeigt enden die Längsnuten 27 im gleichen Axialbereich. Es wäre denkbar, wie bei den Radialbohrungen 21 die Enden der Längsnuten 27 unterschiedlich weit von der Sitzfläche 5 zu positionieren.
Mittels der zusätzlichen Steuerkanäle K wird erreicht, daß der Querschnitt bei der Hubbewegung des Schließgliedes 4 nur allmählich geöffnet bzw. geschlossen wird, um eine Mengensteuerung vorzunehmen und zu verhindern, daß ein großer Durchgangsquerschnitt schlagartig geöffnet bzw. geschlossen wird.
Für ein hohes Aufsteuerverhältnis, könnte das Lasthalteventil der Fig. 2 und 3 mit einem größeren Aufsteuerkolben in der Pilotkammer 10 kombiniert werden.
Die Flächendifferenz zwischen dem Ventilsitz 19 und der Dichtung 11 bzw. der Beaufschlagungsfläche des Aufsteuerkolbens 9 wird auf den Einsatzfall abgestimmt, d.h. auf die Kraft bzw. Vorspannung der Feder 22 und die Druckverhältnisse im System, derart, daß für Druckstöße eines bestimmten Ausmaßes die Schock- und Dämpffunktion erreicht wird, mit der das Druckbegrenzungsventil unabhängig vom Aufsteuerkolben 9 kurzzeitig öffnet.

Claims (11)

  1. Lasthalteventil (L) für die Hochdruck-Hydraulik, mit einem Durchfluß in einer Strömungsrichtung gestattenden Rückschlagventil (R) und einem im Rückschlagventil (R) angeordneten Druckbegrenzungsventil (D), das einen Durchfluß in der entgegengesetzten Strömungsrichtung druckabhängig steuert, mit einem stationären Sitzeinsatz (13) in einer den Ventilen (R, D) gemeinsamen Gehäusekammer (12), der baulich getrennt einen Ventilsitz (19) für ein federbelastetes Schließglied (4) des Druckbegrenzungsventils (D) und eine Dichtfläche (15) für ein Rückschlagventil-Schließglied (16) aufweist, und mit einem mit dem Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) gekoppelten, in einer Pilotkammer (10) angeordneten koaxialen Aufsteuerkolben (9), wobei das Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) eine entgegengesetzt zur Federbelastung von einem zu begrenzenden Druck beaufschlagbare Wirkfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsteuerkolben (9) einstückig mit dem Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) ist und in der Pilotkammer (10) eine in Öffnungsrichtung des Druckbegrenzungsventils (D) wirksame Beaufschlagungsfläche besitzt, die geringfügig kleiner ist als die Querschnittsfläche des Ventilssitzes (19), und daß der Ventilsitz (19) mit im Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) eingeformten Steuerkanälen (K) eine hubabhängige Mengensteuervorrichtung (M) für die entgegengesetzte Strömungsrichtung bildet.
  2. Lasthalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendifferenz zwischen dem Aufsteuerkolben (9) in der Pilotkammer (10) und dem Ventilsitz (19) an einer die Wirkfläche bildenden, zwischen der Gehäusekammer (12) und der Pilotkammer (10) angeordneten Schulter (8) vorgesehen ist, und daß die Schulter (8) aus der Gehäusekammer (12) beaufschlagbar und gegenüber der Pilotkammer (10) abgedichtet ist.
  3. Lasthalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sitzeinsatz (13) angrenzend an den Ventilsitz (19) eine Zylinderführung (20) für einen zylindrischen Ansatz (6) des Druckbegrenzungsventil-Schließgliedes (4) vorgesehen ist, der sich am Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) an eine kegelige Sitzfläche (5) anschließt, und daß zumindest einer der Steuerkanäle (K) in den Ansatz (6) mündet.
  4. Lasthalteventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zylinderführung (20) und dem zylindrischen Ansatz (6) eine Gleitpassung vorliegt, und daß die Zylinderführung (20) und der zylindrische Ansatz (6) im Sitzeinsatz (13) mit erheblichem axialem Abstand von der Dichtfläche (15) angeordnet sind.
  5. Lasthalteventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) eine Kammer (24) enthält, die an der Rückschlagventilseite des Sitzeinsatzes (13) mit der Gehäusekammer (12) verbunden ist, und daß als zusätzliche Steuerkanäle (K) von der Kammer (24) zum Außenumfang des Druckbegrenzungsventil-Schließgliedes (4) führende Durchgänge (21), vorzugsweise Bohrungen mit unterschiedlichen Durchgangsweiten, vorgesehen sind, deren Durchgangsweiten mit zunehmendem Abstand von der Sitzfläche (5) zunehmen.
  6. Lasthalteventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umrisse einander in axialer Richtung benachbarter Durchgänge (21) überlappen.
  7. Lasthalteventil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil-Schließglied (4) in einem zum Aufsteuerkolben (9) führenden, zylindrischen Längsabschnitt (7) mehrere in Umfangsrichtung verteilte, das Rückschlagventil (R) umgehende Längsnuten (27) aufweist, die sich mit abnehmender Nuttiefe bis in oder an den zylindrischen Ansatz (6) erstrecken.
  8. Lasthalteventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnuten (27) radial in den zylindrischen Längsabschnitt (7) eingeformte Bogenschlitze sind, deren Bogenkrümmungsradius, vorzugsweise, in etwa zu 100% und deren maximale Tiefe zu etwa 25% dem Außendurchmesser des zylindrischen Längsabschnittes (7) entsprechen.
  9. Lasthalteventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnuten (27) in unterschiedlichen Abständen von der Sitzfläche (5) enden.
  10. Lasthalteventil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnuten (27) unterschiedliche lichte Weiten besitzen.
  11. Lasthalteventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Sitzeinsatzes (13) stromauf des Rückschlagventils (R) bzw. stromauf des Druckbegrenzungsventils (D) je ein Siebelement (18, 26) angeordnet ist.
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