EP1339988A1 - Sperrblock - Google Patents

Sperrblock

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Publication number
EP1339988A1
EP1339988A1 EP01969276A EP01969276A EP1339988A1 EP 1339988 A1 EP1339988 A1 EP 1339988A1 EP 01969276 A EP01969276 A EP 01969276A EP 01969276 A EP01969276 A EP 01969276A EP 1339988 A1 EP1339988 A1 EP 1339988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
main piston
piston
block according
connection
locking block
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01969276A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard KNÖLL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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 Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1339988A1 publication Critical patent/EP1339988A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F15B13/015—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices using an enclosed pilot flow valve
    • 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
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87169—Supply and exhaust
    • Y10T137/87233—Biased exhaust valve
    • Y10T137/87241—Biased closed
    • 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
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/877—With flow control means for branched passages
    • Y10T137/87893—With fluid actuator

Definitions

  • the invention relates to a locking block according to the preamble of patent claim 1.
  • Lock blocks of this type are used, for example, in mobile hydraulics to control double-acting hydraulic cylinders, which are provided, for example, for actuating front linkages, rear linkages or other peripheral devices such as mowers, packers, etc.
  • the hydraulic cylinders are actuated, for example, via a valve arrangement, as is known from DE 197 34 479 A1.
  • This valve arrangement is disc-shaped and has a proportional valve with a directional and a speed section, via which a pressure connection can optionally be connected to two working connections.
  • the two working connections are connected to a cylinder space or an annular space of the hydraulic cylinder to be controlled.
  • a generic blocking block is assigned to each of the working connections and is designed as an unlockable check valve arrangement.
  • the blocking block In its non-return function, the blocking block allows pressure medium to be supplied from the proportional valve to the associated work connection, while the blocking block connected in parallel and assigned to the other work connection controls the return flow of the pressure medium from the hydraulic cylinder to a tank or low-pressure connection in its return function.
  • Each locking block has a main piston biased against a valve seat, which in the check function opens a connection between the pressure connection and the associated work connection.
  • an opening piston which can be acted upon by a control pressure is assigned to it, via which the main piston can be brought into its open position in order to open the connection between the working connection and the tank connection.
  • the opening piston opens a pre-opening of the main piston, so that the end face which is effective in the closing direction is relieved and the opening piston can lift the main piston from the valve seat due to the effect of the control pressure.
  • the push piston is supported by a spring on the adjacent end face of the main piston.
  • the pressure at the pressure connection ie the pump pressure
  • the non-return function extension of the hydraulic cylinder
  • the return function retract of the hydraulic cylinder
  • the load pressure is applied to the consumer in this pressure chamber.
  • the respective pressure in the pressure chamber must first be reduced before the respective other function can take effect.
  • a tank channel is opened via a control edge, so that the pressure chamber towards the tank is relieved.
  • the pump pressure still acts in said pressure chamber, so that the response behavior of the valve arrangement, in particular when switching quickly, does not meet the requirements under certain operating conditions.
  • the invention is based on the object
  • the pressure space between a main piston and a push-up piston is always relieved of pressure to a tank or a low-pressure connection, so that the delayed response behavior disadvantageous in the prior art due to the required pressure reduction in said
  • an end section of the push-up piston is sealingly guided in an end recess of the main piston, so that the pressure space is limited only by the push-up piston and the main piston designed with a pre-opening.
  • the latter is preferably designed as a stepped piston, the area difference being effective in the closing direction, so that the pushing piston can be moved back into its closed position as quickly as possible.
  • the pre-opening of the main cone is opened in the return function via the push-open piston, so that a rear space of the main piston towards the tank or low-pressure connection is relieved.
  • the annular space delimited by the radial shoulder of the main piston is hydraulically connected to a pilot channel downstream of the pilot valve seat on the one hand and to the working connection on the other.
  • a nozzle is provided in the pressure medium flow path from the annular space to the working connection, the effective diameter of which is substantially smaller than that of the pre-opening, so that an effective relief of the pressure in the annular space and in the pilot channel is possible.
  • this nozzle is formed by an axial groove on the outer circumference of the main piston.
  • the smaller diameter of the main piston preferably has the same diameter as the push-up piston.
  • the production of the locking block according to the invention is particularly simple if a channel is formed in the push-up piston, via which the pressure chamber is connected to the tank or low-pressure connection.
  • the hydraulic connection between the pilot channel and the annular space is controlled when the main piston is lifted from its valve seat and a larger opening cross-section is opened between the annular space and the associated working connection, so that pressure differences as a result of a leakage via the activated pre-opening and thus displacements of the Return characteristic can be prevented.
  • a connection between the working connection and the tank connection is opened, so that the pressure medium can flow out from the hydraulic cylinder to the tank.
  • a non-return spring arrangement which prestresses the main piston in the closing direction acts on the one hand as a non-return valve spring which enables the supply to the consumer in the non-return function and on the other hand as a control spring to control the return from the consumer to the tank.
  • this spring should be designed to be relatively weak so that there are no major pressure losses across the check valve.
  • the spring should have a steeper characteristic curve in order to enable a good response behavior in the return control.
  • the check valve arrangement is implemented by combining a weak check spring and a control spring with a steep characteristic curve, the comparatively weakly designed check spring determining the check function, while the control spring with a steep spring characteristic curve only after a predetermined axial movement of the main piston engages to control the return function.
  • the construction of the locking block is particularly simple if the main piston is guided in a sleeve inserted into a valve housing (valve disk), on the outer circumference of which a flange is provided for sealing.
  • a mechanical seal is preferably formed on the outer circumference of the main piston so that the leakage of the check valve is minimal even at high load pressures.
  • FIG. 1 shows a section through a locking block according to the invention and
  • FIG. 2 shows a variant of the locking block from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a locking block 1, which is inserted into a receiving bore 4 of a plate-shaped valve housing 2.
  • a sleeve 14 is inserted, in which a main piston 16 is guided axially.
  • the sleeve 14 extends from the end face of the valve housing on the right in FIG. 1 to the working channel A.
  • a flange 18 is formed on the outer circumference in the sleeve 14, which seals when the sleeve 14 is inserted abuts the peripheral wall of the receiving bore 4.
  • the main piston 16 is designed as a stepped piston, a portion 22 with a larger diameter D3 being guided in sections in a radially expanded area of an inner bore 20 of the sleeve 14.
  • This radially widened part 22 of the main piston protrudes axially from the sleeve 14 and, in the basic position shown, is biased against a valve seat 26 via a non-return spring arrangement 24 which is formed in the area between the pressure channel 12 and the working channel 10 on the receiving bore 4.
  • the main piston 16 is provided with a radially projecting annular collar 28 which is immersed in a correspondingly designed gradation of the receiving bore 4.
  • the annular collar 28 controls a further flow cross-section lying in series with a flow cross-section at the valve seat 26 between its one 360-degree edge and a 360-degree edge in the receiving bore 4 of the valve housing 2.
  • This additional flow cross-section begins to open when the flow area at the valve seat is already wide open.
  • the annular collar 28 also increases the area on the main piston 16 on which a pressure acting in the open direction can be present. Overall, the pressure drop is kept low in this way when the pressure medium flows from the pressure channel 12 via the main piston 16 to the working channel 10.
  • the part 22 of the main piston 16 with the diameter D3 is stepped down to the diameter D1 via a radial shoulder 32, this stepped end section 30 being guided in a corresponding radially recessed area of the inner bore 20.
  • the end section 30 has a mechanical seal 34 on its outer circumference, so that an annular space delimited by the radial shoulder 32 of the main piston 16 and the opposite shoulder of the inner bore 20 of the sleeve 14 is hydraulically sealed against a spring space 36 for the non-return spring arrangement 24.
  • This spring chamber (36) is closed in the axial direction by a screw plug 38 screwed into the sleeve 14.
  • the main piston 16 is designed with a pre-opening and has an end recess 40, in the bottom of which a pilot channel 42 which penetrates into the end section 30 of the main piston 16 opens.
  • a pilot valve seat 44 is formed, against which a pilot valve body 46 is biased by means of a weak pilot spring 48.
  • This is supported on a bolt 50 which is screwed into the pilot channel 42 and whose right end section in FIG. 1 protrudes axially from the main piston 16.
  • a non-return spring 52 of the non-return spring arrangement 24 which is supported on the locking screw 38, engages, so that the main piston 16 in the basic position shown in FIG. 1 is biased against its valve seat 26 via this comparatively weak return spring 52.
  • the non-return spring arrangement 24 also has a control spring 54 with a steeper spring characteristic than the aforementioned weak return spring 52.
  • This control spring 54 is supported on a spring plate 56 which is axially spaced from the right end face of the end section 30 in FIG. 1.
  • This spring plate 56 is on a radial shoulder in the NEN bore 20 of the sleeve 14 supported.
  • the other end portion of the control spring 54 abuts the screw plug 38.
  • the control spring 54 is only effective when the end portion 30 of the main piston 16 runs onto the spring plate 56.
  • a plurality of radial bores 58 which are connected to the annular space 34 in the closed position of the main piston 16, open into the pilot control channel 42.
  • the main piston 16 has a control edge 60 in the area of the radial bores 58, through which the connection between the annular space 34 and the radial bores 58 can be controlled when the main piston 16 is lifted off the valve seat 26.
  • the spring chamber 36 is connected to the space of the main piston 16 delimited by the end recess 40 via a bore 62, which is indicated by dashed lines and penetrates the end section 30.
  • axial grooves 64 are formed on the outer circumference of the part 22 of the main piston, these being narrowed towards the annular space 34 toward a nozzle 66.
  • the effective cross section of this nozzle 66 is significantly smaller than the diameter of the pilot valve seat 44.
  • an impact piston 68 is guided in the receiving bore 4, the right end section in FIG. 1 sealingly immersed in the end recess 40 of the main piston 16.
  • a spring 70 is supported on the bottom of the front recess 40, by means of which the pushing piston 68 is biased against an end surface 72 of the receiving bore 4 in the region of the control channel 6.
  • the push-up piston 68 has an axial projection 74 which, when the push-up piston 68 is axially displaced, runs onto the pilot valve body 46 and lifts it off its pilot valve seat 44.
  • the pressure chamber 76 formed between the pushing piston 68 and the main piston 16 is connected to the tank channel 8 via at least one angular bore 78 passing through the pushing piston 68 and extending from the right end face in FIG. 1 to the outside.
  • the outer circumference of the push piston 68 extends in the region of the tank channel 8.
  • the mouth area of the angle bore 78 in the area of the tank channel 8 is selected so that the pressure chamber 76 is always connected to the tank channel 8.
  • a control recess 80 is provided on the outer circumference of the pushing piston 68, which forms a further control edge 82, via which the connection between the tank channel 8 and the space 84 which extends from the mouth area of the pressure channel 12 to the valve seat 26 extends extends so that when the main piston 16 is lifted off, a hydraulic connection between the working channel 10 and the tank channel 8 is opened.
  • the axial position of the control edge 82 is selected such that the connection between the working channel 10 and the tank channel 8 is only opened when the larger opening cross section of the axial grooves 64 is open.
  • the outer diameter of the butt piston 68 has the same diameter D1 as the end portion 30 of the main piston 16.
  • the blocking block 1 is preceded by a proportional valve, via which the pressure channel 12 can be connected or blocked to the pump.
  • the pump pressure is present in the pressure channel 12, so that a resultant compressive force acting in the opening direction acts on the ring end face delimited by the diameters D3 and D1.
  • the main piston 16 then lifts off its valve seat 26 when the resultant compressive force in the opening direction is greater than the resultant compressive force in the annular space 34 in the closing direction and the force of the return spring 52 and the frictional force generated by the mechanical seal 35. Since the check spring 52 is designed to be relatively weak, the pressure loss in the check function is minimal.
  • the pressure chamber 76 is always connected to the tank channel 8 via the angular bore 78.
  • control oil located in the annular space 34 and in the pilot channel 42 can flow out through the pre-opening into the pressure chamber 76 and from there via the angular bore 78 to the tank channel 8, so that the pressure forces acting in the main piston 16 in the closing direction are reduced.
  • the push piston 68 then runs onto the main piston 16 so that it is lifted off its valve seat 26 due to the control pressure effective in the opening direction.
  • the effective nozzle 66 when lifting the main piston 16 and the diameter of the pilot valve seat 44 are designed so that the effective pressure in the annular space 34 can be reduced to the tank channel 8 even at a high pressure in the working channel 10.
  • connection between the radial bores 58 and the annular space 34 is controlled by the control edge 60 and, as a result, the larger opening cross section of the axial grooves 64 is opened, so that pressure differences due to leakages via the pilot valve arrangement and thus displacements of the return characteristic can be prevented.
  • the connection between the tank channel 8 and the working channel 10 is then opened via the further control edge 82, so that the pressure medium can flow out of the hydraulic cylinder to the tank channel 8.
  • the main piston 16 runs on the spring plate 56, so that the further opening in the return function takes place essentially against the force of the stronger control spring 54, which starts in an optimal manner this rule task is adapted.
  • FIG. 2 shows a simplified exemplary embodiment of the blocking block 1 from FIG. 1.
  • the nozzle 66 is not formed by one or more axial grooves 64 but by a jacket bore 86 which defines the sleeve 14 in the region between the flange 18 and the other side Working channel 10 passes through the adjacent end section.
  • the casing bore 86 opens on the one hand in the annular space 34 and on the other hand in an axial channel 88 which is formed between the outer circumference of the sleeve 14 and the inner circumferential wall of the receiving bore 4.
  • the main piston 16 has a control edge 90 in the region of the radial shoulder 32, via which the casing bore 86 is closed after the main piston 16 has been lifted off.
  • An additional control edge 92 then opens a larger opening cross section when the main piston 16 is axially displaced, which is realized by a radially recessed peripheral section 94 of the main piston 16.
  • the annular collar 28 of the main piston 16 in the region of the valve seat 26 was also dispensed with, so that the basic structure of the main piston 16 is simplified compared to the solution described at the beginning. Otherwise, the solution shown in FIG. 2 corresponds to the exemplary embodiment described at the beginning, so that further explanations can be dispensed with.
  • a blocking block for actuating a hydraulic consumer in which a main piston designed with a pre-opening can be lifted off a valve seat in a return function by means of an impact piston.
  • a pressure chamber delimited by the main piston on the one hand and by the control piston on the other is connected to a tank or low-pressure channel both in the return function and in the return function of the locking block, so that the changeover from the return function to the return function and vice versa can take place very quickly.
  • valve housings 68 push-up pistons
  • control channel 72 end face

Landscapes

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Abstract

Offenbart ist ein Sperrblock (1) zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers, bei dem ein mit Voröffnung ausgeführter Hauptkolben (16) in einer Rücklauffunktion mittels eines Aufstosskolbens (68) von einem Ventilsitz (26) abhebbar ist. Ein vom Hauptkolben einerseits und vom Austeuerkolben andererseits begrenzter Druckraum (76) ist sowohl bei der Rücklauffunktin als auch in der Rüchschlagfunktion des Sperrblocks mit einem Tank- oder Niederdruckkanal (8) vergbunden, so dass die umsteuerung von der Rücklauffunktion zur Rückschlagfunktion und umgekehrt sehr schnell erfolgen kann.

Description

Beschreibung
Sperrblock
Die Erfindung betrifft einen Sperrblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Sperrblöcke werden beispielsweise in der Mobilhydraulik zur Ansteuerung von doppelt wirkenden Hydraulikzylindern eingesetzt, die beispielsweise zur Betätigung von Frontkrafthebern, Heckkrafthebern oder sonstigen Peripheriegeräten, wie Mähwerken, Packern etc. vorgesehen sind. Die Ansteuerung der Hydraulikzylinder erfolgt beispielsweise über eine Ventilanordnung, wie sie auf der DE 197 34 479 A1 bekannt ist. Diese Ventilan- Ordnung ist in Scheibenbauweise ausgeführt und hat ein Proportionalventil mit einem Wege- und einem Geschwindigkeitsteil, über das ein Druckanschluß wahlweise mit zwei Arbeitsanschlüssen verbindbar ist. Die beiden Arbeitsanschlüsse sind mit einem Zylinderraum bzw. einem Ringraum des anzusteuernden Hydraulikzylinders verbunden. Jedem der Arbeitsanschlüsse ist ein gattungsgemäßer Sperrblock zugeordnet, der als entsperrbare Rückschlagventilanordnung ausgeführt ist. In seiner Rückschlagfunktion lässt der Sperrblock eine Druckmittelzufuhr vom Proportionalventil zum zugeordneten Arbeitsanschluß zu, während der paralell geschaltete, dem anderen Arbeitsanschluß zugeordnete Sperrblock in seiner Rücklauffunktion den Rücklauf des Druckmittels vom Hydraulikzylinder zu einem Tank- oder Niederdruckanschluß steuert.
Jeder Sperrblock hat einen gegen einen Ventilsitz vorgespannten Hauptkolben, der in der Rückschlagfunktion eine Verbindung zwischen dem Druckanschluß und dem zugeordneten Arbeitsanschluß aufsteuert. Zum Aufsteuern des Hauptkolbens in der Rücklauffunktion ist diesem ein mit einem Steuerdruck beaufschlagbarer Aufstoßkolben zugeordnet, über den der Hauptkolben in seine Öffnungsposition bringbar ist, um die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß und dem Tankanschluß aufzusteuern. Dabei öffnet der Aufstoßkolben eine Voröffnung des Hauptkolbens, so daß dessen in Schließrichtung wirksame Stirnfläche entlastet wird und der Aufstoßkolben den Hauptkolben durch die Wirkung des Steuerdrucks vom Ventilsitz abheben kann. Der Aufstoßkolben ist über eine Feder an der benachbarten Stirnfläche des Hauptkolbens abgestützt. In diesem die Feder aufnehmenden Druckraum liegt in der Rückschlagfunktion (Ausfahren des Hydraulikzylin- ders) der Druck am Druckanschluß, d. h. der Pumpendruck an. Umgekehrt liegt in der Rücklauffunktion (Einfahren des Hydraulikzylinders) in diesem Druckraum der Lastdruck am Verbraucher an. Beim Umschalten von der Rückschlagfunktion zur Rücklauffunktion oder umgekehrt muß der jeweilige Druck im Druckraum zunächst abgebaut werden, bevor die jeweilige andere Funktion wirksam werden kann. Bei der bekannten Lösung wird beispielsweise beim Umschalten von der Rückschlagfunktion in die Rücklauffunktion während der durch Anlegen des Steuerdruckes bedingten Axialverschiebung des Aufstoßkolbens über eine Steuerkante ein Tankkanal aufgesteuert, so daß der Druckraum zum Tank hin entlastet wird. In der Anfangsphase wirkt jedoch noch der Pumpendruck in dem besagten Druckraum, so daß das Ansprechverhalten der Ventilanordnung, insbesondere beim schnellen Umschalten, bei bestimmten Betriebsbedingungen nicht den Anforderungen genügt.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Sperrblock zu schaffen, der ein schnelles Umschalten zwischen der Rücklauffunktion und der Rückschlagfunktion und umgekehrt ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Sperrblock mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Druckraum zwischen einem Hauptkolben und einem Aufstoßkolben stets zu einem Tank- oder einem Niederdruckanschluß entlastet, so daß das beim Stand der Technik nachteilige verzögerte An- sprechverhalten aufgrund des erforderlichen Druckabbaus im besagten
Druckraum nicht auftreten kann.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Endabschnitt des Aufstoßkolbens dichtend in einer Stirnausnehmung des Haupt- kolbens geführt, so daß der Druckraum nur durch den Aufstoßkolben und den mit Voröffnung ausgeführten Hauptkolben begrenzt ist. Letzterer wird vorzugsweise als Stufenkolben ausgeführt, wobei die Flächendifferenz in Schließrichtung wirksam ist, so daß der Aufstoßkolben schnellstmöglich wieder in seine Schließlage zurückbewegbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird in der Rücklauffunktion über den Aufstoßkolben die Voröffnung des Hauptkegels geöffnet, so daß ein rückwärtiger Raum des Hauptkolbens zum Tank- oder Niederdruckanschluß hin entlastet ist.
Der von der Radialschulter des Hauptkolbens begrenzte Ringraum ist hydraulisch mit einem Vorsteuerkanal stromabwärts des Vorsteuerventilsitzes einerseits und mit dem Arbeitsanschluß andererseits verbunden. Im Druckmittelströmungspfad vom Ringraum zum Arbeitsanschluß ist eine Düse vorgesehen, deren wirksamer Durchmesser wesentlich geringer als derjenige der Voröffnung ist, so daß eine wirksame Entlastung des Druckes im Ringraum und im Vorsteuerkanal möglich ist. Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel ist diese Düse durch eine Axialnut am Außenumfang des Hauptkolbens ausgebildet.
Der kleinere Durchmesser des Hauptkolbens hat vorzugsweise den gleichen Durchmesser wie der Aufstoßkolben.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Sperrblocks ist besonders einfach, wenn im Aufstoßkolben ein Kanal ausgebildet ist, über den der Druckraum mit dem Tank- oder Niederdruckanschluß verbunden ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die hydraulische Verbindung zwischen dem Vorsteuerkanal und dem Ringraum beim Abheben des Hauptkolbens von seinem Ventilsitz zugesteuert und ein größerer Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ringraum und dem zugeordneten Arbeitsanschluß aufgesteuert, so daß Druckunterschiede infolge einer Leckage über die aufgesteuerte Voröffnung und somit Verschiebungen der Rückllaufkennlinie verhinderbar sind. Bei einer weiteren Verschiebung des Aufstoßkolbens wird eine Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß und dem Tankanschluß aufgesteuert, so daß das Druckmittel vom Hydraulikzylinder zum Tank hin abströmen kann.
Eine den Hauptkolben in Schließrichtung vorspannende Rückschlagfederanordnung wirkt einerseits als Rückschlagventilfeder die den Zulauf zum Verbraucher in der Rückschlagfunktion ermöglicht und andererseits als Steuerfeder um den Rücklauf vom Verbraucher zum Tank zu steuern.
Als Rückschlagventilfeder sollte diese Feder relativ schwach ausgelegt sein, damit über dem Rückschlagventil keine großen Druckverluste auftreten. Als Steuerfeder sollte die Feder dagegen eine steilere Kennlinie aufweisen, um ein gutes Ansprechverhalten bei der Rücklaufsteuerung zu ermöglichen.
Um diese einander widersprechenden Anforderungen an die Rückschlagfederanordnung zu gewährleisten, wird die Rückschlagventilanordnung durch Kombination einer schwachen Rückschlagfeder und einer Steuerfeder mit steiler Kennlinie ausgeführt, wobei die vergleichsweise schwach ausgelegte Rückschlagfeder die Rückschlagfunktion bestimmt, während die Steuerfeder mit steiler Federkennlinie erst nach einer vorbestimmten Axialbewegung des Hauptkolbens in Wirkeingriff gelangt, um die Rücklauffunktion zu steuern.
Der Aufbau des Sperrblocks ist besonders einfach, wenn der Hauptkolben in einer in ein Ventilgehäuse (Ventilscheibe) eingesetzten Hülse geführt ist, an deren Außenumfang zur Abdichtung eine Bördelung vorgesehen ist. Am Außenumfang des Hauptkolbens wird vorzugsweise eine Gleitringdichtung ausgebildet, so daß die Leckage des Sperrventils auch bei hohen Last- drücken minimal ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sperrblock und Figur 2 eine Variante des Sperrblocks aus Figur 1.
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Sperrblock 1 , der in eine Aufnahmebohrung 4 eines plattenförmigen Ventilgehäuses 2 eingesetzt ist.
In dieser Aufnahmebohrung 4 münden über Ringräume ein Steuerka- nal 6, ein Tankkanal 8, ein Arbeitskanal 10 und ein Druckkanal 12, die mit einem Steueranschluß S, einem Tankanschluß T, einem Arbeitsanschluß A bzw. einem Druckanschluß P der Ventilanordnung verbunden sind.
In die Aufnahmebohrung 4 ist eine Hülse 14 eingesetzt, in der ein Hauptkolben 16 axial verschiebbar geführt ist. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Hülse 14 von der in Figur 1 rechten Stirnfläche des Ventilgehäuses bis hin zum Arbeitskanal A. In diesem Bereich ist am Außenumfang in der Hülse 14 eine Bördelung 18 ausgebildet, die beim einsetzen der Hülse 14 dichtend an der Umfangswandung der Auf- nahmebohrung 4 anliegt.
Der Hauptkolben 16 ist als Stufenkolben ausgeführt, wobei ein mit einem größeren Druchmesser D3 ausgeführter Teil 22 abschnittsweise in einem radial erweiterten Bereich einer Innenbohrung 20 der Hülse 14 geführt ist. Dieser radial erweiterte Teil 22 des Hauptkolbens steht aus der Hülse 14 axial vor und ist in der dargestellten Grundposition über eine Rückschlagfederanordnung 24 gegen einen Ventilsitz 26 vorgespannt, der im Bereich zwischen dem Druckkanal 12 und dem Arbeitskanal 10 an der Aufnahmebohrung 4 ausgebildet ist. Im Bereich des Ventilsitzes 26 ist der Hauptkolben 16 mit einem radial vorstehenden Ringbund 28 versehen, der in eine entsprechend ausgebildete Abstufung der Aufnahmebohrung 4 eintaucht. Der Ringbund 28 steuert einen in Reihe zu einem Durchflußquerschnitt am Ventilsitz 26 liegenden weiteren Durchflußquerschnitt zwischen seiner einen 360-Grad Kante und einer 360-Grad Kante in der Aufnahmebohrung 4 des Ventilge- häuses 2. Und zwar beginnt dieser weitere Durchflußquerschnitt sich zu öffnen, wenn der Durchflußquerschnitt am Ventilsitz schon weit offen ist. Durch eine solche Ausbildung werden die auf die Druckmittelströmung zurückgehenden und in Schließrichtung wirkenden Kräfte gering gehalten. Der Ringbund 28 vergrößert außerdem die Fläche am Hauptkolben 16, an der ein in Richtung öffnen wirkender Druck anstehen kann. Insgesamt wird auf diese Weise bei einer Strömung des Druckmittels von dem Druckkanal 12 über den Hauptkolben 16 zum Arbeitskanal 10 der Druckabfall gering gehalten.
Der Teil 22 des Hauptkolben 16 mit dem Durchmesser D3 ist über eine Radialschulter 32 zum Durchmesser D1 zurückgestuft, wobei dieser zurück- gestufte Endabschnitt 30 in einem entsprechend radial zurückgesetzten Bereich der Innenbohrung 20 geführt ist. Der Endabschnitt 30 hat an seinem Außenumfang eine Gleitringdichtung 34, so daß ein durch die Radialschulter 32 des Hauptkolbens 16 und die gegenüberliegende Schulter der Innenbohrung 20 der Hülse 14 begrenzter Ringraum hydraulisch gegenüber einem Federraum 36 für die Rückschlagfederanordnung 24 abgedichtet ist. Dieser Federraum (36) ist in Axialrichtung durch eine in die Hülse 14 eingeschraubte Verschlußschraube 38 abgeschlossen.
Der Hauptkolben 16 ist mit einer Voröffnung ausgeführt und hat eine Stirnausnehmung 40, in deren Boden ein in Endabschnitt 30 des Hauptkolben 16 durchsetzender Vorsteuerkanal 42 mündet. Im Mündungsbereich des Vorsteuerkanals 42 ist ein Vorsteuerventilsitz 44 ausgebildet, gegen den ein Vorsteuerventilkörper 46 mittels einer schwachen Vorsteuerfeder 48 vorgespannt ist. Diese ist an einem Bolzen 50 abgestützt, der in den Vorsteuerka- nal 42 eingeschraubt ist und dessen in Figur 1 rechter Endabschnitt axial aus dem Hauptkolben 16 vorsteht. An diesem Endabschnitt des Bolzens 50 greift eine an der Verschlußschraube 38 abgestützte Rückschlagfeder 52 der Rückschlagfederanordnung 24 an, so daß der Hauptkolben 16 in der in Figur 1 dargestellten Grundposition über diese vergleichsweise schwache Rück- schlagfeder 52 gegen seinen Ventilsitz 26 vorgespannt ist.
Die Rückschlagfederanordnung 24 hat desweiteren eine Steuerfeder 54 mit einer steileren Federkennlinie als die vorgenannte schwache Rückschlagfeder 52. Diese Steuerfeder 54 ist an einem Federteller 56 abgestützt der im Axialabstand zu der in Figur 1 rechten Stirnfläche des Endabschnitts 30 ausgebildet ist. Dieser Federteller 56 ist an einer Radialschulter in der In- nenbohrung 20 der Hülse 14 abgestützt. Der andere Endabschnitt der Steuerfeder 54 liegt an der Verschlußschraube 38 an. Die Steuerfeder 54 wird erst dann wirksam wenn der Endabschnitt 30 des Hauptkolbens 16 auf den Federteller 56 aufläuft. Im Vorsteuerkanal 42 münden mehrere Radialbohrungen 58, die in der Schließposition des Hauptkolbens 16 mit dem Ringraum 34 verbunden sind. Der Hauptkolben 16 hat im Bereich der Radialbohrungen 58 eine Steuerkante 60, durch die beim Abheben des Hauptkolbens 16 vom Ventilsitz 26 die Verbindung zwischen dem Ringraum 34 und den Radialbohrungen 58 zusteuerbar ist.
Der Federraum 36 ist über eine gestrichelt angedeutete, den Endabschnitt 30 durchsetzende Bohrung 62 mit dem von der Stirnausnehmung 40 begrenzten Raum des Hauptkolbens 16 verbunden.
Im Bereich zwischen dem Ringraum 34 und dem Arbeitskanal 10 sind am Außenumfang des Teils 22 des Hauptkolbens 14 Axialnuten 64 ausgebildet, wobei diese zum Ringraum 34 hin zu einer Düse 66 verengt sind. Der wirksame Querschnitt dieser Düse 66 ist wesentlich geringer als der Durchmesser des Vorsteuerventilsitzes 44. Bei einer Axialverschiebung des Hauptkolbens 16 wird der die Düse 66 ausbildende, verengte Teil des Axialnuten 64 in den Ringraum 34 hinein verschoben, so daß ein größerer Öffnungsquerschnitt für die Verbindung des Ringraums 34 mit dem Arbeitskanal 10 aufgesteuert wird.
In der Aufnahmebohrung 4 ist desweiteren ein Aufstoßkolben 68 geführt, dessen in Figur 1 rechter Endabschnitt dichtend in die Stirnausnehmung 40 des Hauptkolbens 16 eintaucht. Am Boden der Stirnausnehmung 40 ist eine Feder 70 abgestützt, über die der Aufstoßkolben 68 gegen eine Stirnfläche 72 der Aufnahmebohrung 4 im Bereich des Steuerkanals 6 vor- gespannt ist. An seinem rechten Endabschnitt hat der Aufstoßkolben 68 einen Axialvorpsrung 74, der bei einer Axialverschiebung des Aufstoßkolbens 68 auf den Vorsteuerventilkörper 46 aufläuft und diesen von seinem Vorsteuerventilsitz 44 abhebt. Der zwischen dem Aufstoßkolben 68 und dem Hauptkolben 16 ausgebildete Druckraum 76 ist über zumindest eine den Aufstoßkolben 68 durchsetzende Winkelbohrung 78 mit dem Tankkanal 8 verbunden, die sich von der in Figur 1 rechten Stirnfläche bishin zum Au- ßenumfang des Aufstoßkolben 68 im Bereich des Tankkanals 8 erstreckt. Der Mündungsbereich der Winkelbohrung 78 im Bereich des Tankkanals 8 ist so gewählt, daß der Druckraum 76 stets mit dem Tankkanal 8 verbunden ist.
Im Bereich dieses Tankkanals 8 ist am Außenumfang des Aufstoßkolbens 68 eine Steuerausnehmung 80 vorgesehen, die eine weitere Steuerkante 82 ausbildet, über die die Verbindung zwischen dem Tankkanal 8 und demjenigen Raum 84 erstreckt, der sich vom Mündungsbereich des Druck- kanals 12 zum Ventilsitz 26 hin erstreckt, so daß bei abgehobenem Hauptkolben 16 eine hydraulische Verbindung zwischen dem Arbeitskanal 10 und dem Tankkanal 8 geöffnet wird. Die Axialposition der Steuerkante 82 ist so gewählt, daß die Verbindung zwischen dem Arbeitskanal 10 und dem Tankkanal 8 erst dann aufgesteuert wird, wenn der größere Öffnungsquerschnitt der Axialnuten 64 geöffnet ist.
Der Außendurchmesser des Aufstoßkolbens 68 hat den gleichen Durchmesser D1 wie der Endabschnitt 30 des Hauptkolbens 16.
Wie eingangs erwähnt, ist dem Sperrblock 1 ein Proportionalventil vorgeschaltet, über das der Druckkanal 12 mit der Pumpe verbindbar oder sperrbar ist. In der Rückschlagfunktion liegt im Druckkanal 12 der Pumpendruck an, so daß auf die von den Durchmessern D3 und D1 begrenzte Ringstirnfläche eine in Öffnungsrichtung wirksame Druckkraftresultierende wirkt. Der Hauptkolben 16 hebt dann von seinem Ventilsitz 26 ab, wenn diese in Öffnungsrichtung wirksame Druckkraftresultierende größer als die in Schließrichtung auf die Radialschulter 32 wirkende Druckkraftresultierende im Ringraum 34 und die Kraft der Rückschlagfeder 52 und die von der Gleitringdichtung 35 erzeugte Reibungskraft ist. Da die Rückschlagfeder 52 rela- tiv schwach ausgelegt ist, ist der Druckverlust in der Rückschlagfunktion minimal. Der Druckraum 76 ist stets über die Winkelbohrung 78 mit dem Tankkanal 8 verbunden.
Beim Umsteuern zur Rücklauffunktion wird über das Proportionalventil die Verbindung des Druckkanals 12 zur Pumpe abgesperrt und der Steuerkanal 6 mit einem Steuerdruck beaufschlagt, der auf die rückwärtige Stirnflä- ehe des Aufstoßkolbens 68 wirkt, so daß dieser in der Darstellung gemäß Figur 1 nach rechts beaufschlagt ist. Da der Druckraum 76 aufgrund seiner Verbindung mit dem Tankkanal 8 druckentlastet ist, kann der Aufstoßkolben 68 durch die Wirkung des Steuerdruckes gegen die Kraft der Feder 70 nach rechts verschoben werden, so daß der Axialvorsprung 74 auf den Vorsteuer- ventilkörper 46 aufläuft und diesen gegen die Kraft der Vorsteuerfeder 48 von seinem Ventilsitz 44 abhebt - die Voröffnung des Hauptkolbens 16 wird aufgesteuert. Dadurch kann das sich im Ringgraum 34 und im Vorsteuerkanal 42 befindliche Steueröl durch die Voröffnung in den Druckraum 76 und von dort über die Winkelbohrung 78 zum Tankkanal 8 abströmen, so daß die in den Hauptkolben 16 in Schließrichtung beaufschlagenden Druckkräfte verringert werden. Der Aufstoßkolben 68 läuft in der Folge auf den Hauptkolben 16 auf, so daß dieser aufgrund des in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerdruckes von seinem Ventilsitz 26 abgehoben wird. Die beim Abheben des Hauptkolbens 16 wirksame Düse 66 und der Durchmesser des Vorsteuerventilsitz 44 sind so ausgelegt, daß auch bei einem hohen Druck im Arbeitskanal 10 der im Ringraum 34 wirksame Druck zum Tankkanal 8 hin abgebaut werden kann.
Sobald der Hauptkolben 16 vom Ventilsitz 28 abgehoben ist, wird die
Verbindung zwischen den Radialbohrungen 58 und dem Ringraum 34 durch die Steuerkante 60 zugesteuert und in der Folge der größere Öffnungsquerschnitt der Axialnuten 64 aufgesteuert, so daß Druckunterschiede infolge von Leckagen über die Vorsteuerventilanordnung und somit Verschiebungen der Rücklaufkennlinie verhinderbar sind. Bei einer weiteren Axialverschiebung des Hauptkolbens 16 wird dann über die weitere Steuerkante 82 die Verbindung zwischen dem Tankkanal 8 und dem Arbeitskanal 10 aufgesteuert, so daß das Druckmittel vom Hydraulikzylinder zum Tankkanal 8 abströmen kann. Bevor die weitere Steuerkante 82 die Verbindung zwischen dem Tankkanal 8 und dem Arbeitskanal 10 aufsteuert läuft der Hauptkolben 16 auf den Federteller 56 auf, so daß das weitere Aufsteuern in der Rücklauffunktion im wesentlichen gegen die Kraft der stärkeren Steuerfeder 54 erfolgt, die in optimaler Weise an diese Regelaufgabe angepaßt ist. Im Federraum 36 der Steuerfeder 54 und der Rückschlagfeder 52 liegt stets der im Druckraum 76 herrschende Tank- oder Niederdruck an, da dieser Federraum 36 über die Bohrung 62 mit dem Druckraum 76 verbunden ist. Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel des Sperrblocks 1 aus Figur 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Düse 66 nicht durch eine oder mehrere Axialnuten 64 sondern durch eine Mantelbohrung 86 ausgebil- det, die die Hülse 14 im Bereich zwischen der Bördelung 18 und dem an den Arbeitskanal 10 angrenzenden Endabschnitt durchsetzt. Die Mantelbohrung 86 mündet einerseits im Ringraum 34 und andererseits in einem Axialkanal 88, der zwischen dem Außenumfang der Hülse 14 und der Innenumfangs- wandung der Aufnahmebohrung 4 ausgebildet ist. Der Hauptkolben 16 hat im Bereich der Radialschulter 32 eine Steuerkante 90, über die die Mantelbohrung 86 nach dem Abheben des Hauptkolbens 16 zugesteuert wird. Über eine zusätzliche Steuerkante 92 wird dann bei einer weiteren Axialverschiebung des Hauptkolben 16 ein größerer Öffnungsquerschnitt aufgesteuert, der durch einen radial zurückgesetzten Umfangsabschnitt 94 des Hauptkol- bens 16 realisiert wird.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde desweiteren auf den Ringbund 28 des Hauptkolbens 16 im Bereich des Ventilsitzes 26 verzichtet, so daß der Grundaufbau des Hauptkolbens 16 gegenüber der Eingangs beschriebenen Lösung vereinfacht ist. Im übrigen entspricht die in Figur 2 dargestellte Lösung dem Eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann.
Offenbart ist ein Sperrblock zur Ansteuerung eines hydraulischen Ver- brauchers, bei dem ein mit Voröffnung ausgeführter Hauptkolben in einer Rücklauffunktion mittels eines Aufstoßkolbens von einem Ventilsitz abhebbar ist. Ein vom Hauptkolben einerseits und vom Austeuerkolben andererseits begrenzter Druckraum ist sowohl bei der Rücklauffunktion als auch in der Rückschlagfunktion des Sperrblocks mit einem Tank- oder Niederdruckkanal verbunden, so daß die Umsteuerung von der Rücklauffunktion zur Rückschlagfunktion und umgekehrt sehr schnell erfolgen kann. Bezugszeichenliste
1 Sperrblock 66 Düse
2 Ventilgehäuse 68 Aufstoßkolben
4 Aufnahmebohrung 70 Feder
6 Steuerkanal 72 Stirnfläche
8 Tankkanal 74 Axialvorsprung
10 Arbeitskanal 76 Druckraum
12 Druckkanal 78 Winkelbohrung
14 Hülse 80 Steuerausnehmung
16 Hauptkolben 82 weitere Steuerkante
18 Bördelung 84 Raum
20 Innenbohrung 86 Mantelbohrung
22 Teil des Hauptkolbens 88 Axialkanal
24 Rückschlagfederanordnung 90 Steuerkante
26 Ventilsitz 92 Steuerkante
28 Ringbund 94 Umfangsabschnitt
30 Endabschnitt
32 Radialschulter
34 Ringraum
35 Gleitringdichtung
36 Federraum
38 Verschlußschraube
40 Stirnausnehmung
42 Vorsteuerkanal
44 Vorsteuerventilsitz
46 Vorsteuerventilkörper
48 Vorsteuerfeder
50 Bolzen
52 Rückschlagfeder
54 Steuerfeder
56 Federteller
58 Radialbohrungen
60 Steuerkante
61 Bohrung
64 Axialnuten

Claims

Patentansprüche
1. Sperrblock zur Verbindung eines Arbeitsanschlusses (A) mit einem Druckanschluß (P) und einem Tank- oder Niederdruckanschluß (T), mit einem gegen einen Ventilsitz (26) vorgespannten Hauptkolben (16), in dem ein gegen ein am Vorsteuerventilsitz (44) vorgespannter Ventilkörper (46) aufgenommen ist, der mittels eines Aufstoßkolbens (68) in seine Öffnungsstel- 0 lung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufstoßkolben (68) und der Hauptkolben (16) einen Druckraum (76) begrenzen, der stets mit dem Tank- oder Niederdruckanschluß (T) verbunden ist.
2. Sperrblock nach Patentanspruch 1 , wobei der Aufstoßkolben (68) mit ei- 5 nem Endabschnitt dichtend in einer Stirnausnehmung (40) des Hauptkolbens
(16) geführt ist, in deren Boden der Vorsteuerventilsitz (44) mündet.
3. Sperrblock nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Hauptkolben (16) als Stufenkolben ausgeführt ist, dessen Flächendifferenz in Schließrichtung o wirkt.
4. Sperrblock nach Patentanspruch 3, wobei ein von einer Radialschulter (32) des Hauptkolbens (16) begrenzter Ringraum (34) über eine Düse (66, 86) mit dem Arbeitsanschluß (A) verbunden ist. 5
5. Sperrblock nach Patentanspruch 4, wobei die Düse (66) durch eine Axialnut (64) im Hauptkolben (16) ausgebildet ist.
6. Sperrblock nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, wobei der kleinere 0 Durchmesser (D1) des Hauptkolbens (16) dem Außendurchmesser des
Aufstoßkolbens (68) entspricht.
7. Sperrblock nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Aufstoßkolben (68) eine oder mehrere Winkelbohrungen (78) hat, über die 5 der Druckraum (76) mit dem Tank- oder Niederdruckanschluß (T) verbunden ist.
8. Sperrblock nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, wobei ein Vorsteuerkanal (42) stromabwärts des Vorsteuerventilsitzes (44) über Radialbohrungen (58) des Hauptkolbens (16) mit dem Ringraum (34) verbunden ist und diese Verbindung durch eine Steuerkante (60) des Hauptkolbens (16) zusteuerbar ist.
9. Sperrblock nach Patentanspruch 8, wobei die Verbindung zum Tankanschluß (T) über eine Steuerkante (82) des Aufstoßkolbens (68) aufsteuerbar ist.
10. Sperrblock nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei vor dem Aufsteuern des Tankanschlußes (T) über den Aufstoßkolben (68) ein größerer Öffnungsquerschnitt als der Querschnitt der Düse (66, 86) zwischen dem Ring- räum (34) und dem Arbeitsanschluß (A) aufsteuerbar ist.
11. Sperrblock nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei am Außenumfang des Hauptkolbens (16) eine Dichtung (35) angeordnet ist.
12. Sperrblock nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Federraum (36) für eine den Hauptkolben (16) in Schließrichtung beaufschlagende Rückschlagfederanordnung (24) über eine Bohrung (62) des Hauptkolbens (16) mit dem Druckraum (76) verbunden ist.
13. Sperrblock nach Patentanspruch 12, wobei die Rückschlagfederanordnung (24) eine Rückschlagfeder (52) und eine erst nach einer Axialverschiebung des Hauptkolbens (16) wirksame Steuerfeder (54) hat, die eine größere Federrate als die Rückschlagfeder (52) hat.
14. Sperrblock nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hauptkolben (16) in einer Hülse (14) geführt ist, die in ein Ventilgehäuse (2) eingesetzt und mittels einer Prägung (18) stirnseitig abgedichtet ist.
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