EP1510699A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Flutumschaltung - Google Patents

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EP1510699A2
EP1510699A2 EP20040018691 EP04018691A EP1510699A2 EP 1510699 A2 EP1510699 A2 EP 1510699A2 EP 20040018691 EP20040018691 EP 20040018691 EP 04018691 A EP04018691 A EP 04018691A EP 1510699 A2 EP1510699 A2 EP 1510699A2
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EP
European Patent Office
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housing
slide
diameter
sliding ring
valve
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EP20040018691
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English (en)
French (fr)
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EP1510699A3 (de
EP1510699B1 (de
Inventor
Eugen Kremer
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Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Original Assignee
LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
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Publication date
Application filed by LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG, LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH filed Critical LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
Publication of EP1510699A2 publication Critical patent/EP1510699A2/de
Publication of EP1510699A3 publication Critical patent/EP1510699A3/de
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Publication of EP1510699B1 publication Critical patent/EP1510699B1/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
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F15B13/0403—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves a secondary valve member sliding within the main spool, e.g. for regeneration flow
    • 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
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • 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
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86622—Motor-operated
    • Y10T137/8663—Fluid motor

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for rapid switching of a liquid or gaseous medium in a hydraulic or pneumatic route by means of a pump depending on the pilot pressure either in a reservoir or in the hydraulic / pneumatic route using a switching valve.
  • the control of, for example, an oil flow in a hydraulic path takes place primarily via at least one pump, the direction and the flow rate of which are arranged in the hydraulic path, correspondingly pilot operated valves.
  • a balance of hydraulic amount is realized via a reservoir, so that corresponding valves or valve assemblies are provided to realize a flood switch from the pump either in the hydraulic path or in the reservoir.
  • valves can be different Function, such as a non-return and overpressure valve function, coupled together as a pilot-operated pressure control valve with a Check valve.
  • the spring chamber of the pressure regulating piston is over another Throttle bore in the pressure regulating piston itself with a pressure or pump connection in Connection. If the applied static pressure exceeds the setting value of the pressure valve, this is opened, allowing hydraulic fluid to drain to the reservoir. This drainage creates a pressure drop in the spring chamber of the pressure regulating piston, whereby the closing force of the spring is released and the pressure regulating piston of the Check valve opens the way to the reservoir.
  • valves are converted in a valve unit.
  • the housing of the valve is spring loaded with two slide-like closure pieces provided in the valve bore against each other are displaceable.
  • the guided in a housing bore plug works with a housing-tight valve seat together.
  • Both spring chambers of the closure pieces communicate with each other.
  • the first, working as a valve spool Closure piece serves to control at least one control terminal, which is connected to a pressure relief valve.
  • valve spool with a Pressure applied which is higher than the two spring forces in the spring chambers, lifts the valve slide from its housing-fixed valve seat and closes it the control terminal.
  • the other piece of closure works as a pressure regulating piston and communicates with the other side panel connections made during this Operation be released or opened accordingly.
  • valve spool will cover for a certain time during switching defined area in the housing, which must be technical, so that the hydraulic Route can not be connected directly to the reservoir.
  • the housing side connections to the hydraulic range and to Pump covered which is otherwise built up before the pump pressure from the pressure relief valve, which is located between the hydraulic line and the pump, limited.
  • a pressure relief valve is also the use of a check valve known.
  • a check valve When using a check valve, however, it is not guaranteed that it works reliably. If the pilot pressure rises, it opens. If the pilot pressure drops It speaks with a time delay and oil can now both in the hydraulic Drain route as well as in the reservoir.
  • the object of the invention is the fluid from a pump pilot pressure dependent in different Switch line connections so that the time required for this purpose is shortened and the switching is realized by means of only one valve while the size the valve undergoes only an insignificant change.
  • this object is achieved in that the slide a first Slider element and a second slider element which, at least during a Time interval of the switching operation are independently accelerated. This acceleration serves to shorten the switching process to the During the switching before the pump occurring pressure increase as fast as possible to reduce what u. a. extends the life of the pump.
  • the axial movement of the slide in the valve is another superimposed on axial movement, resulting in a resulting movement, the Result of the addition of equal and opposite forces, these forces during the switching operation at the same time or with a time delay acting on the slide.
  • a pump either with a fluidic path or with a reservoir by means of a pilot pressure-dependent three-way valve connected is.
  • a two-part slider with a first slider element and a second slider element and that the housing of the valve has additional connections to the pump, which are connected to the existing connections in Connect axial direction and spaced both from these and from each other are.
  • the slide before its pressure spring end a Having cut in two correspondingly wide steps towards this end reached the diameter of the slider again and with another outermost stage adapts to the inner diameter of the housing.
  • This step-like design of the Nick has the advantage that it simultaneously realizes defined attacks can be. So offers by the structural design of the housing, that the radial annular surface created with the outermost step of the slider is the return surface forms and advantageously with the stop surface the way of the compression spring limited.
  • the slide is arranged in the radial direction with a centrally Through hole provided The diameter of this hole is equal to the Diameter of the two additional pump connections to choose a safe To be able to establish connection between pump and slide and no pressure losses to achieve.
  • the distance of the through hole of the pressing surface so to choose that at the time when the groove of the slider in the overlap area The slider is located above this through hole with the additional left Pump connection is connected.
  • the holes provided in the slide which are connected at right angles to a pipe are, serve together with the step-like incision for receiving a defined volume of oil, with which in case of need by pressurization or Release the pressure to allow movements of components. So that will be in the Blind hole existing bolt within the blind hole either in Moved towards the housing wall or towards the bore. It is advantageous that he has a certain length to also center for the slide in the housing to be able to.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that function-related the width of the innermost stage of the incision is defined by the distance between outer wall of the diameter of the through hole to the paragraph the subsequent second stage and the width of the second stage from the Sum of the diameters of the two additional pump connections and their distance from each other.
  • the width of the second stage of the incision to the the innermost connects and over the heel - like reduction of the wall thickness of the Housing goes out.
  • an additional pressure chamber is formed, which also serves to influence the axial movement of the slider.
  • the outer diameter of the sliding ring with the inner diameter of the housing corresponds, d. h., that both abut each other.
  • the width of the sliding ring results the difference between the width of the innermost step width and the diameter of the connection. This ensures that always an additional pump connection is open, when the sliding ring is in one of its end positions at the innermost stage.
  • Another advantage is that the surface roughness of outer and inner diameter the sliding ring is different.
  • the roughness of the surface on the outer diameter of the sliding ring is higher than on Inner diameter. This will cause a stiction between the surface of the Sliding rings and the surface of the inner diameter of the housing reached, which exploited will cause a delay in reversing the direction of movement of the slider to reach.
  • the slide and sliding ring of metallic Material is made.
  • both may as well be non-metallic Material and made of plastic material.
  • the two components can be different Have materials. This depends on the particular application.
  • FIG. 1 the basic structure and operation of the invention in one hydraulic track can be seen.
  • a reversing valve in the form of a three-way valve, which is connected via two connections to an assembly is from a, not shown Control, with a pilot pressure carried by a piston, applied.
  • the closing body or slider present in the valve is so moves that the desired lines are connected together.
  • Fig. 1 is essentially a connection from the pump to the hydraulic Detachable track, which is interrupted by the closing body of the valve at falling pilot pressure is used to make the connection hydraulic range - reservoir.
  • the slide covers in the valve housing a certain area, so that in this no connection to two terminals can be produced, but always a housing connection is closed.
  • overlap area is technically conditioned to connect the hydraulic Exclude route with the reservoir.
  • the valve 8, consisting essentially of a housing 1 and a slide 2, the u. a. is held by a compression spring 11 in a certain position.
  • a connection is used to introduce hydraulic oil for admission the pressing surface 14 of the slider 2 with a certain pressure, the pilot pressure.
  • the further holes are for connections to a pump 4, 4a and 4b, to a Reservoir 5 and 6 provided for hydraulic route.
  • the slider 2 is at a distance from the pressing surface 14 with a circumferential Groove 7 provided whose width is the distance between two adjacent connections plus their diameter. This ensures that the groove 7 in axial Movement of the slider 2 each two of the adjacent terminals 6, 4, 5 covered, is the distance of the groove 7 of the pressing surface 14 depending on the stop of the Slider 2 on the housing 1, resulting from the impact of the return surface 12 of the Slider 2 on the stop surface 9 of the housing 1 results.
  • the Ports 4a and 4b provided.
  • the Slider 2 on a radial incision 10 the diameter of the slider 2 on a certain diameter tapers. This is in the axial direction over a certain Maintain length until the subsequent stage, first of the original diameter of the slider 2 is reached again.
  • Another in continuation the slider 2 subsequent stage whose diameter is greater than its is original diameter is used with the housing 1 to form a stop.
  • the slider 2 is arranged in the radial direction with a centric Through hole 13 provided at two points of the circumference of the incision 10 penetrates and thereby affects its outer wall.
  • this bore 13 is equal to that of the terminals 4a and 4b.
  • the slider 2 is further provided with an axial center blind hole 17, starting out from whose réellefeder devisem end, with the through hole 13 coincides.
  • a bolt 18 is arranged, which is used to center the Slider 2 on the inner wall of the housing 1 is supported. Furthermore, the two holes 13 and 17 filled with hydraulic fluid.
  • the innermost stage of the incision 10 serves to receive a sliding ring 16, within the limitation of the step, d. H. from the outer wall of the through hole 13th up to the subsequent stage, is axially movable.
  • This sliding ring 16 has a Outer diameter, the inner diameter of the housing 1 at this point is adjusted. Its width is defined by the distance between the terminals 4a and 4b from each other plus the diameter of one of these ports, both Diameter, functionally, are the same size.
  • the surface of the Schieberings 16 roughened on the outer circumference, so that while this axially on the slide 2 is movable, but always a certain static friction to the inner wall of the housing 1 is guaranteed.
  • the arrangement and design of the Incision 10 of particular importance. Is the circumferential groove 7 in the Area of the housing 1, where only the terminal 4 remains open, the bore has 4a be congruent with the through hole 13. He is in this presentation the through hole subsequent incision 10 has, as already mentioned, on two steps, where the width of the innermost step is so great that they are the two ports 4a and 4b and their space covered. The subsequent stage must be so wide that it extends beyond the heel of the housing 1, so that in connection with the outermost stage in this position of the slider 2, a second Pressure chamber 20 is created. The two holes 13 and 17 together the third pressure chamber 21.
  • the slider 2 is in the vicinity of the left inner wall of the housing 1 of the valve 8.
  • a suitably dimensioned centrally mounted on the inner wall Spacer ensures that the slide 2 is always at a distance of the inner wall of the housing 1 is held, so that with a corresponding Pilot pressure biased hydraulic fluid introduced into the first pressure chamber 19 can be.
  • the slider 2 has as far in the direction Compression spring 11 moves, that the sliding ring 16, the terminal 4b closed and at the same time the connection 4a has opened. It has the third pressure chamber 21st hydraulic fluid at the same time the bolt 18 to the wall of the housing. 1 pressed, which has built up a pressure, which endeavors to break down again. This Pressure reduction causes the slide 2, led by the bolt 18, back into his Starting position is moved. Up to the time when the sliding ring 16 its right Has reached stop, the terminals 4 and 5 are connected together.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fluidischen Umschaltung, wobei die Zeit verkürzt zur Umschaltung des Fluids verkürzt wird. Dazu dient ein Drei-Wege-Ventil (8), das mit weiteren Anschlüssen zur Pumpe (4) versehen ist und der Schieber (2) eine entsprechende konstruktive Gestaltung erfährt. Mit Hilfe der Anschlüsse und zusätzlicher Druckspeicher im Schieber wird eine entsprechende Druckkraft gespeichert, die während des Umschaltvorganges, wenn die Anschlüsse zum fluidischen System und zum Vorratsbehälter verschlossen sind, dazu dient, der Bewegung des Schiebers zeitversetzt eine weitere Bewegung, die vom auf dem Schieber angeordneten Schiebering (16) ausgeführt wird, zu überlagem. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen Umschaltung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums in einer hydraulischen oder pneumatischen Strecke mittels einer Pumpe abhängig vom Vorsteuerdruck entweder in einen Vorratsbehälter oder in die hydraulische/pneumatische Strecke mit Hilfe eines Umschaltventils.
Die Steuerung beispielsweise eines Ölstromes in einer hydraulischen Strecke erfolgt in erster Linie über mindestens eine Pumpe, wobei die Richtung und die Durchflussmenge von in der hydraulischen Strecke angeordneten, entsprechend vorgesteuerten Ventilen festgelegt werden. Ein Ausgleich von Hydraulikmenge wird über einen Vorratsbehälter realisiert, so dass entsprechende Ventile oder Ventilanordnungen dafür vorgesehen sind, eine Flutumschaltung von der Pumpe entweder in die hydraulische Strecke oder in den Vorratsbehälter zu realisieren.
So ist es beispielsweise üblich, ein Rückschlagventil mit einer parallelen Drosselstrecke einzusetzen, wobei ein entsprechend konstruktiv ausgebildeter Drosseleinsatz in dieser Drosselstrecke als Mengenregler arbeitet. Weiterhin können mehrere Ventile unterschiedlicher Funktion, beispielsweise einer Rückschlag- und einer Überdruckventilfunktion, miteinander gekoppelt werden wie ein vorgesteuertes Druckregelventil mit einem Rückschlagventil. Hierbei steht der Federraum des Druckregelkolbens über eine weitere Drosselbohrung im Druckregelkolben selbst mit einem Druck- oder Pumpenanschluss in Verbindung. Steigt der anstehende statische Druck über den Einstellwert des Druckventils, wird dieses geöffnet und lässt dabei Hydraulikflüssigkeit zum Vorratsbehälter abfließen. Dieses Abfließen erzeugt einen Druckabfall im Federraum des Druckregelkolbens, wodurch die Schließkraft der Feder aufgehoben wird und der Druckregelkolben des Rückschlagventils öffnet den Weg zum Vorratsbehälter.
Für diese Lösung sind jedoch mehrere einzelne Ventile nötig, was einerseits technisch aufwendig ist und andererseits einen entsprechenden Platzbedarf erfordert.
Eine elegantere Lösung der Flutumschaltung bzw. der Steuerung der Druckmittelwege wird in der DE 37 23 672 C2 vorgestellt, die die Kombination der Funktionen mehrerer Ventile technisch in einer Ventileinheit umsetzt Hierbei wird ein Ventil zwischen zwei Gehäuseanschlüssen angeordnet. Das Gehäuse des Ventils ist mit zwei federbelasteten schieberartigen Verschlussstücken versehen, die in der Ventilbohrung gegeneinander verschiebbar sind. Dabei arbeitet das in einer Gehäusebohrung geführte Verschlussstück mit einem gehäusefesten Ventilsitz zusammen. Beide Federräume der Verschlussstücke stehen dabei miteinander in Verbindung. Das erste, als Ventilschieber arbeitende Verschlussstück, dient zur Steuerung mindestens eines Steueranschlusses, der mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden ist. Wird der Ventilschieber mit einem Druck beaufschlagt, der höher ist als die beiden Federkräfte in den Federräumen, hebt sich der Ventilschieber von seinem gehäusefesten Ventilsitz ab und verschließt dabei den Steueranschluss. Das andere Verschlussstück arbeitet als Druckregelkolben und steht mit den weiteren gehäuseseitigen Anschlüssen in Verbindung, die während dieses Vorganges entsprechend freigegeben oder geöffnet werden.
Dieser Vorgang der Flutumschaltung benötigt allerdings eine gewisse Zeit. So überdeckt der Ventilschieber während des Umschaltens für eine bestimmte Zeit einen definierten Bereich im Gehäuse, der technisch bedingt sein muss, damit die hydraulische Strecke nicht direkt mit dem Vorratsbehälter verbunden werden kann. In der Phase, wo der Ventilschieber die gehäuseseitigen Anschlüsse zur hydraulischen Strecke und zur Pumpe überdeckt, wird der sich sonst vor der Pumpe aufbauende Druck vom Druckbegrenzungsventil, das sich zwischen der hydraulischen Strecke und der Pumpe befindet, begrenzt.
Anstelle eines Druckbegrenzungsventils ist auch der Einsatz eines Rückschlagventils bekannt. Beim Einsatz eines Rückschlagventils ist allerdings nicht gewährleistet, dass es zuverlässig funktioniert. Steigt der Vorsteuerdruck, öffnet es sich. Fällt der Vorsteuerdruck ab, spricht es zeitverzögert an und Öl kann inzwischen sowohl in die hydraulische Strecke als auch in den Vorratsbehälter abfließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Fluid von einer Pumpe vorsteuerdruckabhängig in unterschiedliche Leitungsanschlüsse so umzuschalten, dass die dafür benötigte Zeit verkürzt und die Umschaltung mittels nur eines Ventils realisiert wird und dabei die Baugröße des Ventils nur eine unwesentliche Veränderung erfährt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst dass der Schieber ein erstes Schieberelement und ein zweites Schieberelement aufweist, die zumindest während eines Zeitintervalls des Umschaltvorganges unabhängig voneinander beschleunigt werden. Diese Beschleunigung dient dazu, den Umschaltvorgang zu verkürzen, um die während des Umschaltens vor der Pumpe auftretende Druckerhöhung so schnell wie möglich abzubauen, was u. a. zur Verlängerung der Lebensdauer der Pumpe führt.
Von Vorteil ist dabei die Fluidumschaltung von einer Pumpe entweder in eine fluidische Strecke oder in einen Vorratsbehälter mittels eines vorsteuerdruckabhängigen Drei-Wege-Ventils stattfinden zu lassen ohne ein zusätzliches Rückschlagventil einsetzen zu müssen
In vorteilhafter Weise wird der axialen Bewegung des Schiebers im Ventil eine weitere axiale Bewegung überlagert, woraus sich eine resultierende Bewegung ergibt, die das Ergebnis der Addition gleich- und entgegengerichteter Kräfte ist, wobei diese Kräfte während des Umschaltvorganges zeitgleich oder zeitversetzt auf den Schieber einwirken.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, im Schieber eine definierte Ölmenge zu speichern, die während des Umschaltvorganges in die vorbestimmte Richtung lenkbar ist
Zur Realisierung dieser Abläufe und damit zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist es besonders vorteilhaft, dass eine Pumpe entweder mit einer fluidischen Strecke oder mit einem Vorratsbehälter mittels eines vorsteuerdruckabhängigen Drei-Wege-Ventils verbunden ist. das einen zweiteiligen Schieber mit einem ersten Schieberelement und einem zweiten Schieberelement enthält und dass das Gehäuse des Ventils über weitere Anschlüsse zur Pumpe verfügt, die sich an die vorhandenen Anschlüsse in axialer Richtung anschließen und sowohl von diesen als auch voneinander beabstandet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung verringert sich nach dem zweiten weiteren Pumpenanschluss in Richtung Druckfeder die Wandstärke des Gehäuses absatzartig und bleibt für den restlichen Gehäuseteil gleich. Die am Absatz entstandene radiale Ringfläche bildet zugleich die Anschlagfläche für den im Gehäuse geführten Schieber.
Weiterhin ist von Vorteil, dass der Schieber vor seinem druckfederseitigen Ende einen Einschnitt aufweist, der in zwei entsprechend breiten Stufen in Richtung dieses Endes den Durchmesser des Schiebers wieder erreicht und mit einer weiteren äußersten Stufe sich dem Innendurchmesser des Gehäuses anpasst. Diese stufenartige Gestaltung des Einschnitts hat den Vorteil, dass auf diese Weise gleichzeitig definierte Anschläge realisiert werden können. So bietet sich durch die konstruktive Gestaltung des Gehäuses an, dass die mit der äußersten Stufe des Schiebers erzeugte radiale Ringfläche die Rückführfläche bildet und in vorteilhafter Weise mit der Anschlagfläche den Weg der Druckfeder begrenzt.
In vorteilhafter Weise ist der Schieber in radialer Richtung mit einer zentrisch angeordneten Durchgangsbohrung versehen Der Durchmesser dieser Bohrung ist gleich dem Durchmesser der beiden zusätzlichen Pumpenanschlüsse zu wählen, um eine sichere Verbindung zwischen Pumpe und Schieber herstellen zu können und keine Druckverluste zu erzielen.
Weiterhin ist von Vorteil, den Abstand der Durchgangsbohrung von der Andrückfläche so zu wählen, dass zu dem Zeitpunkt, wo sich die Nut des Schiebers im Überdeckungsbereich befindet, der Schieber über diese Durchgangsbohrung mit dem zusätzlichen linken Pumpenanschluss verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Schieber, von dessen druckfederseitigem Ende ausgehend, achsmittig eine in die Durchgangsbohrung einmündende Grundlochbohrung vorgesehen, in der ein Bolzen geführt wird.
Die im Schieber vorgesehenen Bohrungen, die im rechten Winkel zu einer Leitung verbunden sind, dienen zusammen mit dem stufenartigen Einschnitt zur Aufnahme eines definierten Ölvolumens, mit dem sich im Bedarfsfall durch Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung Bewegungen von Bauteilen ausführen lassen. So wird damit der in der Grundlochbohrung vorhandene Bolzen innerhalb der Grundlochbohrung entweder in Richtung Gehäusewand oder in Richtung Bohrung bewegt. Dabei ist es vorteilhaft, dass er eine bestimmte Länge aufweist, um außerdem für den Schieber im Gehäuse zentrieren zu können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass funktionsbedingt die Breite der innersten Stufe des Einschnitts definiert wird durch die Entfernung zwischen äußerer Wandung des Durchmessers der Durchgangsbohrung bis zum Absatz der sich anschließenden zweiten Stufe und sich die Breite der zweiten Stufe aus der Summe der Durchmesser der beiden zusätzlichen Pumpenanschlüsse und deren Abstand voneinander ergibt.
Weiterhin ist von Vorteil, dass sich die Breite der zweiten Stufe des Einschnitts an die der innersten anschließt und über die absatzartige Verringerung der Wandstärke des Gehäuses hinausgeht. Damit wird ein zusätzlicher Druckraum gebildet, der ebenso dazu dient, die axiale Bewegung des Schiebers zu beeinflussen.
Vorteilhaft ist außerdem, dass auf der innersten Stufe des Einschnitts ein Schiebering aufgebracht ist, der sich auf dieser axial bewegen kann. Damit wird die Masse des Schiebers in zwei Teilmassen aufgeteilt. Die miteinander in Wirkverbindung stehenden Massen können somit mit unterschiedlichen, großen Kräften beaufschlagt werden, deren Richtung ebenfalls unterschiedlich sein kann.
Weiterhin ist von Vorteil, dass der Außendurchmesser des Schieberings mit dem Innendurchmesser des Gehäuses korrespondiert, d. h., dass beide aneinander anliegen. Damit wird gewährleistet, dass einerseits der jeweilige zusätzliche Pumpenanschluss verschlossen werden und andererseits sich der in der zweiten Druckkammer aufgebaute Druck nicht unkontrolliert abbauen kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ergibt sich die Breite des Schieberings aus der Differenz der Breite der innersten Stufenbreite und dem Durchmesser des Anschlusses. Damit ist sichergestellt, dass immer ein zusätzlicher Pumpenanschluss offen ist, wenn sich der Schiebering in einer seiner Endstellungen auf der innersten Stufe befindet.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Oberflächenrauhigkeit von Außen- und Innendurchmesser des Schieberings unterschiedlich ist. Von besonderem Vorteil ist, wenn die Rauhigkeit der Oberfläche am Außendurchmesser des Schieberings höher ist als am Innendurchmessers. Dadurch wird eine Haftreibung zwischen der Oberfläche des Schieberings und der Fläche des Innendurchmessers des Gehäuses erreicht, die ausgenutzt wird, um eine Verzögerung bei Umkehr der Bewegungsrichtung des Schiebers zu erreichen.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Schieber und Schiebering aus metallischem Werkstoff hergestellt ist. Allerdings können beide ebenso gut aus nichtmetallischem Werkstoff sowie aus Plastwerkstoff bestehen. Ebenso können die beiden Bauteile unterschiedliche Materialien aufweisen. Das ist vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig.
Die Vorrichtung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, wobei sich die Ausführungen auf eine hydraulische Strecke beziehen.
Es zeigen:
Fig. 1:
eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung in einer hydraulischen Strecke
Fig. 2 - 5:
die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Umschaltventils bei unterschiedlichen Vorsteuerdrücken.
Aus der Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise der Erfindung in einer hydraulischen Strecke ersichtlich. Ein Umschaltventil in Form eines Drei-Wege-Ventils, das über zwei Anschlüsse mit einer Baugruppe verbunden ist, wird von einer nicht dargestellten Steuerung, mit einem Vorsteuerdruck, der von einem Kolben ausgeführt wird, beaufschlagt. Dadurch wird der im Ventil vorhandene Schließkörper bzw. Schieber so bewegt, dass die gewünschten Leitungen miteinander verbunden werden.
Gemäß Fig. 1 ist im Wesentlichen eine Verbindung von der Pumpe zur hydraulischen Strecke erkennbar, die bei fallendem Vorsteuerdruck vom Schließkörper des Ventils unterbrochen wird, um die Verbindung hydraulische Strecke - Vorratsbehälter - herzustellen. Bis zur Ausführung der Umschaltung zu einer anderen Verbindung, wodurch gleichzeitig die Umlenkung des Hydraulikflusses erreicht wird, überdeckt der Schieber im Ventilgehäuse einen bestimmten Bereich, so dass in diesem keine Verbindung zu zwei Anschlüssen herstellbar ist, sondern immer ein Gehäuseanschluss verschlossen wird. Dieser Überdeckungsbereich ist jedoch technisch bedingt, um eine Verbindung der hydraulischen Strecke mit dem Vorratsbehälter auszuschließen. Um dieser technischen Forderung nachzukommen, den Umschaltvorgang jedoch zeitlich zu verkürzen, dient die mit dem Ventil gekoppelte Baugruppe, deren Wirkungsweise anhand der Figuren 2 bis 4 näher beschrieben wird.
Aus den Figuren 2 bis 4, die jeweils die Anordnung der erfindungsgemäßen Lösung wiedergeben, wird die Wirkungsweise des Umschaltventils ersichtlich.
Das Ventil 8, bestehend im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1 und einem Schieber 2, der u. a. von einer Druckfeder 11 in einer bestimmten Stellung gehalten wird. Das Gehäuse 1, dessen Wandstärke zur Bildung eines Absatzes druckfederseitig stufenartig reduziert ist, verfügt über 6 Bohrungen bzw. Anschlussmöglichkeiten für entsprechende Leitungen. Dabei dient ein Anschluss zur Einleitung von Hydrauliköl zur Beaufschlagung der Andrückfläche 14 des Schiebers 2 mit einem bestimmten Druck, dem Vorsteuerdruck. Die weiteren Bohrungen sind für Anschlüsse an eine Pumpe 4, 4a und 4b, an einen Vorratsbehälter 5 sowie zur hydraulischen Strecke 6 vorgesehen.
Der Schieber 2 ist in einem Abstand von der Andrückfläche 14 mit einer umlaufenden Nut 7 versehen, deren Breite sich aus dem Abstand zweier benachbarter Anschlüsse zuzüglich deren Durchmesser ergibt. Damit gewährleistet ist, dass die Nut 7 bei axialer Bewegung des Schiebers 2 jeweils zwei der benachbarten Anschlüssen 6, 4, 5 überdeckt, ist der Abstand der Nut 7 von der Andrückfläche 14 abhängig vom Anschlag des Schiebers 2 am Gehäuse 1, der sich aus dem Auftreffen der Rückführfläche 12 des Schiebers 2 auf die Anschlagfläche 9 des Gehäuses 1 ergibt.
Für die Realisierung weiterer Pumpenanschlüsse sind im Gehäuse 1 des Ventils 8 die Anschlüsse 4a und 4b vorgesehen. Zur Steuerung der Anschlussmöglichkeit, dass entweder der Anschluss 4a oder der Anschluss 4b zur Pumpe freigegeben wird, weist der Schieber 2 einen radialen Einschnitt 10 auf, der den Durchmesser des Schiebers 2 auf einen bestimmten Durchmesser verjüngt. Dieser wird in axialer Richtung über eine bestimmte Länge beibehalten, bis über die sich daran anschließende Stufe zunächst der ursprüngliche Durchmesser des Schiebers 2 wieder erreicht wird. Eine weitere in Fortführung des Schiebers 2 sich anschließende Stufe, deren Durchmesser größer als dessen ursprünglicher Durchmesser ist, dient mit dem Gehäuse 1 zur Bildung eines Anschlages. Außerdem ist der Schieber 2 in radialer Richtung mit einer zentrisch angeordneten Durchgangsbohrung 13 versehen, die an zwei Stellen des Umfangs den Einschnitt 10 durchdringt und diesen dabei mit ihrer Außenwand tangiert. In vorteilhafter Weise ist der Durchmesser dieser Bohrung 13 gleich dem der Anschlüsse 4a bzw. 4b. Der Schieber 2 ist weiterhin mit einer achsmittigen Grundlochbohrung 17 versehen, die ausgehend von dessen druckfederseitigem Ende, mit der Durchgangsbohrung 13 zusammentrifft. In dieser Grundlochbohrung ist ein Bolzen 18 angeordnet, der sich zur Zentrierung des Schiebers 2 an der Innenwand des Gehäuses 1 abstützt. Weiterhin sind die beiden Bohrungen 13 und 17 mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt.
Die innerste Stufe des Einschnitts 10 dient zur Aufnahme eines Schieberings 16, der innerhalb der Begrenzung der Stufe, d. h. von der Außenwand der Durchgangsbohrung 13 bis zu der sich anschließenden Stufe, axial beweglich ist. Dieser Schiebering 16 hat einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Gehäuses 1 an dieser Stelle angepasst ist. Seine Breite wird definiert durch den Abstand der Anschlüsse 4a und 4b voneinander zuzüglich des Durchmessers eines dieser Anschlüsse, wobei beide Durchmesser, funktionsbedingt, gleich groß sind. Des Weiteren ist die Oberfläche des Schieberings 16 am Außenumfang aufgeraut, so dass dieser zwar axial auf dem Schieber 2 bewegbar ist, jedoch immer eine bestimmte Haftreibung zur Innenwand des Gehäuses 1 gewährleistet ist.
Zum Aufbringen des Schieberings 16 auf die innerste Stufe des Einschnitts 10 ist es vorteilhaft, den Schieber entweder an der Stelle zu teilen, wo die nachfolgende Stufe beginnt, oder den Durchmesser der innersten Stufe als Ansatz bis zu dessen Ende beizubehalten und mit einem Gewinde zu versehen. Das weitere stufenartige Teilstück des Schiebers 2, das ein entsprechendes Innengewinde aufweist, kann dann mit dem ersten Teilstück verschraubt werden. Es sind auch andere Verbindungsmöglichkeiten beider Teilstücke denkbar, wie z. B. Kleben, Schweißen oder dergleichen, die abhängig sind vom gewählten Material des Schiebers 2. Eine andere Lösung des Problems würde sich durch eine Teilung des Schieberings 16 in mindestens zwei Teile anbieten, die dann nach dem Aufbringen auf die innerste Stufe wieder zusammengefügt werden müssten.
Für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die Anordnung und Gestaltung des Einschnitts 10 von besonderer Bedeutung. Befindet sich die umlaufende Nut 7 in dem Bereich des Gehäuses 1, wo nur der Anschluss 4 geöffnet bleibt, muss die Bohrung 4a deckungsgleich mit der Durchgangsbohrung 13 sein. Der sich in dieser Darstellung an die Durchgangsbohrung anschließende Einschnitt 10 verfügt, wie bereits genannt, über zwei Stufen, wobei die Breite der innersten Stufe so groß ist, dass sie die beiden Anschlüsse 4a und 4b nebst deren Zwischenraum überdeckt. Die sich anschließende Stufe muss so breit sein, dass sie dabei über den Absatz des Gehäuses 1 hinausreicht, so dass in Verbindung mit der äußersten Stufe in dieser Stellung des Schiebers 2 ein zweiter Druckraum 20 geschaffen wird. Die beiden Bohrungen 13 und 17 bilden zusammen den dritten Druckraum 21.
Gemäß Fig. 2 befindet sich der Schieber 2 in der Nähe der linken Innenwand des Gehäuses 1 des Ventils 8. Ein entsprechend dimensionierter mittig an der Innenwand angebrachter Abstandshalter sorgt dafür, dass der Schieber2 immer in einem Abstand von der Innenwand des Gehäuses 1 gehalten wird, damit die mit einem entsprechenden Vorsteuerdruck behaftete Hydraulikflüssigkeit in den ersten Druckraum 19 eingebracht werden kann. Sind die beiden Kräfte, die auf die Endflächen des Schiebers 2 wirken im Gleichgewicht, nimmt dieser die in Fig. 2 dargestellte Position ein, d. h. die Pumpe 4 ist mit der hydraulischen Strecke 6 verbunden. Steigt der Vorsteuerdruck im ersten Druckraum 19 und damit die Kraft, die der Kraft der Druckfeder 11 entgegen gerichtet ist an, wird das Kräftegleichgewicht innerhalb des Ventils 8 aufgehoben und die gegen die Andrückfläche 14 drückende Hydraulikflüssigkeit bewegt den Schieber 2 in Richtung Druckfeder 11. Bei dieser axialen Bewegung gelangt die umlaufende Nut 7 in den Bereich der Anschlüsse 6 und 4. Der Schiebering 16, an seiner linken Begrenzung anliegend, wird dabei mitbewegt.
Gleichzeitig hebt sich die Rückführfläche 12 des Schiebers 2 von der Anschlagfläche 9 des Gehäuses 1 ab und Hydraulikflüssigkeit kann über den Anschluss 4b in den freien Raum des Einschnitts 10 sowie in den, durch die beiden entgegen gesetzt gerichteten Stufen von Schieber 2 und Gehäuse 1 gebildeten, zweiten Druckraum 20 fließen. Die Bewegung in dieser Richtung setzt sich so lange fort, bis der Umschaltvorgang abgeschlossen ist, d. h. bis die Nut 7 des Schiebers 2 die Anschlüsse 4 und 5 freigibt.
In der Fig. 3 wird die Überschreitung des Überdeckungsbereichs 15 durch die umlaufenden Nut 7 gezeigt. Bis zum Abschluss des Umschaltvorganges konnte sich über den Anschluss 4b Hydraulikflüssigkeit in der zweiten Druckkammer 20 ansammeln, was gleichzeitig den Vorteil hat, dass sich der Druck, der sich durch das Verschließen einer Leitung vor der Pumpe aufgebaut hat, wieder abbauen kann. Die sich in der zweiten Druckkammer 20 befindende Hydraulikflüssigkeit bewirkt, dass der Schiebering 16 weiter seine Position beibehält.
Ist der Umschaltvorgang abgeschlossen, wie aus Fig. 4 ersichtlich, so dass die Anschlüsse 4 und 5 miteinander verbunden sind, hat sich der Schieber 2 soweit in Richtung Druckfeder 11 bewegt, dass der Schiebering 16 den Anschluss 4b geschlossen und gleichzeitig der Anschluss 4a geöffnet hat. Dabei hat die sich im dritten Druckraum 21 befindende Hydraulikflüssigkeit gleichzeitig den Bolzen 18 an die Wand des Gehäuses 1 gedrückt, wobei sich ein Druck aufbaut hat, der bestrebt ist, sich wieder abzubauen. Dieser Druckabbau führt dazu, dass der Schieber 2, geführt vom Bolzen 18, wieder in seine Ausgangslage bewegt wird. Bis zu dem Zeitpunkt, wo der Schiebering 16 seinen rechten Anschlag erreicht hat, sind die Anschlüsse 4 und 5 miteinander verbunden.
Fällt der Vorsteuerdruck, was aus der Fig. 5 deutlich hervorgeht, bewegt sich der Schieber 2 wieder in die entgegengesetzte Richtung. Der Schiebering 16 behält, auf Grund seiner erhöhten Reibung, an der Innenwand des Gehäuses 1 zunächst seine Position bei. Ein Druckausgleich, ausgelöst von der dritten Druckkammer 21, kann nunmehr über den mit der Durchgangsbohrung 13 verbundenen Anschluss 4a erfolgen. Während dieses Vorgangs hat sich nur der Schieber 2 bewegt und der Schiebering 16 ist an seinem rechten Anschlag verblieben. Die umlaufende Nut 7 hat befindet sich nun wieder im Überdeckungsbereich. Gleichzeitig hat sich durch die Verschiebung des Schieberings 16 in der zweiten Druckkammer 20 ein Druck aufgebaut, der ebenfalls bestrebt ist, sich auszugleichen und dadurch den Schiebering 16 wieder an seine linke Anschlagfläche bewegt. Jetzt ist der Anschluss 4b geöffnet und der Umschaltvorgang ist in dieser Richtung abgeschlossen.
Kurzzeichenliste
1 Gehäuse
2 Schieber
3 Druckanschluss
4 Pumpenanschluss
4a Pumpenanschluss
4b Pumpenanschluss
5 Anschluss Vorratsbehälter
6 Anschluss hydraulische Strecke
7 Umlaufende Nut
8 Ventil
9 Anschlagfläche
10 Stufenartiger Einschnitt
11 Druckfeder
12 Rückführfläche
13 Durchgangsbohrung
14 Andrückfläche
15 Überdeckungsbereich
16 Schiebering
17 Grundlochbohrung
18 Bolzen
19 Erster Druckraum
20 Zweiter Druckraum
21 Dritter Druckraum

Claims (26)

  1. Verfahren zur Freigabe eines Ausgangsanschlusses mit Hilfe eines Ventils (8), das ein Gehäuse (1) mit einem Eingangsanschluss (3) und einem ersten Ausgangsanschluss (6) und einem zweiten Ausgangsanschluss (5) aufweist und mit einem im Gehäuse (1) bewegbaren Schieber (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (2) ein erstes Schieberelement (2) und ein zweites Schieberelement (16) aufweist, die zumindest während eines Zeitintervalls des Umschaltvorganges unabhängig voneinander beschleunigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidumschaltung von einer Pumpe entweder in eine fluidische Strecke (6) oder in einen Vorratsbehälter (5) mittels eines vorsteuerdruckabhängigen Drei-Wege-Ventils (8) stattfindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstieg oder Abfall des Vorsteuerdrucks eine axiale Bewegung des Schiebers (2) im Ventil (8) auslöst, die von einer weiteren axialen Bewegung überlagert wird.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die resultierende Bewegung des Schiebers (2) ergibt aus der Addition gleich- und entgegengerichteter Kräfte.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung der Bewegung des Schiebers (2) während des Umschaltvorganges zeitgleich oder zeitversetzt erfolgt.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Schieber (2) gespeicherte Ölmenge während des Umschaltvorgangs in die vorbestimmte Richtung lenkbar ist.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe entweder mit einer fluidischen Strecke (6) oder mit einem Vorratsbehälter (5) mittels eines vorsteuerdruckabhängigen Drei-Wege-Ventils (8) verbunden ist. das einen zweiteiligen Schieber (2) mit einem ersten Schieberelement (2) und einem zweiten Schieberelement (16) enthält.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) des Ventils (8) über weitere Anschlüsse zur Pumpe (4a und 4b) verfügt, die sich an die vorhandenen Anschlüsse (6, 4, 5) in axialer Richtung anschließen und sowohl von diesen als auch voneinander beabstandet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich druckfederseitig nach dem Anschluss (4b) die Wandstärke des Gehäuses (1) absatzartig verringert und für den restlichen Gehäuseteil gleich bleibt und die am Absatz entstandene radiale Ringfläche die Anschlagfläche (9) bildet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (2) vor seinem druckfederseitigen Ende einen Einschnitt (10) aufweist, der in zwei entsprechend breiten Stufen in Richtung dieses Endes den Durchmesser des Schiebers (2) wieder erreicht und mit einer weiteren äußersten Stufe sich dem Innendurchmesser des Gehäuses (1) anpasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der äußersten Stufe gebildete radiale Ringfläche die Rückführfläche (12) bildet, die mit der Anschlagfläche (9) den Weg der Druckfeder (11) begrenzt.
  12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (2) in radialer Richtung mit einer zentrisch angeordneten Durchgangsbohrung (13) versehen ist, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser der Anschlüsse (4a) und (4b) ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Durchgangsbohrung (13) von der Andrückfläche (14) so gewählt wird, dass währenddem sich die Nut (7) des Schiebers (2) im Überdeckungsbereich (15) befindet, über die Durchgangsbohrung (13) eine Verbindung zum Anschluss (4a) hergestellt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Schieber (2), von dessen druckfederseitigem Ende ausgehend, achsmittig eine in die Durchgangsbohrung (13) einmündende Grundlochbohrung (17) vorgesehen ist, in der ein Bolzen (18) geführt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bolzen (18) endseitig an der Innenwand des Gehäuses (1) abstützt und eine Länge aufweist, die kleiner oder gleich der der Grundlochbohrung (17) ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der innersten Stufe des Einschnitts (10) definiert wird durch die Entfernung zwischen äußerer Wandung des Durchmessers der Durchgangsbohrung (13) bis zum Absatz der sich anschließenden zweiten Stufe.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der zweiten Stufe aus der Summe der Durchmesser der Anschlüsse (4a) und (4b) und deren Abstand voneinander ergibt.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der zweiten Stufe des Einschnitts (10) an die der innersten anschließt und über die absatzartige Verringerung der Wandstärke des Gehäuses (1) hinausgeht
  19. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der innersten Stufe des Einschnitts (10) ein Schiebering (16) aufgebracht ist, der sich auf dieser axial bewegen kann.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Schieberings (16) mit dem Innendurchmesser des Gehäuses (1) korrespondiert.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Schieberings (16) mit dem Innendurchmesser des Gehäuses (1) eine Reibpaarung bildet.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Schieberings (16) mit dem Durchmesser des Einschnitts (10) einen Spalt bildet.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des Schieberings (16) ergibt aus der Differenz der Breite der innersten Stufenbreite und dem Durchmesser des Anschlusses (4a).
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit von Außen- und Innendurchmesser des Schieberings (16) unterschiedlich sind.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit der Oberfläche des Außendurchmessers des Schieberings (16) höher als die des Innendurchmessers ist.
  26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Schieber (2), Schiebering (16) und Gehäuse aus metallischem oder nichtmetallischem Werkstoff oder Kunststoff herstellbar sind.
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