EP2488764A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Ventilanordnung

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EP2488764A1
EP2488764A1 EP10768695A EP10768695A EP2488764A1 EP 2488764 A1 EP2488764 A1 EP 2488764A1 EP 10768695 A EP10768695 A EP 10768695A EP 10768695 A EP10768695 A EP 10768695A EP 2488764 A1 EP2488764 A1 EP 2488764A1
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EP
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pressure
valve
piston
pressure medium
pilot
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Philipp Hilzendegen
Peter Bruck
Hermann Albert
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Hydac Fluidtechnik GmbH
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Hydac Fluidtechnik GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for pressure control of a pressure medium from a pressure medium pump to at least a first consumer, with a pilot operated pressure control valve, acted upon by the pressure medium main piston and a pilot piston, wherein a pressure space between a piston rear side of the main piston and the pilot piston can be relieved.
  • Pressure control valves are used regularly. In this case, the not controlled by the pressure control valve pressure medium flow is discharged under relatively large power and pressure losses for a pressure medium pump via a pressure relief valve.
  • LS load-sensing pressure from the load tap of the consumer is present in a pressure chamber after the pilot piston.
  • the pump pressure can be essentially compared with the spring preload on the control piston plus the pressure at the load (LS) and at a decommissioning division of the consumer dissipate the pressure medium with less energy loss than when used with a pressure relief valve.
  • the power loss of such known pilot-operated pressure control valves with pressure compensator function can not be completely avoided.
  • DE 103 22 585 A1 describes a valve arrangement for regulating the pressure of a pressure medium from a pressure medium pump to a consumer, wherein a main control valve can be hydraulically actuated by a pilot valve.
  • a valve modular system with at least one valve housing having at its opposite ends both inside and outside the circumference and inside the housing standardized nominal sizes for attaching further valve components.
  • Such valve components may be a valve piston, an energy store, a pilot valve and at least one fluid port for defining the valve assembly formed in the manner of a Einschraubpatrone in an environment.
  • DE 10 2005 059 240 A1 shows and describes a hydrostatic drive system with a variable-stroke pressure medium pump which supplies a consumer with pressure medium via control valves.
  • a variable-stroke pressure medium pump which supplies a consumer with pressure medium via control valves.
  • serving as a recirculation pressure compensator is set to a minimum control pressure difference.
  • the pressure medium pump is set to a minimum delivery volume, wherein the pressure medium flow coming from the pressure medium pump via the pressure compensator flows with low power losses to a pressure medium container.
  • DE 689 08 31 7 12 describes a pressure control valve whose main valve is pilot-controlled by a pilot valve which is arranged in a common valve housing. Based on this prior art, the present invention seeks to provide a valve arrangement for pressure control of a pressure medium, which allows a further minimization of the pressure loss when no consumer is connected. This object is achieved with a valve arrangement having the features of patent claim 1 in its entirety.
  • a valve arrangement for pressure control of a pressure medium is provided by a pressure medium pump to a consumer, which provides a pilot-operated pressure control valve with a spring-loaded main piston.
  • a pilot piston which controls a valve seat for a fluid-carrying connection to a back pressure chamber of the main piston, is part of the pressure control valve.
  • the piston-back pressure chamber of the main piston is pressurized by the pump pressure via a first throttle in the main piston, so that the recirculation pressure compensator thus formed allows a comparison between the pump pressure and the pressure at the load tap plus the spring preloads of the main control piston and the pilot piston.
  • a by the respective set spring voltages higher pressure of the pressure medium pump than the pressure at the load tap of the consumer turns it.
  • it is further provided to arrange a relief valve for the space between the main piston and the pilot piston.
  • the relief valve is formed as a poppet or poppet valve, wherein a valve element of the relief valve is arranged such that at no pressure of the load tap, which corresponds to a de-operation division of the consumer, a pressure medium flow from the space between main piston and pilot piston to a pressure medium tank, tank or in the LS-line allows.
  • the relief valve When operating in non-pressurized circulation, the relief valve is open and the main valve can also be opened.
  • the pilot valve is closed.
  • the relief valve according to the invention thus enables a substantial reduction of the pressure losses of the valve assembly in comparison to the known circuits of circulation pressure compensators.
  • a second channel portion of the longitudinal channel is fluidly associated with the second pressure chamber, which is Deutschenfahrbar by the pilot piston.
  • the second throttle can serve as an attenuator for the relief valve.
  • the relief valve is arranged in the housing of the pressure control valve.
  • the valve element of the relief valve is axially movable in one Longitudinal bore out. Via at least one annular recess in the housing of the pressure regulating valve or in the valve element of the relief valve, a fluid-conducting connection to one or the other channel section of the longitudinal channel can be produced in at least one displacement position of the valve element.
  • the valve element of the relief valve is preferably biased by means of an energy accumulator (compression spring) in the direction of the second pressure chamber, which is passable by the pilot piston.
  • the pilot piston of the pilot valve can in this case control a fluid-conducting connection between a load tap LS and a free, the energy storage opposite side of the valve element of the relief valve.
  • the valve element of the relief valve blocks a fluid-conducting connection between the pressure chamber of the main piston and the pressure fluid reservoir.
  • the valve element of the relief valve is brought under the action of the energy storage in a movement position in which a direct fluid-conducting connection between the pressure chamber of the main piston is opened via the relief valve to the pressure medium container.
  • Pressure fluid flows through the annular recess on the relief valve.
  • the annular recess is connected to the second pressure chamber of the pilot piston or of the pressure chamber through which the pilot piston can carry fluid.
  • the relief valve can be arranged in parallel arrangement to the pressure regulating valve between a pressure medium pump and the pressure medium container.
  • the relief valve may be directly piloted, but it may also be advantageous to form the relief valve as an electrically operable 2/2-way valve, which is controlled for example by a pressure signals of a pressure sensor processing control and / or regulating device.
  • Fig.l b is a detail I in Figure 1 a;
  • Fig.l c is a schematic, not to scale longitudinal section through a valve assembly according to the invention with a relief valve in the control position of the main valve and the pilot valve with closed switching position of the relief valve;
  • Fig.ld a detail I in Fig.lc; a further embodiment of a pressure regulating valve according to the invention with a relief valve;
  • Fig. T f is a detail I in Fig.1 e;
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram for a further embodiment of the valve arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further hydraulic circuit diagram of a further embodiment of the valve arrangement with a connection of a relief valve after a first throttle and before a second throttle between the main control valve and the pilot valve of the pressure regulating valve; 4 and 5 further embodiments in the manner of a hydraulic
  • 1 a shows a closed, hydraulic circuit of a valve arrangement 1, with a constant-pressure medium pump 3 for supplying a consumer 4 with pressure medium 2.
  • the consumer 4 is shown as a hydraulic motor with two possible directions of flow.
  • the consumer 4 is driven by an electrically operated 4/3-way valve 19.
  • This valve control is preceded by a 2/2-way valve 20 with pressure limiting function in the open switching position.
  • two consumers 4 are connected in parallel with each identical valve control technology, which can be supplied by the constant-pressure medium pump 3.
  • the hydraulic system provides a constant-pressure fluid pump 3 as a cheaper alternative to a variable, but requires control of their flow to operate the consumer 4 with a predetermined speed can. It requires a flow control valve, in particular a pressure control valve, which overall represents a simpler overall solution, which incidentally is more cost-effective than that which results when using a variable displacement.
  • a flow control valve in particular a pressure control valve, which overall represents a simpler overall solution, which incidentally is more cost-effective than that which results when using a variable displacement.
  • FIG. 1 a is to represent a load-independent constant speed of both consumers 4, a single pressure control valve 5 with a feedforward control, taking into account a load tap LS for both consumers 4 is provided.
  • the load tap LS is in each case initially separated at each changeover valve 18 for each consumer 4.
  • a check valve 22 is switched into the hydraulic circuit before each changeover valve 18.
  • Each check valve 22 In this case, the same set opening pressure and opens in the direction of the pressure regulating valve 5, in particular in the direction of its load-sensing connection LS.
  • the operation of the pressure control valve 5 corresponds to a pilot-operated rotary pressure balance 1 7, wherein in a common housing 12 three different functionally different valves are summarized.
  • the basic functional connection of the valves is also shown in Figure 2 in a schematic circuit diagram in dissolved construction.
  • a main valve 23 having a main piston 6 and a biasing compression spring 24,
  • a relief valve 10 formed as a miniature valve with a valve element 27 or relief valve piston and an energy store 28 holding it in the direction of a closed position.
  • the main piston 6 in a bore 29 of the housing 12 is longitudinally displaceably guided in a main valve control section.
  • the main piston 6 controls a centrally and axially guided into the housing 12 pressure medium inlet 30.
  • a possible fluid-conducting connection to a radially out of the housing 12 Druckstoffan- circuit 31, which optionally consists of several radially arranged passage holes in the housing 12 and is connected to a pressure medium container 1 1, from which the pressure medium pump 3 pressure means for the hydraulic circuit is removed, produced.
  • the main valve 23 is designed in terms of its effective cross-section such that the entire volume flow of pressure medium from the 2 i con- stant pressure pump 3 are directed to the pressure fluid reservoir 1 1 can.
  • a first throttle 13 is arranged in the form of a through hole or bore with a definable diameter in its piston crown. This makes it possible that the pressure on the pump side is reported to the piston rear side 9 of the main piston 6.
  • the main piston 6 is formed substantially as a cylindrical sleeve with a piston crown as a fluid separation, so that on the piston rear side 9 a cup-shaped pressure chamber 8 is formed, which serves for centering and receiving the compression spring 24 and the further pressure medium 2 can accommodate.
  • a bore 32 with a diameter of about 1/5 of the guided in the valve housing 12 main piston 6 is centrally mounted.
  • the bore 32 has a second, second throttle 14 approximately at its axial center.
  • the bore 32 is divided into a first channel section 32 'and a second channel section 32'.
  • the first channel section 32 ' is the one Pressure chamber 8 of the main valve 23 associated, the second channel section 32 ", however, is a second pressure chamber 35, which is Wegbar by the pilot piston 7 assigned.
  • the pilot piston 7 in turn is formed as a flat disc with a centering aid 33 in the form of a truncated cone for a compression spring 26.
  • the pilot piston 7 is acted upon by the force of the compression spring 26, which is supported with radial play in a bore 34 for the pilot piston 7 and the compression spring 26.
  • the piston front side, second pressure chamber 35 is the same pressure chamber as the space 34, in which the compression spring 26 is introduced. So far there is no need for poetry.
  • the space 34 of the pilot valve piston 7 opens a, the housing wall of the housing 12 traversing hole 36 for the load tap LS consumer 4.
  • the flow pressure of the pilot valve 25 results from the pressure defined by the pressure spring 26 plus the pressure at the load tap LS , Is the pump pressure greater than the pressure in LS and that of the pressure set the 26 of the pilot piston 7 and set by the spring 24 of the main piston pressure, so the pilot valve 25 opens and due to the main valve 23 and pressure medium can flow through the main valve 23 to the pressure medium container 1 1.
  • FIGS. 1 f further show the pressure control valve 5 is additionally the relief valve 10 with a valve element 27 which is arranged in an axial region A in a longitudinal bore 40 movable between the pilot valve 25 and the main valve 23, in particular in parallel.
  • the relief valve 10 which is shown in its integration into the housing 12 in an enlarged view in Figures 1 b, d and f, is radially laterally offset from a longitudinal axis 37 of the valve housing 12 and has an approximately same diameter as through The bore 32 formed load bore above and below the second throttle 14.
  • a valve element 27 or a relief valve piston is shown abutting an upper stop, to which it terminates approximately flush with the end of the bore 34 for receiving the pilot piston 7.
  • the relief valve piston is of a smaller energy storage 28, a compression spring, for example, a flow pressure of 0.5 bar, spring-loaded at its opposite end in the sense of an open position.
  • a compression spring for example, a flow pressure of 0.5 bar, spring-loaded at its opposite end in the sense of an open position.
  • an annular recess 41 which is formed as an annular groove 38 in the periphery of the relief valve piston, is provided.
  • 1 b, 1 c and 1 d of the valve assembly 1 communicates the annular recess 41 each with the first channel portion 32 'of the bore 32.
  • the relief valve piston assumes the position shown in Fig.la, 1 e and I f.
  • the annular groove 38 thereby comes into coincidence with an associated opening 39 of the bore 34.
  • Pressure medium can thus be from the pressure chamber 8 on the piston rear side 9 of the main piston 6 via the bore 32, the opening 39 and a connection line 42 communicating with the opening Housing 12 via the annular groove 38 to an outlet 1 5 of the relief valve 10 are performed.
  • the pressure medium 2 then flows without pressure in this respect without the pressure medium pump 3 having to pump against the set pressure at the pilot control valve 25.
  • FIGS. 1e and 1f in turn show in a schematic, not to scale longitudinal section a comparison with the Fig.la, 1 b, 1 c and 1 d modified variant of a valve assembly 1, in turn, combined in a housing 12 of the pressure control valve 5 with an extent offset 39th in that it is ensured that the outflow of the pressure medium 2 from the pressure chamber 8 takes place in the LS line.
  • the opening 39 is assigned to the second channel section 32 ", so that the second throttle 14 has a damping effect on the entire operation of the valve arrangement 1, in particular on the main piston 6.
  • 2 and 3 show the interconnection of the three valves 10, 23 and 25 with a pressure medium tap according to the solutions according to FIGS. 1 a and 1 c. In this way, the valve arrangement 1 according to the invention can be realized even in a dissolved valve design.
  • FIGS. 4 and 5 again show a circuit diagram comparable to that of FIG. 3, wherein the relief valve 10 can be formed as a 2/2-way valve 16, but designed for the entire volume flow of the pressure medium pump 3.
  • the relief valve can be integrated as a rule small constructive valve in an existing pressure control valve. It is advantageous in this respect to arrange the relief valve axially between the pilot valve and the main valve, wherein a valve piston of the relief valve can be inserted from the pilot control valve side into a housing of the pressure regulating valve. It can thereby also make the main bore for the relief valve from the same valve side as a throttle between the pressure chamber and the pilot valve.

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Abstract

Eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels (2) von einer Druckmittelpumpe (3) zu zumindest einem ersten Verbraucher (4), mit einem vorgesteuerten Druckregelventil (5), mit einem von dem Druckmittel (2) beaufschlagten Hauptkolben (6) und einem Vorsteuerkolben (7), wobei ein Druckraum (8) zwischen einer Kolbenrückseite (9) des Hauptkolbens (6) und dem Vorsteuerkolben (7) entlastet werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlastungsventil (10) fluidführend mit dem Druckraum (8) verbunden ist, welches bei einem Druckmitteldruck an dem Lastabgriff (LS) öffnet, der eine Außerbetriebsteilung des Verbrauchers (4) abbildet und Druckmittel (2) mit geringem Druck in einen Druckmittelbehälter (11) oder an die Druckmittelpumpe (3) rückführt und dass das Entlastungsventil (10) schließt, wenn der Druckmitteldruck an dem Lastabgriff (LS) eine Inbetriebstellung des Verbrauchers (4) abbildet.

Description

Ventilanordnung
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels von einer Druckmittelpumpe zu zumindest einem ersten Verbraucher, mit einem vorgesteuerten Druckregel ventil, mit einem von dem Druckmittel beaufschlagten Hauptkolben und einem Vorsteuerkolben, wobei ein Druckraum zwischen einer Kolbenrückseite des Hauptkolbens und dem Vorsteuerkolben entlastet werden kann.
Will man die Verfahrgeschwindigkeit eines Hydrozylinders oder die Drehzahl eines Hydromotors unabhängig von der an einem Stromventil herrschenden Druckdifferenz und unabhängig von Temperatur oder Viskosität eines dafür verwendeten Druckmittels und weiter unabhängig von der zu bewegenden Last konstant halten, so kommen regelmäßig sog. Druckregelventile zum Einsatz. Dabei wird der nicht durch das Druckregel ventil gelenkte Druckmittelstrom unter relativ großen Leistungs- und Druckverlusten für eine Druckmittelpumpe über ein Druckbegrenzungsventil abgeführt.
Um solche Leistungsverluste zu minimieren, ist es bekannt, ein als Druckwaage arbeitendes Druckregel ventil mit einem Lastabgriff an einem
Verbraucher, etwa eines Hydrozylinders derart zu verknüpfen, dass der sog. LS(Load-Sensing)-Druck vom Lastabgriff des Verbrauchers in einem Druckraum nach dem Vorsteuerkolben ansteht. Insbesondere dadurch läßt sich der Pumpendruck im Wesentlichen mit der Federvorspannung am Steuerkolben zuzüglich des Druckes am Verbraucher (LS) vergleichen und bei einer Außerbetriebsteilung des Verbrauchers das Druckmittel mit weniger Energieverlust als beim Einsatz mit einem Druckbegrenzungsventil abführen. Der Leistungsverlust solcher bekannter vorgesteuerter Druckregelventile mit Druckwaagenfunktion ist jedoch nicht vollständig zu vermeiden.
Die DE 103 22 585 AI beschreibt beispielsweise eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels von einer Druckmittelpumpe zu einem Verbraucher, wobei ein Hauptsteuerventil durch ein Vorsteuerventil hydraulisch angesteuert sein kann. Im Speziellen beschreibt die Druckschrift ein Ventil baukastensystem mit mindestens einem Ventilgehäuse, das an seinen gegenüberliegenden Enden sowohl innen als auch außen umfangs- seitig sowie im Gehäuseinneren standardisierte Nenngrößen zum Anbringen weiterer Ventilbaukomponenten aufweist. Solche Ventilbaukomponenten können ein Ventilkolben, ein Energiespeicher, ein Vorsteuerventil und mindestens ein Fluidanschluss zum Festlegen der in der Art einer Einschraubpatrone gebildeten Ventilanordnung an einer Umgebung sein.
Die DE 10 2005 059 240 A1 zeigt und beschreibt ein hydrostatisches Antriebssystem mit einer hubvariablen Druckmittelpumpe, die über Steuerven- tile einen Verbraucher mit Druckmittel versorgt. Im Leerlaufbetrieb des hydrostatischen Antriebssystems, bei dem die Steuerventile nicht angesteuert sind, ist eine als Umlaufeinrichtung dienende Druckwaage auf eine minimale Regeldruckdifferenz eingestellt. Die Druckmittelpumpe ist auf ein minimales Fördervolumen eingestellt, wobei der von der Druckmittelpumpe kommende Druckmittelstrom über die Druckwaage mit geringen Leistungsverlusten zu einem Druckmittelbehälter strömt.
Das hydraulische Antriebssystem baut komplex und weist keine minimierten Druckverluste auf. Die DE 689 08 31 7 12 beschreibt ein Druckregelventil, dessen Hauptventil von einem Pilotventil, das in einem gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet ist, vorgesteuert ist. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels anzugeben, die eine weitere Minimierung des Druckverlustes, wenn kein Verbraucher geschaltet ist, ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einer Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamt- heit gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels von einer Druckmittelpumpe zu einem Verbraucher vorgesehen, die ein vorgesteuertes Druckregel ventil mit einem federbelasteten Hauptkolben vorsieht. Ein Vorsteuerkolben, der einen Ventilsitz für eine fluidführende Verbindung an einem rückseitigen Druckraum des Hauptkolbens steuert, ist Bestandteil des Druckregelventils. Der kolbenrückseitige Druckraum des Hauptkolbens ist über eine erste Drossel im Hauptkolben vom Pumpendruck druckbeaufschlagt, so dass die derart gebildete Umlauf- druckwaage einen Vergleich zwischen dem Pumpendruck und dem Druck am Lastabgriff plus der Federvorspannungen des Hauptsteuerkolbens und des Vorsteuerkolbens erlaubt. Ein um die jeweiligen eingestellten Federspannungen höherer Druck der Druckmittelpumpe als der Druck am Lastabgriff des Verbrauchers stellt sich dabei ein. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, ein Entlastungsventil für den Raum zwischen Hauptkolben und Vorsteuerkolben anzuordnen.
Das Entlastungsventil ist als Schieber- oder Sitzventil gebildet, wobei ein Ventilelement des Entlastungsventils derart angeordnet ist, dass es bei kei- nem Druck des Lastabgriffs, der einer Außerbetriebsteilung des Verbrauchers entspricht, einen Druckmittelfluss von dem Raum zwischen Haupt- kolben und Vorsteuerkolben an einen Druckmittelbehälter, Tank oder in die LS-Leitung ermöglicht. Beim Betrieb im drucklosen Umlauf ist das Entlastungsventil geöffnet und ebenso kann das Hauptventil geöffnet sein. Das Vorsteuerventil ist dabei geschlossen.
Steigt der Druck am Lastabgriff allerdings über einen eingestellten Wert an dem Entlastungsventil an, so schließt das Entlastungsventil den dergestalt gebildeten Bypass und ermöglicht eine Load-Sensing-geregelte Funktion des Druckregel ventils gemäß dem bekannten Stand der Technik. Haupt- und Vorsteuerventil sind dabei in Regelposition.
Das erfindungsgemäße Entlastungsventil ermöglicht somit eine wesentliche Reduzierung der Druckverluste der Ventilanordnung im Vergleich zu den bekannten Schaltungen von Umlaufdruckwaagen.
In einer Verfahrstellung des Ventilelements des Entlastungsventils kann Druckmittel vom Druckmittelanschi uss des Druckregel ventils kommend über eine erste Drossel und über das Entlastungsventil zu dem Druckmittelbehälter abgeführt werden. Druckmittel kann hierbei über einen Längskanal zwischen dem Druckraum des Hauptkolbens und einem weiteren zweiten Druckraum, der vom Vorsteuerkolben durchfahrbar ist, an das Entlastungsventil geführt werden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung weist der Längskanal eine weitere, zweite Drossel auf. Dabei teilt die zweite Drossel den Längskanal in zwei Kanalab- schnitte ein. Ein erster Kanalabschnitt ist hierbei dem Druckraum des
Hauptkolbens zugeordnet. Ein zweiter Kanalabschnitt des Längskanals ist dem zweiten Druckraum, der vom Vorsteuerkolben durchfahrbar ist, fluidisch zugeordnet. Die zweite Drossel kann als Dämpfungsglied für das Entlastungsventil dienen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Entlastungsventil im Gehäuse des Druckregel ventils angeordnet. Das Ventilelement des Entlastungsventils ist hierbei axial verfahrbar in einer Längsbohrung geführt. Über mindestens eine Ringausnehmung im Gehäuse des Druckregelventils oder im Ventilelement des Entlastungsventils ist eine fluidführende Verbindung zu dem einen oder anderen Kanalabschnitt des Längskanals in zumindest einer Verfahrstellung des Ventilelements herstell- bar.
Das Ventilelement des Entlastungsventils ist bevorzugt mit Hilfe eines Energiespeichers (Druckfeder) in Richtung des zweiten Druckraumes, der von dem Vorsteuerkolben durchfahrbar ist, vorgespannt. Der Vorsteuerkolben des Vorsteuerventils kann hierbei eine fluidführende Verbindung zwischen einem Lastabgriff LS und einer freien, dem Energiespeicher gegenüberliegenden Seite des Ventilelementes des Entlastungsventils ansteuern. Bei Teillast- oder Vollastbetrieb eines mit Hilfe des Druckregelventils geregelten Verbrauchers und einem entsprechenden LS-Druck sperrt das Ventilelement des Entlastungsventils eine fluidführende Verbindung zwischen dem Druckraum des Hauptkolbens und dem Druckmittelbehälter. Bei einer Außerbetriebsteilung eines Verbrauchers hingegen und einem gegen Null gehenden LS-Druck wird das Ventilelement des Entlastungsventils hingegen unter Wirkung des Energiespeichers in eine Verfahrposition gebracht, in der eine direkte fluidführende Verbindung zwischen dem Druckraum des Hauptkolbens über das Entlastungsventil zu dem Druckmittelbehälter geöffnet ist. Druckmittel fließt hierbei über die Ringausnehmung an dem Entlastungsventil. Bei einer Ventillösung, bei der die Ringausnehmung im Gehäuse oder im Ventilelement in den zweiten Kanalabschnitt des Längskanals zwischen dem Druckregelventil und dem Vorsteuerventil mündet, ist die Ringausnehmung an dem zweiten Druckraum des Vorsteuerkolbens bzw. des von dem Vorsteuerkolben durchfahrbaren Druckraums fluidführend angebun- den. Anstelle einer integrierten Bauweise von Vorsteuerventil, Hauptventil und Entlastungsventil ist auch eine dezentrale Einzelanordnung der genannten Ventile zu einer erfindungsgemäßen Gesamtventilanordnung möglich. Das Entlastungsventil läßt sich dabei in paralleler Anordnung zu dem Druckre- gelventil zwischen einer Druckmittelpumpe und dem Druckmittelbehälter anordnen. Das Entlastungsventil kann direkt vorgesteuert sein, es kann aber auch vorteilhaft sein, das Entlastungsventil als elektrisch betätigbares 2/2- Wege-Ventil auszubilden, welches beispielsweise von einer Drucksignale eines Drucksensors verarbeitenden Steuer- und/oder Regelungseinrichtung angesteuert ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Dabei zeigen: nen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung mit einem Entlastungsventil in geöffneter Schaltstellung in einem Druckregelventil mit Anbindung an eine Konstantstrom-Druckmittelpumpe und an zwei Verbraucher;
Fig.l b ein Detail I in Fig.1 a;
Fig.l c einen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung mit einem Entlastungsventil in Regelstellung des Hauptventils und des Vorsteuerventils mit geschlossener Schaltstellung des Entlastungsventils;
Fig.l d ein Detail I in Fig.l c; ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Druckregel ventil nach der Erfindung mit einem Entlastungsventil;
Fig. T f ein Detail I in Fig.1 e;
Fig.2 einen hydraulischen Schaltplan für eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
Fig. 3 einen weiteren hydraulischen Schaltplan einer weiteren Aus- führungsform der Ventilanordnung mit einer Verbindung eines Entlastungsventils nach einer ersten Drossel und vor einer zweiten Drossel zwischen dem Hauptsteuerventil und dem Vorsteuerventil des Druckregvelventils; Fig.4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele in der Art eines hydraulischen
Schaltplans bezogen auf die erfindungsgemäße Ventilanordnung.
In der Fig.1 a ist ein geschlossener, hydraulischer Kreis einer Ventilanordnung 1 gezeigt, mit einer Konstant-Druckmittelpumpe 3 zur Versorgung eines Verbrauchers 4 mit Druckmittel 2. Der Verbraucher 4 ist als Hydro- motor mit zwei möglichen Stromrichtungen dargestellt. Der Verbraucher 4 wird über ein elektrisch betätigtes 4/3-Wege- Ventil 19 angesteuert. Mittels eines Wechsel ventils 18 wird der an dem Verbraucher 4 anliegende Druck in eine LS-Leitung gemeldet. Dieser Ventilsteuerung ist ein 2/2-Wege- Ventil 20 mit Druckbegrenzungsfunktion in der geöffneten Schaltstellung vorgela- gert. In dem in Fig.l a gezeigten Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Anlage sind zwei Verbraucher 4 mit jeweils identischer Ventilsteuertechnik parallelgeschaltet, die von der Konstant-Druckmittelpumpe 3 versorgt werden können. An dieser Stelle soll auf die Funktionsweise des so gebildeten Ven- tilsteuerblocks für die Verbraucher 4 nicht näher eingegangen werden, da diese vom Stand der Technik her hinreichend bekannt ist. Die hydraulische Anlage sieht eine Konstant-Druckmittelpumpe 3 als kostengünstigere Alternative zu einer Verstellpumpe vor, bedarf jedoch einer Steuerung ihres Volumenstromes, um die Verbraucher 4 mit einer vorgebbaren Drehzahl betreiben zu können. Es bedarf eines Stromventils, insbesondere eines Druckregel ventils, was insgesamt eine einfachere Gesamtlösung darstellt, die übrigens kostengünstiger ist als diejenige, die sich bei Verwendung einer Verstellpumpe ergibt. Wie die Fig. 1 a des weiteren zeigt, ist zur Darstellung einer lastunabhängigen konstanten Drehzahl beider Verbraucher 4 ein einziges Druckregelventil 5 mit einer Vorsteuerung unter Berücksichtigung eines Lastabgriffes LS für beide Verbraucher 4 vorgesehen. Der Lastabgriff LS erfolgt hierbei jeweils zunächst getrennt an jedem Wechselventil 18 für jeden Verbraucher 4. In die auch als„Load-Sensing"-Steuerleitungen 21 zu bezeichnenden Steuerleitungen ist vor jedem Wechselventil 18 jeweils ein Rückschlagventil 22 in den hydraulischen Kreis geschaltet. Jedes Rückschlagventil 22 hat dabei denselben eingestellten Öffnungsdruck und öffnet in Richtung auf das Druckregel ventil 5, insbesondere in Richtung auf dessen Load-Sensing- Anschluss LS. Durch diese Weise der Parallelschaltung der Steuerleitungen 21 im Hinblick auf das Druckregelventil 5 ist ein Vergleich der beiden Lastdrücke an den Verbrauchern 4 ermöglicht, wobei der höhere der beiden möglichen Lastdrücke berücksichtigt wird. In dem Druckregelventil 5, das auch in der Fig.l c und in einer weiteren Ausführungsform in Fig.l e gezeigt ist, ist eine Ventilanordnung 1 mit einem zusätzlichen Entlastungsventil 10 vorgesehen, das insoweit wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung ist.
Die Funktionsweise des Druckregelventils 5 entspricht einer vorgesteuerten Umlaufdruckwaage 1 7, wobei in einem gemeinsamen Gehäuse 12 drei von der Funktion her verschiedene Ventile zusammengefaßt sind. Die grundsätzliche funktionale Verknüpfung der Ventile ist auch in Fig.2 in einem schematischen Schaltplan in aufgelöster Bauweise gezeigt. Es sind dies im Einzelnen:
- ein Hauptventil 23 mit einem Hauptkolben 6 und einer diesen vorspannenden Druckfeder 24,
ein Vorsteuerventil 25 mit einem Vorsteuerkolben 7 und diesen vorspannenden Druckfeder 26, und
- ein als Kleinstventil gebildetes Entlastungsventil 10 mit einem Ventil- element 27 oder Entlastungsventilkolben und einem diesen in Richtung einer Geschlossen-Position haltenden Energiespeicher 28.
In dem patronenartigen, als Einschraubventil ausgebildeten Gehäuse 12 des Druckregel ventils 5 ist in einem Hauptventil-Steuerabschnitt der Hauptkol- ben 6 in einer Bohrung 29 des Gehäuses 12 längsverschiebbar geführt. Der Hauptkolben 6 steuert dabei einen zentral und axial in das Gehäuse 12 geführten Druckmitteleinlass 30 an. Hierbei kann eine mögliche fluidführende Verbindung zu einem radial aus dem Gehäuse 12 geführten Druckmittelan- schluss 31 , der gegebenenfalls aus mehreren radial angeordneten Durch- lassbohrungen in dem Gehäuse 12 besteht und an einen Druckmittelbehälter 1 1 anschließbar ist, aus der die Druckmittelpumpe 3 Druckmittel für den hydraulischen Kreis entnimmt, hergestellt werden.
Das Hauptventil 23 ist in Bezug auf seinen wirksamen Querschnitt derart ausgelegt, dass der gesamte Volumenstrom an Druckmittel 2 von der Kon-i stant-Druckmittelpumpe 3 zu dem Druckmittelbehälter 1 1 gelenkt werden kann. In dem Hauptkolben 6 ist in seinem Kolbenboden eine erste Drossel 13 in Form einer Durchgangsöffnung oder -bohrung mit definierbarem Durchmesser angeordnet. Dadurch ist es ermöglicht, dass der pumpenseits anstehende Druck auf die Kolbenrückseite 9 des Hauptkolbens 6 gemeldet ist. Der Hauptkolben 6 ist im Wesentlichen als zylindrische Hülse ausgebildet mit einem Kolbenboden als Fluidtrennung, so dass auf der Kolbenrückseite 9 ein topfförmiger Druckraum 8 gebildet ist, der zur Zentrierung und zur Aufnahme der Druckfeder 24 dient und des weiteren Druckmittel 2 aufnehmen kann. In axialer Richtung des Druckregelventils 5 ist zentral eine Bohrung 32 mit einem Durchmesser von etwa 1/5 des im Ventilgehäuse 12 geführten Hauptkolbens 6 angebracht. Die Bohrung 32 weist in etwa ihrer axialen Mitte eine weitere, zweite Drossel 14 auf. Durch die zweite Drossel 14 ist die Bohrung 32 in einen ersten Kanal abschnitt 32' und einen zweiten Kanalabschnitt 32" aufgeteilt. Wie auch die Fig. 1 b, d und f in je- weiligen Details I zeigen, ist der erste Kanalabschnitt 32' dem Druckraum 8 des Hauptventils 23 zugeordnet, der zweite Kanalabschnitt 32" hingegen ist einem zweiten Druckraum 35, der von dem Vorsteuerkolben 7 durchfahrbar ist, zugeordnet. Der Vorsteuerkolben 7 wiederum ist als flache Scheibe mit einer Zentrierhilfe 33 in Form eines Kegelstumpfes für eine Druckfeder 26 gebildet. Der Vorsteuerkolben 7 wird mit der Kraft der Druckfeder 26, die sich mit radialem Spiel in einer Bohrung 34 für den Vorsteuerkolben 7 und die Druckfeder 26 abstützt, beaufschlagt. Der kolbenvorderseitige, zweite Druckraum 35 ist der gleiche Druckraum wie der Raum 34, in den die Druckfeder 26 eingebracht ist. Soweit bedarf es keiner Dichtung. In den Raum 34 des Vor- steuerventilkolbens 7 mündet eine, die Gehäusewand des Gehäuses 12 durchquerende Bohrung 36 für den Lastabgriff LS der Verbraucher 4. Der Fließdruck des Vorsteuerventils 25 ergibt sich dabei aus dem von der Druckfeder 26 definierten Druck zuzüglich des Druckes am Lastabgriff LS. Ist der Pumpendruck größer als der Druck aus LS und der von der Druckfe- der 26 des Vorsteuerkolbens 7 eingestellte und der von der Feder 24 des Hauptkolbens eingestellten Drucks, so öffnet das Vorsteuerventil 25 und infolge das Hauptventil 23 und Druckmittel kann über das Hauptventil 23 zum Druckmittelbehälter 1 1 abfließen.
Wie die Fig.l a bis 1 f weiter zeigen, ist dem Druckregel ventil 5 zusätzlich das Entlastungsventil 10 mit einem Ventilelement 27 das in einem Axialbereich A in einer Längsbohrung 40 verfahrbar zwischen dem Vorsteuerventil 25 und dem Hauptventil 23 angeordnet, insbesondere parallelgeschaltet ist. Das Entlastungsventil 10, das in seiner Einbindung in das Gehäuse 12 in vergrößerter Darstellung in den Fig.1 b, d und f gezeigt ist, ist radial seitlich versetzt zu einer Längsachse 37 des Ventilgehäuses 12 angeordnet und weist einen etwa gleichen Durchmesser auf wie die durch die Bohrung 32 gebildete Lastbohrung oberhalb und unterhalb der zweiten Drossel 14. Ein Ventilelement 27 oder ein Entlastungsventilkolben ist dabei an einem oberen Anschlag anstoßend gezeigt, an den er in etwa bündig mit dem Ende der Bohrung 34 für die Aufnahme des Vorsteuerkolbens 7 abschließt. Die in den Fig.l a, 1 b, 1 e und 1 f gezeigten Positionen des Entlastungsventilkolbens entsprechen einer geöffneten Schaltstellung des Entlastungsventils 10. Der Entlastungsventilkolben ist von einem kleineren Energiespeicher 28, einer Druckfeder, die beispielsweise einen Fließdruck von 0,5 bar aufbringt, an seiner gegenüberliegenden Stirnseite im Sinne einer geöffneten Position angefedert. In axialer Nähe zu dem druckfederseitigen Ende des Entlastungsventilkolbens ist eine Ringausnehmung 41 , die als eine Ringnut 38 in dem Umfang des Entlastungsventilkolbens gebildet ist, vorgesehen. In dem in den Fig.l a, 1 b, 1 c und 1 d gezeigten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 1 kommuniziert die Ringausnehmung 41 jeweils mit dem ersten Kanalabschnitt 32' der Bohrung 32. Liegt nun auf der der Lastabgriffseite des Vorsteuerventil kolbens 7 und somit auf der der Druckfeder 28 abgewandten Seite kein Druck am Lastabgriff LS mehr an, so nimmt der Entlastungsventilkolben die in den Fig.l a, 1 e und I f gezeigte Position ein. Die Ringnut 38 gelangt dabei in Deckung mit einer zugeordneten Öffnung 39 der Bohrung 34. Druckmittel kann so von dem Druckraum 8 an der Kolbenrückseite 9 des Hauptkol- bens 6 über die Bohrung 32, die Öffnung 39 und eine mit der Öffnung kommunizierende Verbindungsleitung 42 in dem Gehäuse 12 über die Ringnut 38 zu einem Abgang 1 5 des Entlastungsventils 10 geführt werden. Das Druckmittel 2 strömt dann insoweit drucklos ab, ohne dass die Druckmittelpumpe 3 gegen den eingestellten Druck am Vorsteuerventil 25 för- dem muß. Durch diese konstruktive Maßnahme ergibt sich eine beträchtliche Energieeinsparung im Betrieb der mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 ausgestatteten hydraulischen Anlage bei Außerbetriebsteilung der Verbraucher 4. Steigt der Druck am Lastabgriff LS bei einer Wiederinbetriebnahme der Verbraucher 4 an, so fährt der Entlastungsventilkolben ent- gegen der Federkraft seiner Druckfeder 26 in die in Fig.1 c und 1d gezeigte Position, in der keine Überdeckung der Öffnung 39, der Verbindungsleitung 42 mit der Ringnut 38 besteht. Das Druckregelventil 5 befindet sich dann in seinem vorstehend beschriebenen Regelbetrieb ohne Beeinflussung durch das Entlastungsventil 10.
Die Fig.l e und 1f wiederum zeigen in einem schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt eine gegenüber den Fig.l a, 1 b, 1 c und 1d geänderte Variante einer Ventilanordnung 1 , wiederum zusammengefaßt in einem Gehäuse 12 des Druckregelventils 5 mit einer insoweit versetzten Öffnung 39, dass gewährleistet ist, dass der Abfluss des Druckmittels 2 aus dem Druckraum 8 in die LS-Leitung erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 39 dem zweiten Kanalabschnitt 32" zugeordnet. Die zweite Drossel 14 wirkt dadurch insoweit dämpfend auf den gesamten Betrieb der Ventilanordnung 1 ein, insbesondere auf den Hauptkolben 6. Die Fig.2 und 3 zeigen die Verschaltung der drei Ventile 10, 23 und 25 mit einem Druckmittelabgriff gemäß den Lösungen nach den Fig.1 a und 1 c. Dergestalt läßt sich auch in aufgelöster Ventilbauweise die erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 verwirklichen.
Die Fig. 4 und 5 wiederum zeigen einen zu der Fig.3 vergleichbaren Schaltplan, wobei das Entlastungsventil 10 als 2/2- Wege-Ventil 16, allerdings für den gesamten Volumenstrom der Druckmittelpumpe 3 ausgelegt, gebildet sein kann.
Das Entlastungsventil kann in der Regel als klein aufbauendes Ventil in ein vorhandenes Druckregelventil integriert sein. Es ist insoweit vorteilhaft, das Entlastungsventil axial zwischen dem Vorsteuerventil und dem Hauptventil anzuordnen, wobei ein Ventilkolben des Entlastungsventils von der Vor- steuerventilseite in ein Gehäuse des Druckregelventils einsetzbar ist. Es lassen sich dadurch auch die Hauptbohrung für das Entlastungsventil von derselben Ventilseite wie eine Drossel zwischen dem Druckraum und dem Vorsteuerventil fertigen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Ventilanordnung zur Druckregelung eines Druckmittels (2) von einer Druckmittelpumpe (3) zu zumindest einem ersten Verbraucher (4), mit einem vorgesteuerten Druckregel ventil (5), mit einem von dem Druckmittel (2) beaufschlagten Hauptkolben (6) und einem Vorsteuerkolben (7), wobei ein Druckraum (8) zwischen einer Kolbenrückseite (9) des Hauptkolbens (6) und dem Vorsteuerkolben (7) entlastet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlastungsventil (10) fluidführend mit dem Druckraum (8) verbunden ist, welches bei einem Druckmitteldruck an dem Lastabgriff (LS) öffnet, der eine Außerbetriebsteilung des Verbrauchers (4) abbildet und Druckmittel (2) mit geringem Druck in einen Druckmittelbehälter (1 1 ) oder an die Druckmittelpumpe (3) rückführt und dass das Entlastungsventil (10) schließt, wenn der Druckmit- teldruck an dem Lastabgriff (LS) eine Inbetriebstellung des Verbrauchers (4) abbildet.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
Druckmittel vom Druckmittelanschluss (30) der Ventilanordnung (1 ) kommend, über eine erste Drossel (13) und über das Entlastungsventil
(10) geführt, in einer seiner Verfahrstellung zu dem Druckmittelbehälter
(1 1 ) abführbar ist.
3. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Längskanal (32) zwischen dem Druckraum (8) des Hauptkolbens (6) und einem weiteren zweiten Druckraum (35), der vom Vorsteuerkolben (7) durchfahrbar ist, eine weitere, zweite Drossel (14) vorhanden ist.
4. Ventilanordnung nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drossel (14) den Längskanal (32) in zwei Kanalabschnitte unterteilt, von denen der eine, erste Kanalabschnitt (32') dem Druckraum (8) des Hauptkolbens (6) zugeordnet ist und der andere, zweite Kanalabschnitt (32") dem zweiten Druckraum (35), der vom Vorsteuerkolben (7) durchfahrbar ist, zugeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (27) des Entlastungsventils (10) in einer Längsbohrung (40) des Gehäuses (12) des Druckregelventils (5) geführt ist, wobei über mindestens eine Ringausnehmung (41) im Gehäuse (12) und/oder im Ventilelement (27) eine fluidführende Verbindung zu dem einen oder anderen Kanalabschnitt (32', 32") in zumindest einer Verfahrstellung des Ventilelementes (27) herstellbar ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (27) unter dem Einfluss eines Energiespeichers (Druckfeder) (28) in Richtung des zweiten Druckraums (35) mit dem Vorsteuerkolben (7) vorgespannt ist und dass der Vorsteuerkolben (7) eine fluidführende Verbindung zwischen einem Lastabgriff (LS) und einer freien dem Energiespeicher (28) gegenüberliegenden Seite des Ventilelementes (27) ansteuert.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (27) zumindest bei voller Beaufschlagung mit dem LS-Druck die fluidführende Verbindung zwischen dem Druckraum (8) des Hauptkolbens (6) und dem Druckmittelbehälter (1 1 ) sperrt und ansonsten freigibt.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ventillösung, bei der die Ringausnehmung (41 ) im Gehäuse (12) oder im Ventilelement (27) in den zweiten Kanalabschnitt (32") des Längskanals (32) mündet, über eine Verbin- dungsleitung (42) die Ringausnehmung (41) an den zweiten Druck (35) des Vorsteuerkolbens (7) fluidführend verbunden ist.
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