EP2677179A2 - Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Arbeitsdrücke - Google Patents

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EP2677179A2
EP2677179A2 EP13003088.5A EP13003088A EP2677179A2 EP 2677179 A2 EP2677179 A2 EP 2677179A2 EP 13003088 A EP13003088 A EP 13003088A EP 2677179 A2 EP2677179 A2 EP 2677179A2
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valve
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valve seat
connecting element
hydraulic
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Christian Böhner
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    • F15B2211/775—Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press

Definitions

  • the invention relates to a device for generating different flow rates with different working pressures in at least one piston assembly.
  • a device for generating different flow rates with different working pressures in at least one piston assembly.
  • Such a device generally has a first motor-driven pressure pump for generating a first volume flow with a working pressure P N and a second with the first pressure pump concurrently motor-driven pressure pump for generating a second volume flow with a working pressure P H , wherein the working pressure P H is higher as the working pressure P N.
  • the two pressure pump units are connected via a hydraulic switching device to the piston assembly, wherein the hydraulic switching means for switching from a high pressure / low pressure state with combined operating pressures P N + P H with a common volume flow to a high pressure state, wherein in the high pressure state, a working pressure P H prevails ,
  • the switching should take place at pressure increase in the piston assembly, z. B. when a coupled to the connected piston assembly element runs against a resistance or builds up a certain working pressure.
  • the volume flow from the first pressure pump is thereby switched to pressureless circulation.
  • Known device of the type mentioned as a hydraulic switching device usually a plurality of separate valves which are arranged in separate valve housings and connected to each other, in particular must be cased, which on the one hand makes the installation and maintenance complicated, on the other hand, a precise control complicates the entire valve assembly.
  • the invention has for its object to form a device with the features of the preamble of claim 1 such that it is easier to assemble, the switching is done with high precision, maintenance is reduced and a compact in particular i. W. only a housing having structure is possible.
  • This object is achieved by the characterizing features of claim 1, advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims 2-16.
  • the switching device as a circulation valve, which comprises a first and at least one second in a common valve block, ie valve housing arranged valve means each having a mounted in an associated valve seat valve element VA and VB. Both valve elements are coupled for synchronous movement via a connecting element and biased together by a spring in a basic position in which a first valve seat is opened and a second valve seat is closed.
  • the first pressure pump is connected via the first open valve seat and the second pressure pump directly to the piston assembly pressure-connected, with pressure increase in the piston assembly as a result of an increase in the pressure on the output side of the second valve seat this opens against the force of the spring and thereby the first valve seat in Result of the coupling of the two valve elements is closed.
  • valve unit which is uniformly manageable, and which are housed in a housing all the essential components.
  • the two valve elements lie on a common axis and are coupled for movement via a preferably rod-like valve element.
  • the two valve elements do not need to be controlled separately, an increase in pressure on the output side of the valve element VB leads to the opening and simultaneously to the motion-synchronous closure of the other valve element VA. Due to these relatively simple mechanical conditions, the valve assembly is less susceptible to interference and relatively easy to manufacture.
  • the two connected pressure pumps are used to move the piston of a uniform cylinder arrangement rectified either in one direction or in the opposite direction, depending on the direction of rotation of the pump.
  • At least one valve seat of the valve arrangement is provided between a closed position and an open position effective partial opening position. If a valve arrangement is in its valve seat in a partial open position, then a defined volume flow flows through the valve seat, which is smaller than the volume flow generated by the second pressure pump at the pressure P H.
  • the pressure P H is the higher of the two pressures, the pressure P N of the lower of the two pressure generated by the pressure pump.
  • such a partial opening position is provided in both valve seats of the hydraulic switching device.
  • the partial open position of the valve assemblies is formed by a defined annular gap in the respective valve seat, d. H.
  • a preferably conical valve section lifts off from a correspondingly shaped valve seat, the seal caused by the conical valve seat is released and an annular gap is released for the reduced flow through the hydraulic fluid. If the valve continues to open, the conical section of the valve element also exits the annular gap and completely releases the volume flow.
  • a complete release during the closing process will initially result in a narrowing of the volume flow to the already mentioned defined volume flow and finally the complete sealing of the respective valve. If one valve opens then the other valve closes accordingly and vice versa. In other words, when a valve is fully closed, the other valve coupled thereto is fully open. If a valve is in the partial open position, the other valve is preferably also in the partial open position.
  • the first pressure pump is connected to the valve block in such a way that it conveys the hydraulic fluid flowing through it when the first valve is open in an unpressurized circulation.
  • both valves are biased in a home position by a compression spring.
  • the first valve seat is closed and the second valve seat is opened.
  • the force of this spring is preferably adjustable, which can be done for example by a spindle drive or the like., Which leads to a different support of the spring relative to a housing portion.
  • At least one damping device is provided, which is designed to damp a movement of the connecting element that corresponds to a switching operation. It has been shown that the switching device switches without damping hard and thus a very high wear is to be feared, especially if the system over a very large number of cycles (for example, a million cycles per year) is operated.
  • the damping device dampens the movement of the connecting element and thus reduces wear, whereby the life of the entire device is extended.
  • a particularly simple and robust embodiment of the damping device has a filled with hydraulic fluid chamber into which one end of the connecting element for damping the movement corresponding to the switching operation can be inserted.
  • the hydraulic fluid escapes from the chamber via channels or passages provided for this purpose, which have a small cross section, so that the movement of the connecting element is counteracted.
  • the provided for the return of the hydraulic means passages are designed as a further annular gap which is formed between a cylindrical end of the connecting element and a sleeve of the damping device or as a throttle bore, which is introduced in the connecting element.
  • the damping device with a non-return valve, which reduces or substantially eliminates the damping against the movement of the connecting element corresponding to the switching operation.
  • the check valve on a closure element which is opened in a corresponding movement of the connecting element against the movement corresponding to the switching operation. This allows a rapid entry of hydraulic fluid into the chamber, so that a corresponding movement is substantially unattenuated.
  • the device 1 is used to generate different volume flows with different working pressures in at least one piston assembly 2, which in the in FIG. 1 illustrated embodiment is designed as a differential cylinder assembly.
  • the illustrated differential cylinder device as the piston arrangement 2
  • the device 1 comprises a first motor-driven pressure pump 3 and a second motor-driven pressure pump 4, which is in synchronism with the first pressure pump 3 and generates a second working pressure P H , which is higher than the first working pressure P N.
  • a hydraulic switching device 5 is provided for switching the pressure outputs of a high-pressure / low-pressure state with combined operating pressures P N + P H in a high pressure state with a working pressure P H , if there is an increase in pressure in the piston assembly 2.
  • Both pressure pumps 3 and 4 are concurrently driven by an electric motor 6, the drive shaft 7, the pumping elements of both pumps 3 and 4 drives.
  • the switching device 5 is designed as a circulation valve and comprises a first valve device 8 and a second valve device 9, which are arranged in a common valve block 10, which is in particular from the Sectional drawing according to Fig. 2 results.
  • the first valve device has a valve element VA
  • the second valve device 9 a valve element VB, wherein the two valve elements VA and VB for movement in synchronism via a particular rod-like connecting element 14 are rigidly coupled to each other.
  • Each valve element VA and VB is associated with a valve seat 11, 12, the valve element VA and VB are biased by a common spring 13 in a basic position in which the first valve seat 11 is closed and the second valve seat 12 is opened.
  • the pressure pump 3 is pressure-connected directly to the piston arrangement 2 via the second open valve seat 12 and the second pressure pump 4.
  • the connecting element 14 is formed as a rod which is guided axially displaceably in the valve block 10.
  • valve seats 11 and / or 12 of the valve arrangements of the valve means 8, 9 is provided between a closed position of an open position partial opening position in which a defined partial opening flow rate can flow through the respective valve seat 11, 12, which is smaller than the volume flow generated by the second pressure pump 4 at the pressure P H.
  • both valve devices 8, 9 have the feature of the partial open position.
  • the partial opening position is in each case formed by a defined annular gap 20, which surrounds a cylinder-jacket-shaped section of the respective valve element VA, VB.
  • valve 3 is the valve means 8, 9 closed, ie a truncated cone-like portion of the valve element VA, VB is located in the associated valve seat 11, 12 and seals it off. If the valve is opened, wherein the valve element VA or VB in the direction of arrow 21 of the Valve seat 11, 12 is withdrawn, then the hydraulic fluid to flow through the valve seat, wherein the valve seat 11, 12 flowing through the flow rate is limited by the cross section of the annular gap 20 until the valve element VA or VB leaves the annular gap area with the cylindrical portion. Then the valve goes into a full open position.
  • the force of the spring 13 is adjustable, which is not detailed in the embodiment.
  • the first pressure pump 3 is connected to the valve block 10 in such a way that it conveys the hydraulic fluid flowing through it when the first valve element 8 is open in a pressureless circulation.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, in which the switching device 5 has two damping devices 16 which are respectively arranged on the end of the connecting element 14.
  • Essential elements of in FIG. 4 shown embodiment correspond to those already in connection with Figures 1 - 3 written elements and are accordingly provided with the same reference numerals.
  • the damping device 16 is designed to damp a movement of the connecting element, which corresponds to a switching operation.
  • valve position is so for example when switching the switching device 5, wherein the connecting element 14 moves to the right, attenuated by the damping device 16, which is arranged in the region of the output side 15.
  • a corresponding counter-movement of the connecting element 14 is attenuated by the damping device 16, which is arranged at the opposite end of the connecting element 14.
  • FIG. 5 shows an example of the structure of the damping device 16, wherein the region of the output side 15 of the switching device 5 is shown.
  • the damping device 16 has a sleeve-shaped end piece 17, in which the end of the connecting element 14 in and out is mobile. Furthermore, the damping device 16 has a check valve 18 with closure element 19.
  • a chamber 22 is formed between the end face of the connecting element 14, the end piece 17 and the closure element 19 of the check valve 18.
  • the chamber 22 is filled with hydraulic fluid, which must escape at the corresponding to the switching operation and taking place in the direction of arrow 23 movement of the connecting element 14 via a small-sized further annular gap 24. As a result, the forward movement of the connecting element 14 is strongly damped.
  • the in FIG. 5 shown further annular gap 24 is shown greatly exaggerated for clarity. In fact, the width of the further annular gap 24 is typically only a few hundredths of a millimeter.
  • the check valve 18 serves that the connecting element 14 can be moved out quickly in the opposite direction to the arrow 23 direction.
  • the closure element 19 is biased by a further spring 25 in the position shown.
  • the check valve 18 opens to admit hydraulic fluid through the bore 26 into the chamber 22. Accordingly, a damping in the opposite direction to the arrow 23 direction is reduced or largely avoided.
  • the damping effect can be influenced by the fact that the cross section of the annular gap 24 changes during the stroke of the connecting element. This can be done by either the connecting element 14 and / or the end piece 17 in the annular gap area have a conical or slightly different design. As a result, the damping behavior degressive, linear, progressive or be designed in any other waveform.
  • the damping device 16 which is arranged at the opposite end to the output side 15 of the connecting element 14 is designed to damp a movement of the connecting element 14 in a direction opposite to the arrow 23 direction.
  • check valve 18 opens at a movement of the connecting element 14 in the direction of arrow 23rd
  • the switching device is suitable, known valve functions such as switching from low to high pressure, back pressure lock of the high pressure in the low pressure circuit, switching the low pressure to non-pressurized circulation, a pressure limit for the low pressure circuit, a fall from high pressure to low pressure at pressure falls below and to ensure an automatic opening of the return flow channel when reversing the flow direction in the low-pressure region with extremely compact and low-maintenance training.
  • known valve functions such as switching from low to high pressure, back pressure lock of the high pressure in the low pressure circuit, switching the low pressure to non-pressurized circulation, a pressure limit for the low pressure circuit, a fall from high pressure to low pressure at pressure falls below and to ensure an automatic opening of the return flow channel when reversing the flow direction in the low-pressure region with extremely compact and low-maintenance training.
  • Different designs of the switching device are possible, this can be integrated as a recirculating valve in a device, but it is also a construction of existing systems or a line installation easily possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung unterschiedlicher Fördermengen mit verschiedenen Arbeitsdrücken in wenigstens einer Kolbenanordnung 2, insbesondere einer Gleichgang- oder Differentialanordnung, von Hydraulikzylindern, hydraulischen Schwenkantrieben oder Hydraulikmotoren, mit einer ersten motorgetriebenen Druckpumpe 3 zur Erzeugung eines ersten Arbeitsdruckes P N und einer zweiten, mit der ersten Druckpumpe 3 gleichlaufend motorgetriebenen Druckpumpe 4 zur Erzeugung eines zweiten Arbeitsdruckes P H , der höher ist als der erste Arbeitsdruck P N , sowie einer hydraulischen Umschalteinrichtung 5 zur Umschaltung von einen Hochdruck-/Niederdruckzustand mit kombinierten Arbeitsdrücken P N + P H mit einem gemeinsamen Volumenstrom in einem Hochdruckzustand mit einem Arbeitsdruck P H bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung 2, wobei die Umschalteinrichtung 5 als Umlaufventil ausgebildet ist, das eine erste und wenigstens eine zweite, gemeinsam in einem gemeinsamen Ventilblock 10 angeordnete Ventileinrichtung 8, 9 mit jeweils einem in einem zugeordneten Ventilsitz gelagerten Ventilelement VB und VA umfasst, wobei die beiden Ventilelemente VA, VB zur synchronen Bewegung über ein Verbindungselement 14 bewegungsgekoppelt und durch eine Feder 13 gemeinsam in einer Grundstellung vorgespannt sind, in welcher der erste Ventilsitz 11 geschlossen und der zweite Ventilsitz 12 geöffnet ist und wobei die erste Druckpumpe 3 über den zweiten geöffneten Ventilsitz 12 und die zweite Druckpumpe 4 unmittelbar mit der Kolbenanordnung 2 druckverbunden ist und bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung 2 infolge einer Erhöhung des Druckes auf der Ausgangsseite 15 des zweiten Ventilsitzes 12 dieser gegen die Kraft der Feder geschlossen und der erste Ventilsitz 12 geöffnet wird. Der Volumenstrom aus der ersten Druckpumpe wird dadurch auf drucklosen Umlauf geschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Fördermengen mit verschiedenen Arbeitsdrücken in wenigstens einer Kolbenanordnung. Angesprochen sind unterschiedlichste Anordnungen und Ausbildungen von Kolben Zylindereinrichtungen, insbesondere aber sogenannte Gleichgang- oder Differenzialanordnungen von Hydraulikzylindern, hydraulischen Schwenkantrieben oder Hydraulikmotoren. Eine derartige Vorrichtung weist in der Regel eine erste motorgetriebene Druckpumpe zur Erzeugung eines ersten Volumenstromes mit einem Arbeitsdruck PN und eine zweite mit der ersten Druckpumpe gleichlaufend motorgetriebene Druckpumpe zur Erzeugung eines zweiten Volumenstromes mit einem Arbeitsdruck PH auf, wobei der Arbeitsdruck PH höher ist als der Arbeitsdruck PN. Die beiden Druckpumpeneinheiten sind über eine hydraulische Umschalteinrichtung mit der Kolbenanordnung verbunden, wobei die hydraulische Umschalteinrichtung zur Umschaltung von einem Hochdruck-/Niederdruckzustand mit kombinierten Arbeitsdrücken PN + PH mit einem gemeinsamen Volumenstrom in einen Hochdruckzustand dient, wobei im Hochdruckzustand ein Arbeitsdruck PH herrscht. Die Umschaltung soll bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung stattfinden, z. B. wenn ein an die angeschlossene Kolbenanordnung angekoppeltes Element gegen einen Widerstand aufläuft oder einen bestimmten Arbeitsdruck aufbaut. Der Volumenstrom aus der ersten Druckpumpe wird dadurch auf drucklosen Umlauf geschaltet.
  • Bekannte Vorrichtung der genannten Art umfassen als hydraulische Umschalteinrichtung in der Regel eine Mehrzahl von gesonderten Ventilen, die in gesonderten Ventilgehäusen angeordnet und entsprechend miteinander verbunden, insbesondere verrohrt werden müssen, was zum einen die Installation und Wartung kompliziert macht, zum anderen aber auch eine exakte Steuerung der gesamten Ventilanordnung erschwert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, dass sie leichter zu montieren ist, die Umschaltung mit hoher Präzision erfolgt, Wartungsarbeiten reduziert werden und ein kompakter insbesondere i. W. nur ein Gehäuse aufweisender Aufbau möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 16.
  • Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die Umschalteinrichtung als Umlaufventil auszubilden, das eine erste und wenigstens eine zweite in einem gemeinsamen Ventilblock, d. h. Ventilgehäuse angeordnete Ventileinrichtung mit jeweils einem in einem zugeordneten Ventilsitz gelagerten Ventilelement VA und VB umfasst. Beide Ventilelemente sind zur synchronen Bewegung über ein Verbindungselement bewegungsgekoppelt und durch eine Feder gemeinsam in einer Grundstellung vorgespannt, in welcher ein erster Ventilsitz geöffnet und ein zweiter Ventilsitz geschlossen ist. Die erste Druckpumpe ist über den ersten geöffneten Ventilsitz und die zweite Druckpumpe unmittelbar mit der Kolbenanordnung druckverbunden, wobei bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung in Folge einer Erhöhung des Druckes auf der Ausgangsseite des zweiten Ventilsitzes dieser gegen die Kraft der Feder geöffnet und dadurch der erste Ventilsitz in Folge der Kopplung der beiden Ventilelemente geschlossen wird. Daraus resultiert eine sich i. W. selbststeuerende Ventileinheit, die einheitlich handhabbar ist, und bei welcher in einem Gehäuse alle wesentlichen Komponenten untergebracht sind. Die beiden Ventilelemente liegen auf einer gemeinsamen Achse und sind über ein vorzugsweise stangenartiges Ventilelement bewegungsgekoppelt. Die beiden Ventilelemente müssen dadurch nicht gesondert angesteuert werden, eine Druckerhöhung auf der Ausgangsseite des Ventilelementes VB führt zu dessen Öffnung und gleichzeitig zur bewegungssynchronen Schließung des anderen Ventilelementes VA. Aufgrund dieser relativ einfachen mechanischen Verhältnisse ist die Ventilanordnung wenig störanfällig und relativ leicht herzustellen.
  • Die beiden angeschlossenen Druckpumpen dienen dazu, den Kolben einer einheitlichen Zylinderanordnung gleichgerichtet entweder in einer Richtung oder in der Gegenrichtung zu bewegen, je nach Drehrichtung der Pumpen.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist bei wenigstens einem Ventilsitz der Ventilanordnung eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung wirksame Teilöffnungsstellung vorgesehen. Befindet sich eine Ventilanordnung in ihrem Ventilsitz in einer Teilöffnungsstellung, dann durchströmt ein definierter Volumenstrom den Ventilsitz, der kleiner ist als der von der zweiten Druckpumpe mit dem Druck PH erzeugte Volumenstrom. Der Druck PH ist der höhere der beiden Drücke, der Druck PN der niedrigere der beiden durch die Druckpumpen erzeugbare Druck.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist in beiden Ventilsitzen der hydraulischen Umschalteinrichtung eine derartige Teilöffnungsstellung vorgesehen. Die Teilöffnungsstellung der Ventilanordnungen wird durch einen definierten Ringspalt in dem jeweiligen Ventilsitz gebildet, d. h. zu Beginn der Öffnungsbewegung hebt sich zunächst ein vorzugsweise kegeliger Ventilabschnitt von einem entsprechend ausgeformten Ventilsitz ab, die durch den kegeligen Ventilsitz bewirkte Dichtung wird aufgehoben und ein Ringspalt wird zur reduzierten Durchströmung der Hydraulikflüssigkeit freigegeben. Öffnet sich das Ventil weiter, dann tritt der kegelige Abschnitt des Ventilelementes auch aus dem Ringspalt aus und gibt den Volumenstrom vollständig frei.
  • In Bewegungsumkehr wird von einer völligen Freigabe beim Schließvorgang zunächst eine Einengung des Volumenstromes auf den bereits genannten definierten Volumenstrom erfolgen und schließlich die vollständige Abdichtung des jeweiligen Ventils. Öffnet das eine Ventil, dann schließt entsprechend das andere Ventil und umgekehrt. Mit anderen Worten, ist ein Ventil vollständig geschlossen, so ist das daran angekoppelte andere Ventil vollständig offen. Befindet sich ein Ventil in der Teilöffnungsstellung, so befindet sich auch das andere Ventil vorzugsweise in der Teilöffnungsstellung.
  • Die erste Druckpumpe ist derart an den Ventilblock angeschlossen, dass sie das sie durchströmende Hydraulikmittel beim geöffneten ersten Ventil in drucklosen Umlauf fördert.
  • Wie oben bereits angemerkt, werden beide Ventile in einer Grundstellung durch eine Druckfeder vorgespannt. Dabei ist der erste Ventilsitz geschlossen und der zweite Ventilsitz geöffnet. Die Kraft dieser Feder ist vorzugsweise einstellbar, was beispielsweise durch einen Spindeltrieb oder dgl. erfolgen kann, der zu einer unterschiedlichen Abstützung der Feder gegenüber einem Gehäuseabschnitt führt.
  • Werden die Wirkflächen der Ventilsitze unterschiedlich groß bemessen, dann verändern sich die Parameter der Volumenströme sowie die der Druckverläufe beim Schaltvorgang und damit das Verhalten der Ventilanordnung. Es erhöhen sich dadurch die Einsatzmöglichkeiten der Ventilanordnung.
  • Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist zumindest eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine zu einem Schaltvorgang korrespondierende Bewegung des Verbindungselements zu dämpfen. Es hat sich gezeigt, dass die Umschalteinrichtung ohne Dämpfung hart schaltet und dadurch ein sehr hoher Verschleiß zu befürchten ist, insbesondere wenn die Anlage über sehr viele Zyklen (beispielsweise eine Millionen Zyklen pro Jahr) betrieben wird. Die Dämpfungseinrichtung dämpft die Bewegung des Verbindungselements und reduziert damit den Verschleiß, womit die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung verlängert ist.
  • Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele ist vorgesehen, lediglich eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen, das in einem endseitigen Bereich des Verbindungselements angeordnet ist oder zwei Dämpfungseinrichtungen vorzusehen, die entsprechend an gegenüber liegenden Enden des Verbindungselements angeordnet sind. In letzteren Fall ist eine Dämpfung in zwei Schaltrichtungen möglich.
  • Eine besonders einfache und robuste Ausgestaltung der Dämpfungseinrichtung weist eine mit Hydraulikmittel gefüllte Kammer auf, in die ein Ende des Verbindungselements zur Dämpfung der zu dem Schaltvorgang korrespondierenden Bewegung einführbar ist. Das Hydraulikmittel entweicht aus der Kammer über dazu vorgesehene Kanäle beziehungsweise Durchlässe, die einen geringen Querschnitt aufweisen, sodass der Bewegung des Verbindungselements entgegen gewirkt ist. Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele sind die zur Rückführung des Hydraulikmittels vorgesehene Durchgänge als weiterer Ringspalt, der zwischen einem zylinderförmigen Ende des Verbindungselements und einer Hülse der Dämpfungseinrichtung gebildet ist oder als Drosselbohrung, die im Verbindungselement eingebracht ist, ausgeführt.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Dämpfungseinrichtung mit einem Rückschlagventil zu versehen, die die Dämpfung entgegen der zum Schaltvorgang korrespondierenden Bewegung des Verbindungselements reduziert beziehungsweise weitgehend aufhebt. Dazu weist das Rückschlagventil ein Verschlusselement auf, welches bei einer entsprechenden Bewegung des Verbindungselements entgegen der zum Schaltvorgang korrespondierenden Bewegung geöffnet wird. Dies ermöglicht ein rasches Eintreten von Hydraulikmittel in die Kammer, sodass eine entsprechende Bewegung im Wesentlichen ungedämpft erfolgt.
  • Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
    • Fig. 1
    einen Hydraulikplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche an einen Differenzialzylinder angeschlossen ist,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung,
    Fig. 3
    eine Detaildarstellung eines Ventilsitzes mit einem Ringspalt zur Definition einer Teilöffnungsstellung.
    Fig. 4
    eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung, wobei eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen ist,
    Fig. 5
    eine Detaildarstellung des in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiels mit Dämpfungseinrichtung.
  • Die Vorrichtung 1 dient zur Erzeugung unterschiedlicher Volumenströme mit verschiedenen Arbeitsdrücken in wenigstens einer Kolbenanordnung 2, die bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Differenzialzylinderanordnung ausgebildet ist. Genauso gut kann anstelle der dargestellten Differenzialzylindereinrichtung als Kolbenanordnung 2 auch eine Gleichgangzylinderanordnung verwendet werden oder andere Zylinderanordnungen angeschlossen werden, die aus einem oder mehreren einzelbetriebenen Zylindern bestehen.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste motorgetriebene Druckpumpe 3 und eine zweite, mit der ersten Druckpumpe 3 gleichlaufend motorgetriebene Druckpumpe 4 zur Erzeugung eines zweiten Arbeitsdruckes PH, der höher ist als der erste Arbeitsdruck PN. Außerdem ist eine hydraulische Umschalteinrichtung 5 zur Umschaltung der Druckausgänge von einem Hochdruck-/Niederdruckzustand mit kombinierten Arbeitsdrücken PN + PH in einen Hochdruckzustand mit einem Arbeitsdruck PH vorgesehen, wenn sich in der Kolbenanordnung 2 eine Druckerhöhung ergibt. Beide Druckpumpen 3 und 4 sind gleichlaufend über einen Elektromotor 6 angetrieben, dessen Antriebswelle 7 die Pumpelemente beider Pumpen 3 und 4 antreibt.
  • Die Umschalteinrichtung 5 ist als Umlaufventil ausgebildet und umfasst eine erste Ventileinrichtung 8 und eine zweite Ventileinrichtung 9, die in einem gemeinsamen Ventilblock 10 angeordnet sind, was sich insbesondere aus der Schnittzeichnung gemäß Fig. 2 ergibt. Die erste Ventileinrichtung weist ein Ventilelement VA auf, die zweite Ventileinrichtung 9 ein Ventilelement VB, wobei die beiden Ventilelement VA und VB zur synchronen Bewegung über ein insbesondere stangenartiges Verbindungselement 14 starr aneinander bewegungsgekoppelt sind. Jedem Ventilelement VA und VB ist ein Ventilsitz 11, 12 zugeordnet, die Ventilelement VA und VB sind über eine gemeinsame Feder 13 in einer Grundstellung vorgespannt, in der der erste Ventilsitz 11 geschlossen und der zweite Ventilsitz 12 geöffnet ist. Die Druckpumpe 3 ist über dem zweiten geöffneten Ventilsitz 12 und die zweite Druckpumpe 4 unmittelbar mit der Kolbenanordnung 2 druckverbunden.
  • Erhöht sich in der Kolbenanordnung 2 der Druck auf der Ausgangsseite 15 des zweiten Ventilsitzes 12, dann wirkt dieser Druck auch auf den ersten Ventilsitz 11 und dieser wird gegen die Kraft der Feder 13 geöffnet und synchron dazu das Ventilelement VB in den zugeordneten Ventilsitz 12 hineingezogen bzw. gedrückt und schließt damit die zweite Ventilanordnung 8. Beim Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 14 als Stange ausgebildet, die in dem Ventilblock 10 axial verschiebbar geführt ist.
  • Wie insbesondere aus der Detaildarstellung gemäß Fig. 3 hervorgeht, ist bei wenigstens einem der Ventilsitze 11 und/oder 12 der Ventilanordnungen der Ventileinrichtungen 8, 9 eine zwischen einer Schließstellung einer Öffnungsstellung wirksame Teilöffnungsstellung vorgesehen, in welcher ein definierter Teilöffnungs-Volumenstrom den jeweiligen Ventilsitz 11, 12 durchströmen kann, der kleiner ist als der von der zweiten Druckpumpe 4 mit dem Druck PH erzeugte Volumenstrom. Beim Ausführungsbeispiel haben beide Ventileinrichtungen 8, 9 das Merkmal der Teilöffnungsstellung. Die Teilöffnungsstellung wird jeweils durch einen definierten Ringspalt 20 gebildet, der einen zylindermantelförmigen Abschnitt des jeweiligen Ventilelementes VA, VB umgibt. In Fig. 3 ist die Ventileinrichtung 8, 9 geschlossen, d. h. ein kegelstumpfartiger Abschnitt des Ventilelementes VA, VB liegt in dem im zugeordneten Ventilsitz 11, 12 ein und dichtet diesen ab. Wird das Ventil geöffnet, wobei das Ventilelement VA oder VB in Pfeilrichtung 21 von dem Ventilsitz 11, 12 abgezogen wird, dann hat die Hydraulikflüssigkeit, den Ventilsitz zu durchströmen, wobei der den Ventilsitz 11, 12 durchströmende Volumenstrom durch den Querschnitt des Ringspaltes 20 begrenzt wird, solange bis das Ventilelement VA oder VB mit dem zylinderförmigen Abschnitt den Ringspaltbereich verlässt. Dann geht das Ventil in eine volle Öffnungsstellung über. Beim Schließen des Ventils dreht sich lediglich die Reihenfolge um, das voll geöffnete Ventil geht in die Teilöffnungsstellung über und schließt dann ganz, sobald das Ventilelement VA oder VB mit seinem kegelmantelförmigen Abschnitt an den entsprechenden geformten Ventilsitz 11, 12 anläuft. In beiden Ventileinrichtungen 8, 9 ist jeweils ein kegelstumpfartiger Ventilsitz 11, 12 zur Definition der Ventilschließstellung vorgesehen. Die Gestaltungen der Ringspalte 20 an den Ventileinrichtungen 8 und 9 sind so abgestimmt, dass undefinierte Schaltzustände vermieden werden und damit das sogenannte Flattern verhindert wird, was sonst zu Funktionsstörungen führt und vorzeitigen Verschleiß hervorruft.
  • Die Kraft der Feder 13 ist einstellbar, was beim Ausführungsbeispiel nicht näher ausgeführt ist.
  • Die erste Druckpumpe 3 ist derartig an den Ventilblock 10 angeschlossen, dass sie das sie durchströmende Hydraulikmittel bei geöffneten ersten Ventilelement 8 in drucklosem Umlauf fördert.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Umschalteinrichtung 5 zwei Dämpfungseinrichtungen 16, die jeweils endseitig am Verbindungselement 14 angeordnet sind, aufweist. Wesentliche Elemente des in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiels korrespondieren zu den bereits im Zusammenhang mit Figuren 1 - 3 geschriebenen Elementen und sind dementsprechende mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Dämpfungseinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, eine Bewegung des Verbindungselementes, die zu einem Schaltvorgang korrespondiert, zu dämpfen. In der exemplarisch in Figur 4 dargestellten Ventilstellung wird so beispielsweise bei einem Umschalten der Umschalteinrichtung 5, wobei sich das Verbindungselement 14 nach rechts bewegt, von der Dämpfungseinrichtung 16, welche im Bereich der Ausgangsseite 15 angeordnet ist, gedämpft. Eine entsprechende Gegenbewegung des Verbindungselements 14 ist von der Dämpfungseinrichtung 16, die am gegenüberliegenden Ende des Verbindungselements 14 angeordnet ist, dämpfbar.
  • Figur 5 zeigt exemplarisch den Aufbau der Dämpfungseinrichtung 16, wobei der Bereich der Ausgangsseite 15 der Umschalteinrichtung 5 gezeigt ist. Die Dämpfungseinrichtung 16 weist ein hülsenförmiges Endstück 17 auf, in welche das Ende des Verbindungselements 14 hinein und hinaus fahrbar ist. Ferner weist die Dämpfungseinrichtung 16 ein Rückschlagventil 18 mit Verschlusselement 19 auf. Eine Kammer 22 ist zwischen der Stirnseite des Verbindungselements 14, dem Endstück 17 und dem Verschlusselement 19 des Rückschlagventils 18 gebildet. Die Kammer 22 ist mit Hydraulikmittel gefüllt, die bei der zu dem Schaltvorgang korrespondierenden und in Pfeilrichtung 23 erfolgenden Bewegung des Verbindungselements 14 über einen kleindimensionierten weiteren Ringspalt 24 entweichen muss. Dadurch wird die Vorwärtsbewegung des Verbindungselements 14 stark gedämpft. Der in Figur 5 gezeigte weitere Ringspalt 24 ist zur besseren Darstellung stark überhöht dargestellt. Tatsächlich beträgt die Breite des weiteren Ringspalts 24 typischerweise nur wenige hundertstel Millimeter.
  • Das Rückschlagventil 18 dient dazu, dass das Verbindungselement 14 in der zu der Pfeilrichtung 23 entgegengesetzten Richtung schnell herausgefahren werden kann. Dazu ist das Verschlusselement 19 über eine weitere Feder 25 in der gezeigten Stellung vorgespannt. Bei einer Bewegung des Verbindungselements 14 entgegen der Pfeilrichtung 23 öffnet das Rückschlagventil 18, um Hydraulikmittel über die Bohrung 26 in die Kammer 22 einzulassen. Entsprechend wird eine Dämpfung in der zu Pfeilrichtung 23 entgegengesetzten Richtung reduziert beziehungsweise weitestgehend vermieden.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, das Hydraulikmittel aus der Kammer 22 zur Dämpfung des Schaltvorgangs durch Drosselbohrungen, welche im Verbindungselement 14 eingebracht sind, zu führen.
  • Über den Weg des Verbindungselementes 14 lässt sich die Dämpfungswirkung dadurch beeinflussen, dass sich während des Hubs des Verbindungselementes der Querschnitt des Ringspaltes 24 verändert. Dies kann dadurch vorgenommen werden, dass entweder das Verbindungselement 14 und/oder das Endstück 17 im Ringspaltbereich eine kegelige oder etwas anders geartete Gestaltung aufweisen. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten degressiv, linear, progressiv oder in einer anderen beliebigen Kurvenform gestaltet werden.
  • Es versteht sich ferner, dass die zum Schaltvorgang korrespondierende Bewegung des Verbindungselements 14 in Pfeilrichtung 23 lediglich exemplarisch aufzufassen ist. Die Dämpfungseinrichtung 16 die am zur Ausgangsseite 15 entgegengesetzten Ende des Verbindungselements 14 angeordnet ist, ist dazu ausgebildet eine Bewegung des Verbindungselements 14 entsprechend einer zur Pfeilrichtung 23 entgegengesetzten Richtung zu dämpfen. Analog öffnet das dort angeordnete Rückschlagventil 18 bei einer Bewegung des Verbindungselements 14 in Pfeilrichtung 23.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist die Umschalteinrichtung geeignet, bekannte Ventilfunktionen wie das Umschalten von Nieder- auf Hochdruck, eine Rückdrucksperre des Hochdruckes in den Niederdruckkreis, das Umschalten des Niederdruckes auf drucklosen Umlauf, eine Druckbegrenzung für den Niederdruckkreis, einen Rückfall von Hochdruck auf Niederdruck bei Druckunterschreitung und eine selbsttätige Öffnung des Rückflusskanals bei Umkehr der Strömungsrichtung im Niederdruckbereich bei äußerst kompakter und wartungsarmer Ausbildung zu gewährleisten. Unterschiedliche Bauformen der Umschalteinrichtung sind möglich, diese kann als Einbauumlaufventil in eine Vorrichtung integriert werden, es ist aber auch ein Aufbau an vorhandene Anlagen oder ein Leitungseinbau problemlos möglich.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Kolbenanordnung
    3
    erste Druckpumpe
    4
    zweite Druckpumpe
    5
    Umschalteinrichtung
    6
    Motor
    7
    Antriebswelle
    8
    erste Ventileinrichtung
    9
    zweite Ventileinrichtung
    10
    Ventilblock
    11
    erster Ventilsitz
    12
    zweiter Ventilsitz
    13
    Feder
    14
    Verbindungselement
    15
    Ausgangsseite von 12
    16
    Dämpfungseinrichtung
    17
    Endstück
    18
    Rückschlagventil
    19
    Verschlusselement
    20
    Ringspalt
    21
    Pfeilrichtung
    22
    Kammer
    23
    Pfeilrichtung
    24
    weiterer Ringspalt
    25
    weitere Feder
    26
    Bohrung

Claims (18)

  1. Hydraulische Vorrichtung (1) zur Erzeugung unterschiedlicher Fördermengen mit verschiedenen Arbeitsdrücken in wenigstens einer Kolbenanordnung (2), insbesondere einer Gleichgang- oder Differentialanordnung, von Hydraulikzylindern, hydraulischen Schwenkantrieben oder Hydraulikmotoren, mit
    - einer ersten motorgetriebenen Druckpumpe (3) zur Erzeugung eines ersten Arbeitsdruckes PN und
    - einer zweiten, mit der ersten Druckpumpe (3) gleichlaufend motorgetriebenen Druckpumpe (4) zur Erzeugung eines zweiten Arbeitsdruckes PH, der höher ist als der erste Arbeitsdruck PN, sowie
    - einer hydraulischen Umschalteinrichtung (5) zur Umschaltung von einen Hochdruck-/Niederdruckzustand mit kombinierten Arbeitsdrücken PN + PH in einem Hochdruckzustand mit einem Arbeitsdruck PH bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung (2), wobei
    - die Umschalteinrichtung (5) als Umlaufventil ausgebildet ist, das eine erste und wenigstens eine zweite, gemeinsam in einem gemeinsamen Ventilblock (10) angeordnete Ventileinrichtung (8, 9) mit jeweils einem in einem zugeordneten Ventilsitz gelagerten Ventilelement VB und VA umfasst,
    - wobei die beiden Ventilelemente VA, VB zur synchronen Bewegung über ein Verbindungselement (14) bewegungsgekoppelt und durch eine Feder (13) gemeinsam in einer Grundstellung vorgespannt sind, in welcher der erste Ventilsitz (11) geschlossen und der zweite Ventilsitz (12) geöffnet ist,
    - und wobei die erste Druckpumpe (3) über den zweiten geöffneten Ventilsitz (12) und die zweite Druckpumpe (4) unmittelbar mit der Kolbenanordnung (2) druckverbunden ist und
    - bei Druckerhöhung in der Kolbenanordnung (2) infolge einer Erhöhung des Druckes auf der Ausgangsseite des zweiten Ventilsitzes (12) dieser gegen die Kraft der Feder geschlossen und der erste Ventilsitz (11) geöffnet wird, wobei
    - bei wenigstens einem Ventilsitz (11, 12) der Ventileinrichtung eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung wirksame Teilöffnungsstellung vorgesehen ist, in welcher ein definierter Teilöffnungs-Volumenstrom den Ventilsitz (11, 12) durchströmt, der kleiner als der von der zweiten Druckpumpe (4) mit dem Druck PH erzeugte Volumenstrom ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Teilöffnungsstellung durch einen definierten Ringspalt (20) in dem jeweiligen Ventilsitz (11, 12) gebildet ist, wobei der Ringspalt (20) einen zylindermantelförmigen Abschnitt des jeweiligen Ventilelementes VA, VB umgibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in den beiden Ventilsitzen (11, 12) der hydraulischen Umschalteinrichtung (5) eine Teilöffnungsstellung vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zylindermantelförmige Abschnitt des jeweiligen Ventilelementes VA, VB bei voller Öffnungsstellung des jeweiligen Ventils außerhalb des Ringspaltbereiches liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Teilöffnungsstellung der Ventilsitze eine veränderbare wirksame Länge des Ringspaltes freigegeben wird, die die Volumenströme und Drücke während des Schaltvorganges der Vorrichtung (1) beeinflusst.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Druckpumpe (3) derart an dem Ventilblock (10) angeschlossen ist, dass sie das sie durchströmende Hydraulikmittel bei geöffnetem ersten Ventilsitz (11) in drucklosem Umlauf fördert.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kopplung der Ventilelemente innerhalb der mit den Teilöffnungsstellungen versehenen Ventilsitze (11, 12) derart ausgebildet ist, dass die zweite Ventileinrichtung (9) aus der Teilöffnungsstellung heraus schließt, wenn die erste Ventileinrichtung (8) aus der Teilöffnungsstellung heraus öffnet und umgekehrt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die die Teilöffnungsstellungen beider Ventileinrichtungen (8, 9) definierenden Verschiebewege identisch sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beide Ventileinrichtungen (8, 9) einen kegelstumpfartigen Ventilsitz (11, 12) aufweisen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft der Feder (13) einstellbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Feder (13) im Bereich des vorzugsweise stangenartigen Verbindungselementes (14) angeordnet und als Druckfeder ausgebildet ist und beide Ventilelemente gleichsinnig in die Grundstellung drückt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Druckpumpe (3) an einen Ventilraum zwischen den beiden Ventileinrichtungen (8, 9) angeschlossen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Druckpumpe (4) an einen Anschlusskanal angeschlossen ist, der von der zweiten Ventileinrichtung (9) zur Kolbenanordnung (2) verläuft.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wirkflächen der Ventilsitze gleich oder unterschiedlich groß bemessen sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    ihre Verwendung in Hydrauliksystemen mit mindestens zwei unterschiedlichen Drücken und/oder unterschiedlichen Volumenströmen.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest eine Dämpfungseinrichtung (16) zur Dämpfung einer zu einem Schaltvorgang korrespondierenden Bewegung des Verbindungselements (14) am Verbindungselement (14) endseitig angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwei Dämpfungseinrichtungen (16) an gegenüber liegenden Enden des Verbindungselements (14) angeordnet sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dämpfungseinrichtung (16) eine mit Hydraulikmittel gefüllte Kammer (22) aufweist, wobei ein weiterer Ringspalt (24) oder eine Drosselbohrung zur Rückführung des Hydraulikmittels vorgesehen ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dämpfungseinrichtung (16) ein Rückschlagventil (18) zur Reduzierung der Dämpfung entgegen der zum Schaltvorgang korrespondierenden Bewegung des Verbindungselements (14) aufweist.
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