DE102004016964A1

DE102004016964A1 - Entlastungsventil mit wählbarer Sperre

Info

Publication number: DE102004016964A1
Application number: DE200410016964
Authority: DE
Inventors: Dennis O. Courtright; John P. Tow; David L. Moline Sigl
Original assignee: Deere and Co; Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Deere and Co; Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: ITRM20040190A1; US20040206407A1; BRPI0401101A; MXPA04003515A; CN1538077A; CN100371841C; JP2004316906A; US6976504B2; DE102004016964B4

Abstract

Ein Entlastungsventil mit wählbarer Sperre gemäß dieser Erfindung wird zum Betrieb eines hydraulischen Sperrmechanismus eines manuell betriebenen Steuerventils verwendet. Diese Bauart verfügt über drei Betriebsmodi: nicht sperrend, Dauersperre und Freigabe der Sperre. In der nicht sperrenden Stellung kann ein Flüssigkeitsstrom das Entlastungsventil von einer ersten zu einer zweiten Öffnung durchfließen und damit die Entlastungsfunktion umgehen. Der dabei erzeugte Druck setzt den Sperrmechanismus im Steuerventil außer Kraft. Der Kolben kehrt immer in seine neutrale Stellung zurück, solange Druck vorhanden ist. In der Stellung mit Dauersperre wird der Fluss von einer ersten an eine zweite Öffnung blockiert. Die Stellung zur Freigabe der Sperre ermöglicht das Verlaufen eines Flüssigkeitsstroms von einer ersten an eine zweite Öffnung, um den Sperrmechanismus im Kolben zu überwinden (freizugeben), wenn der Druck 2600 psi übersteigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehrere Steuerventile mit einem einzigen Sperrmodus werden dafür verwendet, bei bestimmten hydraulischen Geräten wie einem Gerätelift mit Hydraulikzylindern oder einem Stangenbohrer- oder Grabenzieherkettenantriebsmotor mehrere Betriebsarten zu ermöglichen. Beim Einsatz derartiger Technologie müssen jedoch für jede einzelne benötigte Betriebsart separate manuelle Steuerventile vorgesehen sein.
Es ist daher Hauptaufgabe dieser Erfindung, ein einziges manuelles Steuerventil mit mehreren Sperrmodi bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein manuelles Steuerventil bereitzustellen, das es dem Bediener ermöglicht, die Sperrfunktionen für das manuelle Steuerventil auszuwählen, indem er einfach den passenden Modus am Entlastungsventil auswählt und das Stellglied in die entsprechende Stellung bringt.
Es ist ebenfalls Aufgabe dieser Erfindung, ein manuelles Steuerventil zur Verfügung zu stellen, das die sichere Steuerung der Geräte, zu denen es gehört, verbessert.
Diese und weitere Aufgaben ergeben sich für den Fachmann auf dem Gebiet auf offensichtliche Weise.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Entlastungsventil mit wählbarer Sperre gemäß dieser Erfindung wird für den Betrieb eines hydraulischen Sperrmechanismus an einem manuell betriebenen Steuerventil ver wendet. Diese Bauart verfügt über drei Betriebsmodi, d.h. nicht sperrend, Dauersperre und Freigabe der Sperre. In der nicht sperrenden Stellung kann ein Durchfluss das Entlastungsventil von einer ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung passieren und damit die Entlastungsfunktion umgehen. Durch den erzeugten Druck wird der Sperrmechanismus im Steuerventil ausgeschaltet. Solange Druck vorhanden ist, geht der Kolben immer wieder in die neutrale Stellung zurück. In der Stellung mit Dauersperre ist der Durchfluss von einer ersten zu einer zweiten Öffnung blockiert. Da kein Durchfluss zum Ausschalten des Sperrmechanismus vorhanden ist, muss der Bediener den Kolben manuell aus der Sperrstellung heraus und zurück in die neutrale Stellung schieben. Die Stellung mit Freigabe der Sperre lässt einen Durchfluss von einer ersten Öffnung zu einer zweiten zu, um den Sperrmechanismus im Kolben zu umgehen (d.h. freizugeben), wenn der Druck 2600 psi übersteigt. Der Kolben wird dabei automatisch in die neutrale Stellung zurückversetzt. Bei jeder Stellung des Entlastungsventils mit wählbarer Sperre ist auch eine Arretierung im Griffaufbau vorgesehen, um sicherzustellen, dass der Betriebsmodus beibehalten wird, bis der Bediener einen neuen Modus auswählt. Der voreingestellte Modus ist der nicht sperrende Modus. Wird der Wählknopf auf einen der anderen Modi hinbewegt, dabei aber nicht vollständig gedreht, dann dreht sich das Ventil zurück auf den nicht sperrenden Modus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Steuerventils in seiner nicht sperrenden Stellung;
1A eine Aufsicht auf einen Steuerknopf von 1;
2 eine Schnittansicht eines Steuerventils in seiner Stellung mit Dauersperre;
2A eine Aufsicht auf einen Steuerknopf von 2;
3 eine Schnittansicht eines Steuerventils in seiner Stellung zur Freigabe der Sperre;
3A eine Aufsicht auf einen Steuerknopf von 3; und
4 eine perspektivische Ansicht einer Kurvenscheibenvorrichtung, die die drei Modi des Steuerknopfes beeinflusst.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 weist das Ventil 10 eine Hülse 12 auf, die über Keilwellennuten 15 in ein Ende des Steckers 14 eingesteckt wird. Eine Führung 16 wird über Keilwellennuten 17 in den Stecker 14 eingesetzt. Ein Kolben 18 ist verschiebbar innerhalb Hülse 12 und Stecker 14 vorgesehen. In der Hülse 12 sind Öffnungen 19A und 19B vorgesehen, die bisweilen mit Öffnungen 19C im Kolben 18 ausgerichtet sind (3).
Der Steuerschaft 20 verläuft durch das Zentrum der Führung 16 und hat ein inneres Ende 22 und ein äußeres Ende 24. Ein Passstift 25 verläuft durch einen Querschlitz 25'. Eine Lastscheibe 25A ist in der Nähe des Schlitzes 25' angeordnet (1). Wie es in 4 gezeigt ist, weist die Hülse 25B Feststellkerben 25C, 25C' und 25C'' auf. Der Stift 25 ist so ausgelegt, dass er je nach Stellung des Knopfes 26 in gegenüberliegenden Kerben 25C'', 25C' oder 25C liegt. Eine Mutter 28 und ein Ring 30 dienen zur Befestigung des Knopfes 26 am Steuerschaft 20.
Wie die 1, 2 und 3 zeigen, weist der Kolben 18 an seinem äußeren Ende ein pfeilartiges Element 32 auf. Durch eine Feder 34, die an einem nach innen verlaufenden Ende mit einem Anschlag 34 sowie an einem äußeren Ende mit einer Schulter am pfeilartigen Element 32 in Eingriff geht, wird der Kolben in Richtung nach außen gedrängt. Die Bezugsziffer 36 bezeichnet das spitzzulaufende äußere Ende des pfeilartigen Elements, welches sich schließend auf die Öffnung 38 legt und diese Öffnung 38 erst dann wieder öffnet, wenn ausreichend Flüssigkeitsdruck an der Öffnung 38 anliegt, um die Feder 34 zusammenzudrücken, woraufhin sich das spitzzulaufende äußere Ende 36 des pfeilartigen Elements aus der Kontaktstellung mit der Öffnung 38 zurückzieht.
Wie es in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Wellenfeder 40 rückwärtig der Lastscheibe 25A angebracht. Ein Drucklager 42 verläuft um den Steuerschaft 20 herum. Meh rere Dichtungen 44 sind um die Hülse 12 und den Stecker 14 herum angeordnet, um das Ventil 10 bezüglich eines (nicht dargestellten) Haltekörpers abzudichten.
Wie in den 1A, 2A und 3A zu sehen ist, bezeichnet die Bezugsziffer 46 die nicht sperrende Stellung; die Bezugsziffer 48 bezeichnet die Stellung mit Dauersperre; und die Bezugsziffer 50 bezeichnet die Stellung zur Freigabe der Sperre. Wird der Knopf 26 in die jeweils in den 1A, 2A bzw. 3A dargestellte Stellung gedreht, in der die Positionsindikatoren 46, 48 oder 50 jeweils mit der Modusstellung 52 ausgerichtet sind, dann entspricht dabei die Stellung der Komponenten des Ventils 10 jeweils der Darstellung der 1, 2 bzw. 3.
Wie es in 1 zu sehen ist, ist der Knopf 26 mit dem Steuerschaft 20 verbunden. Der Passstift 25 verbindet den Steuerschaft 20 und den Kolben 18. Die Wellenfeder 40 legt eine axiale Kraft auf die Lastscheibe 25A und den Passstift 25. Der Passstift 25 kontaktiert Paare von Feststellkerben 25, 25C' oder 25C'', durch die der Kolben in einer der drei auswählbaren Stellungen arretiert wird. Am Kolben 18 im Steuerschaft 20 ist ein Schlitz 25' vorgesehen, um eine Bewegung des Passstifts 25 entlang der Achse des Ventils 10 zu ermöglichen. Diese findet statt, wenn der Kolbens 18 innerhalb der Hülse 25B gedreht wird und sich am Profil des Endes der Hülse entlang bewegt, dessen Kurvenprofil aus den Paaren von Feststellkerben 25C, 25C' und 25C'' (4) für die Sperreigenschaften besteht. In der in 1 dargestellten, nicht sperrenden Stellung wird der Eingangsdruck von der Öffnung 38 an die Öffnung 19A umgeleitet. Da der Eingangsdruck an der Öffnung 38 auf 3000 psi hochgehen und den Kolben 18 mit hoher axialer Kraft belasten kann, wurde das Drucklager 42 hinzugefügt, um das erforderliche Drehmoment zur Drehung des Kolbens 18 zu verringern.
Wie bereits erwähnt zeigen die 1 und 1A das Ventil in der nicht sperrenden Stellung. In dieser Stellung befindet sich das Entlastungsventil 10 in einem „Umleit"-Modus. Dies ermöglicht, dass der Durchfluss durch das Ventil verläuft und dabei zu 100 % der Zeit die Funktion zur Freigabe der Sperre offen hält. Infolgedessen kehrt der Kolben 18 immer wieder in eine neutrale Stellung zurück.
Wie 2 zeigt, befindet sich das Ventil 10 in der Stellung mit Dauersperre, in der der Kolben 18 den Durchfluss an der Öffnung 38 blockiert. Bei einem Druckanstieg an der Öffnung 38 bis auf den Sprengdruck des pfeilartigen Elements 32 besteht für den Durchfluss keine Ausweichmöglichkeit, da beide Öffnungen 19A und 19B blockiert sind. Der Flüssigkeitsdruck gleicht sich auf jeder Seite des pfeilartigen Elements 32 aus und die Feder 34 setzt sich über den Druck hinweg und drückt weiterhin das pfeilartige Element verschließend auf den Sitz der Öffnung 38.
Somit ist, wie es in den 2 und 2A dargestellt ist, die Stellung mit Dauersperre wirksam. In dieser Stellung befindet sich das Entlastungsventil 10 in einem „Blockier"-Modus. Dadurch wird die Flüssigkeit am Durchströmen des Ventils gehindert. Infolgedessen hat der Kolben immer eine Sperrfunktion und die Funktion zur Freigabe der Sperre ist außer Kraft gesetzt.
In den 3 und 3A ist die Stellung zur Freigabe der Sperre dargestellt, in der der Kolben einen Durchfluss von der Öffnung 19A zur Öffnung 19B ermöglicht, wenn der Systemdruck 2600 psi übersteigt. Die Öffnungen 19C im Kolben 18 sind mit den Öffnungen 19A und 19B in der Hülse 12 ausgerichtet, wodurch sich ein Weg für das Öl ergibt. Die Öffnung 19B liegt auf Tankdruck, so dass der Entlastungsdruck vom Druck an der Öffnung 19A unabhängig ist.
In der Stellung zur Freigabe der Sperre befindet sich das Ventil 10 in seinem Entlastungsmodus. Dieser lässt den Flüssigkeitsstrom das Ventil durchströmen, wenn der Druck 2600 psi (180 bar) übersteigt. Passiert dies, wird die Funktion zur Freigabe der Sperre aktiviert. Infolgedessen geht der Kolben dann in die neutrale Stellung zurück.
Aus den voranstehenden Ausführungen ergibt sich, dass das Ventil 10 zum Betrieb eines hydraulischen Sperrmechanismus an einem manuell betriebenen Steuerventil eingesetzt wird. Der Knopf am Ventil wird zur Erzeugung der drei Betriebsmodi verwendet, d.h. nicht sperrend, Dauersperre und Freigabe der Sperre. Es ergibt sich dabei, dass in der nicht sperrenden Stellung der Flüssigkeitsstrom das Entlastungsventil von Öffnung 38 zu Öffnung 19A durchfließen und somit die Entlastungsfunktion umgehen kann. Der so erzeugte Druck löst den Sperrmechanismus im Ventil 10. Der Kolben 18 kehrt immer in eine neutrale Stellung zurück, solange Druck vorhanden ist. In der Stellung mit Dauersperre ist der Durchfluss von Öffnung 38 zu Öffnung 19A blockiert. Da kein Flüssigkeitsstrom zum Lösen des Sperrmechanismus vorhanden ist, muss der Bediener manuell den Steuerkolben aus der Sperrstellung heraus und zurück in eine neutrale Stellung schieben. Die Stellung zur Freigabe der Sperre ermöglicht den Verlauf des Flüssigkeitsstroms von Öffnung 38 zu Öffnung 19A, um sich über den Sperrmechanismus im Kolben 18 hinwegzusetzen (d.h. die Sperre freizugeben), wenn der Druck 2600 psi übersteigt. Der Kolben wird automatisch wieder in eine neutrale Stellung gebracht. Jede Stellung des Ventils 10 sieht auch eine Arretierung im Aufbau des Griffs vor, um sicherzustellen, dass der Betriebsmodus beibehalten wird, bis der Bediener einen neuen Modus auswählt. Der voreingestellte Modus ist der nicht sperrende Modus. Wird der Wahlknopf 26 auf einen der anderen Modi hin bewegt, dabei aber nicht vollständig gedreht, dreht sich das Ventil wieder zurück in den nicht sperrenden Modus.
Das Ventil gemäß dieser Erfindung wird dazu verwendet, einen hydraulischen Sperrmechanismus an einem manuell betätigten Steuerventil zu betreiben, um eindeutig unterschiedliche Betriebsarten des manuellen Steuerventils zu ermöglichen. Jede der getrennt voneinander wählbaren Betriebsarten des Ventils erzeugt ein eindeutiges Funktionsmerkmal für den Sperrmechanismus. Infolgedessen lasst sich das manuelle Steuerventil auf der Grundlage der ausgewählten Funktionseinstellung des Entlastungsventils in unterschiedlichen Sperrmodi betreiben.
Da das Entlastungsventil die „Bedienerfunktion" für den hydraulischen Sperrmechanismus des Ventils übernimmt, bewirkt jeder eindeutige auswählbare Modus, dass das manuelle Steuerventil auf eindeutig unterschiedliche Weise funktioniert. Der Vorteil dabei ist, dass ein einziges manuelles Steuerventil verwendet werden kann, und nicht zusätzliche separate manuelle Steuerventile vorhanden sein müssen, um den Bedarf an mehreren Betriebsmodi erfüllen zu können. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dem Bediener einer Maschine, die gewünschte Sperrfunktion für das manuelle Steuerventil auszuwählen, indem er einfach den passenden Modus am Entlastungsventil auswählt und das Stellglied in die zugehörige Stellung bringt.
Befindet sich das Entlastungsventil in der nicht sperrenden Stellung, dann wird das Steuerventil unter Federkrafteinwirkung in seine neutrale Stellung zurückversetzt und könnte für die Positionssteuerung eines Kranauslegers, zum Beispiel Hochfahren, Herunterfahren oder Schwenken, verwendet werden. Wird das Ventil in die Stellung des Dauersperrmodus gebracht, würde das manuelle Steuerventil dazu veranlasst, die Stellung zu halten, in die es der Bediener gebracht hat, und könnte als Strombegrenzungsventil für einen Stangenbohrer- oder Grabenzieherkettenantriebsmotor fungieren. Ferner behält bei Verwendung der Ventileinstellung zur Freigabe der Sperre das Ventil seine eingestellte Stellung bei, bis eine Druckbegrenzungseinstellung erreicht wird, die die Sperre freigibt, wodurch das manuelle Steuerventil wieder auf neutrale Stellung zurückgehen kann. Dieser Modus könnte zur Steuerung der Funktion eines Gerätelifts und unteren Zylinders verwendet werden.
Am wichtigsten jedoch ist, dass die vorliegende Erfindung das Ersetzen mehrerer manueller Steuerventile mit jeweils einem einzigen Sperrmodus durch ein einziges manuelles Steuerventil mit mehreren Sperrmodi ermöglicht, indem sie ein Entlastungsventil vorsieht, das auswählbare Funktionsmodi zur Steuerung der Sperrfunktion des Ventils aufweist.
Daraus ergibt sich, dass diese Erfindung zumindest alle ihre angegebenen Aufgaben erfüllt.

Claims

Mehrmoden-Entlastungsventil mit einem System mit mehreren Sperrmöglichkeiten mit einem Kolben mit mehreren Funktionsmodi, umfassend: eine mit dem Kolben verbundene manuelle Betriebsvorrichtung, um den Kolben selektiv in seine verschiedenen Funktionsmodi zu bewegen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi einen nicht sperrenden Modus einschließen, bei dem sich der Kolben in einer neutralen Stellung befindet.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi eine Stellung mit Dauersperre einschließen, bei der der Flüssigkeitsstrom am Durchfließen des Ventils gehindert wird und eine Funktion zur Freigabe der Sperre außer Kraft gesetzt wird.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi einen Modus zur Freigabe der Sperre einschließen, bei dem der Flüssigkeitsdurchtritt durch das Ventil möglich ist und bei einem vorbestimmten Druck eine Funktion zur Freigabe der Sperre bewirkt wird, um den Kolben in eine neutrale Stellung zurückzubringen.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Druck bei ungefähr 2600 psi liegt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der manuellen Betriebsvorrichtung um einen sperrengesteuerten Knopf für den manuellen Betrieb handelt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi einen nicht sperrenden Modus einschließen, bei dem sich der Kolben in neutraler Stellung befindet, und eine Stellung mit Dauersperre, bei der der Flüssigkeitsstrom am Durchfließen des Ventils gehindert und eine Funktion zur Freigabe der Sperre außer Kraft gesetzt wird.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi einen nicht sperrenden Betriebsmodus einschließen, in dem sich der Kolben in neutraler Stellung befindet, eine Stellung mit Dauersperre, die den Flüssigkeitsstrom am Durchfließen des Ventils hindert und eine Funktion zur Freigabe der Sperre außer Kraft setzt, sowie einen Modus zur Freigabe der Sperre, bei dem Flüssigkeit das Ventil durchfließen kann und bei dem bei einem vorbestimmten Druck eine Funktion zur Freigabe der Sperre bewirkt wird, um den Kolben wieder in eine neutrale Stellung zurückzubringen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodi einen nicht sperrenden Modus einschließen, bei dem sich der Kolben in neutraler Stellung befindet, und einen Modus zur Freigabe der Sperre, bei dem Flüssigkeit das Ventil durchfließen kann und bei dem bei einem vorbestimmten Druck eine Funktion zur Freigabe der Sperre bewirkt wird, um den Kolben wieder in eine neutrale Stellung zurückzubringen.
Entlastungsventil mit wählbarer Sperre, folgendes umfassend: ein Ventilgehäuse, einen drehbar im Gehäuse angebrachten Kolben, dessen eines Ende in der Lage ist, eine erste Flüssigkeitsöffnung zu verschließen, eine Vielzahl zweiter Öffnungen im Gehäuse, die dazu ausgelegt sind, sich gelegentlich mit Flüssigkeitsöffnungen im Kolben auszurichten, um einen Flüssigkeitsstrom durch diese hindurch zu ermöglichen, in Abhängigkeit von der Drehstellung des Kolbens innerhalb des Gehäuses, eine Vorrichtung am Kolben zum selektiven Drehen des Kolbens innerhalb des Gehäuses, und eine Sperrvorrichtung, die mit dem Kolben verbunden ist, um den Kolben in einer von mehreren Drehstellungen innerhalb des Gehäuses zu halten, um verschiedene Wege des Flüssigkeitsstroms in das Ventil hinein und durch dieses hindurch zu bewirken, um verschiedene Hydraulikbetriebsarten hydraulischer Komponenten einer mit dem Ventil verbundenen Maschine zu bewirken.
Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben ein federvorgespanntes pfeilförmiges Element enthält, welches federnd eine Flüssigkeitsöffnung im Kolben verschließt.
Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum selektiven Drehen des Kolbens im Gehäuse ein Aufbau aus Schaft und manuellem Knopf ist, bei dem der Schaft über eine Sperrvorrichtung, die in der Lage ist, den Kolben lösbar in einer von mehreren Betriebsdrehstellungen zu halten, wirksam mit dem Kolben verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Knopf eine Vielzahl von Positionsindikatoren aufweist, um einem Bediener eine visuelle Überprüfung der Drehstellung des Kolbens zu ermöglichen, um dem Bediener eine Drehung des Knopfes und des Kolbens in eine ausgewählte Drehstellung zu gestatten, um unterschiedliche Hydraulikbetriebsarten hydraulischer Komponenten einer an das Ventil angeschlossenen Maschine zu bewirken.