DE102014017801A1

DE102014017801A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102014017801A1
Application number: DE102014017801.3A
Authority: DE
Inventors: Pascal Progin
Original assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Current assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: CN104696561A; FR3014524A1; FR3014524B1; CH708930A1; DE102014017801B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert, wobei die Vorsteuerstufe ein Federelement (8) aufweist, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt, wobei sich das Federelement (8) auf einem Pilotkolben (19) abstützt, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist, und wobei eine hintere Pilotkammer (17) vorgesehen ist, deren Volumen von der Position des Pilotkolbens abhängt, wobei der Steuerfluidstrom der Vorsteuerstufe in die hintere Pilotkammer (17) fließt, so dass nach dem Öffnen der Vorsteuerstufe die Vorspannung des Federelements (8) durch Verschieben des Pilotkolbens erhöht wird, und wobei eine Druckentlastungsstufe vorgesehen ist, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement (12) aufweist, welches gegen einen Ventilsitz (14) vorgespannt ist. Dabei sind das Ventilelement (12) und/oder der Ventilsitz (14) so geformt, dass auch bei geschlossener Druckentlastungsstufe zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz mindestens eine Ablauföffnung (26) frei bleibt, durch welche Fluid aus der Vorsteuerstufe ablaufen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert, wobei die Vorsteuerstufe ein Federelement aufweist, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt.
Für solche zweistufigen Druckbegrenzungsventile ist es beispielsweise aus der US 6039070 A bekannt, dass sich das Federelement auf einem Pilotkolben abstützt, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist. Nach einem Öffnen der Vorsteuerstufe fließt der Steuerfluidstrom dabei zunächst in eine vordere Pilotkammer, und wo aus er über eine Steueröffnung in eine hinter dem Pilotkolben angeordnete hintere Pilotkammer weiter strömt. Durch das Füllen der hinteren Pilotkammer wird der Pilotkolben gegen das Federelement verschoben, so dass sich dessen Vorspannung und damit der Öffnungsdruck des Vorsteuerventils erhöht wird. Durch diese sogenannte „Shockless-Funktion” werden Druckspitzen vermieden. Weiterhin ist in der US 6039070 A eine Druckentlastungsstufe vorgesehen, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement aufweist, welches gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist.
Bei dem aus der US 6039070 A bekannten Anordnung ist in einer Seitenwand der vorderen Pilotkammer eine kleine Ablauföffnung zum Tankanschluss hin vorgesehen. Diese sorgt zum einen für eine Entlüftung der Pilotkammer. Weiterhin kann durch diese Ablauföffnung Hydraulikfluid aus der Vorsteuerstufe ablaufen, wenn sich der Pilotkolben bei einem Druckabfall wieder zurück in seine Ausgangsposition bewegt. Diese Ablauföffnung darf jedoch nur einen sehr kleinen Querschnitt aufweisen und verstopft daher leicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Druckbegrenzungsventil mit „Shockless-Funktion” zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Druckbegrenzungsventil gemäß Anspruch 1 sowie von einem Druckbegrenzungsventil gemäß Anspruch 5 erfüllt.
In einem ersten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung dabei ein Druckbegrenzungsventil mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert. Dabei weist die Vorsteuerstufe ein Federelement auf, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt. Weiterhin stützt sich das Federelement auf einem Pilotkolben ab, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist. Dabei ist eine hintere Pilotkammer vorgesehen, deren Volumen von der Position des Pilotkolbens abhängt. Nach einem Öffnen der Vorsteuerstufe fließt der Steuerfluidstrom der Vorsteuerstufe in die hintere Pilotkammer und verschiebt hierdurch den Pilotkolben, so dass die Vorspannung des Federelementes erhöht wird. Weiterhin ist eine Druckentlastungsstufe vorgesehen, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement aufweist, welches gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Erfindungsgemäß sind das Ventilelement und/oder der Ventilsitz so geformt, dass auch bei geschlossener Druckentlastungsstufe zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz wenigstens eine Ablauföffnung frei bleibt, durch welche Fluid aus der Vorsteuerstufe ablaufen kann.
Erfindungsgemäß wird damit nicht mehr eine fixe Ablauföffnung für die Vorsteuerstufe eingesetzt, sondern stattdessen eine zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz frei bleibende Ablauföffnung. Dies hat zur Folge, dass bei einem Öffnen der Druckentlastungsstufe der hierbei entstehende relativ hohe Fluidstrom die Ablauföffnung reinigt. Hierdurch kann ein Verstopfen der Ablauföffnung sicher verhindert werden.
Die Ablauföffnung kann dabei erfindungsgemäß durch eine Kerbe im Ventilsitz und/oder im Ventilelement gebildet sein. Das Ventilelement kontaktiert hierdurch den Ventilsitz in geschlossener Stellung der Druckentlastungsstufe nicht mehr um seinen gesamten Umfang; vielmehr bleibt im Bereich der Kerbe eine Ablauföffnung frei. In einer bevorzugten Ausführung ist die Kerbe dabei im Ventilsitz vorgesehen.
Insbesondere können erfindungsgemäß zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz mindestens zwei Ablauföffnungen vorgesehen sein. Dies erlaubt eine verbesserte Verteilung der durch den Ablauf-Fluidstrom entstehenden Kräfte. Besonders bevorzugt sind dabei genau zwei Ablauföffnungen vorgesehen. Dies erlaubt eine gute Verteilung der Kräfte, ohne dass die einzelnen Ablauföffnungen unnötig klein gewählt werden müssten, wie dies bei einer noch größeren Anzahl an Ablauföffnungen der Fall wäre. Besonders bevorzugt sind die Ablauföffnungen dabei symmetrisch zur Mittellinie der Druckentlastungsstufe angeordnet, um eine entsprechend symmetrische Kraftverteilung auf das Ventilelement zu erreichen.
Bevorzugt weist die Ablauföffnung bzw. weisen die Ablauföffnungen einen Gesamtquerschnitt von 0,1 bis 0,5 mm² auf.
Bei dem Ventilelement kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um einen Ventilkegel handeln. Alternativ wäre beispielsweise auch eine Ventilkugel denkbar. Beim Ventilsitz kann es sich dementsprechend um einen ringförmigen Ventilsitz handeln, wobei als Ablauföffnungen eine oder mehrere Kerben vorgesehen sind.
In einem zweiten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Druckbegrenzungsventil mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert. Die Vorsteuerstufe weist ein Federelement auf, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt. Das Federelement stützt sich auf einem Pilotkolben ab, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist. Dabei ist eine hintere Pilotkammer vorgesehen, deren Volumen von der Position des Pilotkolbens abhängt. Dabei fließt der Steuerfluidstrom der Vorstufe in die hintere Pilotkammer, so dass nach dem Öffnen der Vorsteuerstufe die Vorspannung des Federelementes durch Verschieben des Pilotkolbens erhöht wird. Weiterhin ist eine Druckentlastungsstufe vorgesehen, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement aufweist, welches gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Vorspannung der Druckentlastungsstufe über ein Verstellelement einstellbar ist. Hierdurch kann der maximale Druck in der Vorsteuerstufe und damit die Rampe, mit welcher sich der Pilotkolben bewegt und den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils verändert, eingestellt werden.
Dabei kann in einem möglichen Ausführungsbeispiel die Verstellung des Verstellelementes durch eine Drehbewegung des Verstellelementes relativ zu einem Kolbenelement erfolgen, wobei das Druckbegrenzungsventil eine Verdrehsicherung für das Kolbenelement aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich das Kolbenelement bei einem Verstellen des Verstellelementes nicht mitdreht. Insbesondere kann es sich bei dem Kolbenelement dabei um den Pilotkolben handeln.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich eine Feder der Druckentlastungsstufe auf dem Verstellelement abstützt, welches in ein Gewinde eingeschraubt und dessen Position durch Verdrehen veränderbar ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Verstellung der Vorspannung der Druckentlastungsstufe. Dabei kann das Gewinde im Pilotkolben vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil kann dabei eine Verschlussschraube aufweisen, über welche die hintere Pilotkammer entlüftet werden kann. Vorteilhafterweise ist dabei das Verstellelement bei geöffneter Verschlussschraube zugänglich. Dies erlaubt ein besonders einfaches Verstellen der Vorspannung der Druckentlastungsstufe und damit des Maximaldrucks in der Vorsteuerstufe.
Die beiden Aspekte der vorliegenden Erfindung können jeweils separat und für sich genommen eingesetzt werden und verbessern die Funktion des Druckbegrenzungsventils. Die beiden Aspekte können jedoch auch miteinander kombiniert werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen eines Druckbegrenzungsventils sowohl gemäß dem ersten, als auch gemäß dem zweiten Aspekt werden im Folgenden dargestellt:
Besonders bevorzugt ist der Pilotkolben der vorliegenden Erfindung über Spaltdichtungen in dem Gehäuse gelagert. Dies ermöglicht eine beinahe reibungsfreie Lagerung des Pilotkolbens und damit ein besonders schnelles Ansprechen ohne Reibungsverluste. Insbesondere kann dabei zwischen einem Außenumfang des Pilotkolbens und einem Innenumfang des Gehäuses ein Spalt von 10 bis 30 μm vorgesehen sein. Weiter können am Außenumfang des Pilotkolbens Entlastungsrillen vorgesehen sein, welche im Bereich des Spaltes für eine Gleichverteilung des Druckes in Umfangsrichtung sorgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Endposition des Pilotkolbens einstellbar. Besonders vorteilhaft sind beide Endpositionen einstellbar. Insbesondere kann dabei eine oder mehrere Stellschrauben vorgesehen sein, über welche mindestens eine und bevorzugt beide Endpositionen des Pilotkolbens einstellbar sind. Hierdurch lässt sich der Öffnungsdruck des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils einstellen, indem die minimale und die maximale Vorspannung des Federelementes der Vorsteuerstufe eingestellt werden.
Insbesondere kann der Pilotkolben dabei einen Anschlagsbereich mit Anschlägen aufweisen, welche mit Gegenanschlägen der einen oder mehreren Verstellschrauben zusammenwirken. Insbesondere kann der Pilotkolben hierfür rückwärtig eine rohrförmige Verlängerung mit einem endseitigen Flansch aufweisen, welcher die Anschläge bildet.
Weiterhin kann das gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehene Verstellelement der Druckentlastungsstufe in einer Bohrung des Pilotkolbens angeordnet sein. Vorteilhafterweise weist der Pilokolben dabei eine Verdrehsicherung gegenüber der Stellschraube zum Einstellen einer Endposition des Pilotkolbens auf. Zur Einstellung des Öffnungsdruckes der Druckentlastungsstufe kann der Pilotkolben damit durch Festhalten der Stellschraube gegenüber Drehbewegungen festgelegt werden, so dass das in den Pilotkolben eingeschraubte Verstellelement gedreht werden kann.
Insbesondere kann das Verstellelement der Druckentlastungsstufe in einer Bohrung angeordnet sein, welche durch den Anschlagsbereich des Pilotkolbens hindurch geht. Insbesondere kann diese Bohrung dabei durch die rohrförmige Verlängerung des Pilotkolbens hindurchgehen.
Hierdurch ist das Verstellelement von der Rückseite des Druckbegrenzungsventils her zugänglich. Insbesondere kann dabei in der Verstellschraube eine Bohrung vorgesehen sein, durch welche hindurch das Verstellelement zugänglich ist. Die Bohrung kann dabei über eine Verschlussschraube verschließbar sein.
Weiterhin kann die rückseitige Verlängerung des Pilotkolbens mindestens einen in Umfangsrichtung wirkenden Anschlag aufweisen, welcher mit einem entsprechenden Gegenanschlag der Verstellschraube zusammenwirkt. Insbesondere kann die Verlängerung dabei eine oder mehrere tangentiale Flächen aufweisen, welche sich auf entsprechenden Flächen der Verstellschraube abstützen.
Der Anschlagsbereich des Pilotkolbens kann sich dabei im Bereich der hinteren Pilotkammer befinden. Durch die Bohrung in der Stellschraube und die Verschlussschraube kann dabei auch eine Entlüftung der hinteren Pilotkammer erfolgen.
Erfindungsgemäß kann das Druckbegrenzungsventil eine vordere Pilotkammer aufweisen, in welche der Steuerfluidstrom beim Öffnen der Vorsteuerstufe zunächst fließt. In dieser vorderen Pilotkammer können dabei insbesondere das Federelement und das Ventilelement der Vorsteuerstufe angeordnet sein. Von dieser vorderen Pilotkammer fließt der Steuerfluidstrom dann in die hintere Pilotkammer.
Vorteilhafterweise ist die Kolbenfläche des Pilotkolbens im Bereich der vorderen Pilotkammer kleiner als im Bereich der hinteren Pilotkammer. Hierdurch erzeugt der Druck des Steuerfluids eine Differenzkraft auf den Pilotkolben, durch welchen dieser gegen das Federelement der Vorsteuerstufe bewegt wird und dessen Vorspannung erhöht.
Bevorzugt stehen die vordere und die hintere Pilotkammer über eine Drossel miteinander in Verbindung. Die Durchflussrate der Drossel bestimmt damit zusammen mit dem durch die Druckentlastungsstufe definierten Maximaldruck in der Vorsteuerstufe die Rampe, mit welcher sich der Pilotkolben bewegt. Die Drossel kann dabei gegebenenfalls einstellbar sein. In einer bevorzugten Ausführung ist die Drossel im Pilotkolben angeordnet, und verbindet somit die vordere und die hintere Pilotkammer durch den Pilotkolben hindurch.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Druckentlastungsstufe in dem Pilotkolben angeordnet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Druckentlastungsstufe die vordere Pilotkammer mit einem Ablauf verbindet. Insbesondere kann die Druckentlastungsstufe dabei in einer Zentralbohrung des Pilotkolbens angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist dabei im Pilotkolben eine weitere Bohrung vorgesehen, welche die Druckentlastungsstufe mit einer weiteren Kolbenkammer verbindet, die mit dem Ablauf bzw. Tankanschluss des Druckentlastungsventils in Verbindung steht.
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil kann dabei einen federbelasteten Hauptkolben aufweisen, dessen Öffnungsbewegung durch Abmessen von Steuerfluid aus einer Hauptkolbenkammer freigegeben wird. Dabei drückt das Federelement der Vorsteuerstufe ein Ventilelement gegen einen Ventilsitz, durch welchen hindurch der Steuerfluidstrom zum Öffnen der Hauptstufe abfließt. Insbesondere kann dabei die Hauptkolbenkammer über ein Drosselelement mit dem Ventilsitz in Verbindung stehen.
Dabei kann das Druckbegrenzungsventil einen Hauptzulauf und einen Hauptablauf aufweisen, wobei der Hauptkolben auf der der Hauptkolbenkammer gegenüberliegenden Seite mit Druck aus dem Hauptzulauf beaufschlagt ist und durch eine Bewegung in die Kolbenkammer hinein die Verbindung zwischen Hauptzulauf und Hauptablauf freigibt. Dabei kann der Hauptzulauf über ein im Hauptkolben angeordnetes Drosselelement mit der Hauptkolbenkammer in Verbindung stehen.
Neben dem Druckbegrenzungsventil umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil. Das Druckbegrenzungsventil begrenzt dabei einen maximalen Hydraulikdruck in einer Hydraulikleitung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems.
In einer ersten Ausführungsform kann es sich bei dem Hydrauliksystem um einen offenen Hydraulikkreislauf handeln. Alternativ kann es sich bei dem Hydrauliksystem um einen geschlossenen Hydraulikkreislauf handeln. Dabei können zwei Druckbegrenzungsventile vorgesehen sein, durch welche ein maximaler Hydraulikdruck in den Hydraulikleitungen an der Eingangs- und der Ausgangsseite eines Hydraulikmotors begrenzbar ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein verfahrbares Arbeitsgerät mit einem Hydrauliksystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann das Hydrauliksystem dabei zum Antrieb eines Fahrwerks zum Verfahren des Arbeitsgerätes und/oder zum Antrieb eines Drehwerks, durch welches ein Oberwagen gegenüber einem Unterwagen des Arbeitsgerätes drehbar ist, dienen.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils, wie es oben dargestellt wurde. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Ablauföffnung dabei durch Fräsen oder Schleifen einer Kerbe in den Ventilsitz und/oder das Ventilelement erzeugt werden. Vorteilhafterweise werden dabei durch das Zustellen einer Fräs- oder Schleifscheibe gleichzeitig zwei Kerben in dem Ventilsitz erzeugt. Bevorzugt erfolgt die Zustellung der Fräs- oder Schleifscheibe dabei so, dass die beiden Kerben symmetrisch erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: eine Schnittansicht parallel zur Längsachse durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils, bei welchem beide Aspekte der vorliegenden Erfindung verwirklicht sind,
2: eine vergrößerte Darstellung der im Bereich des Ventilsitzes der Druckentlastungsstufe vorgesehenen Ablauföffnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und
3: eine vergrößerte Darstellung der Drossel im Hauptkolben des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils und
4: eine Schnittansicht quer zur Längsachse des Druckbegrenzungsventils entlang der in 1 eingezeichneten Ebene A-A im Bereich einer Verdrehsicherung des Pilotkolbens.
Im Folgenden sollen nun zunächst die Grundfunktionen des in 1 bis 4 gezeigten Druckbegrenzungsventils näher beschrieben werden.
Das Druckbegrenzungsventil weist dabei eine Hauptstufe mit einem Hauptkolben 3 auf, welcher die Verbindung zwischen dem Druckanschluss 21 und dem Tankanschluss 6 sperrt bzw. freigibt. Der Hauptkolben 3 ist über eine Druckfeder 4 gegen den auf die Stirnseite 1 des Hauptkolbens wirkenden Druck aus dem Druckanschluss 21 vorgespannt. Die Kante 5 des Hauptkolbens 3 wirkt dabei mit einem entsprechenden Ventilsitz zusammen und sperrt so in der in 1 gezeigten Stellung des Hauptkolbens den Durchgang zwischen dem Druckanschluss 21 und dem Tankanschluss 6.
Der Hauptkolben 3 ist in einer Hauptkolbenkammer des Gehäuses axial verschieblich angeordnet. Die Hauptkolbenkammer steht dabei über die Blende 10 in der Stirnseite des Hauptkolbens 3 mit dem Druckanschluss 21 in Verbindung. Der Druck aus dem Druckanschluss 21 wirkt daher sowohl auf der Stirnseite 1 des Hauptkolbens, als auch durch die Blende 10 auf der Rückseite 2 des Hauptkolbens. Durch den zusätzlichen Druck durch die Druckfeder 4 der Hauptstufe bleibt das Ventil daher geschlossen, solange kein Hydraulikfluid aus der Hauptkammer abfließt.
Der Druck in der Hauptkammer wirkt weiterhin gegen den Ventilkegel 7 der Vorsteuerstufe, welcher über die Druckfeder 8 gegen diesen Druck vorgespannt ist. Der Ventilkegel 7 wirkt dabei mit dem Ventilsitz 9 zusammen, welcher auf der Rückseite der Hauptkolbenkammer angeordnet ist. Übersteigt die von dem Druck in der Hauptkammer auf den Ventilkegel 7 ausgeübte Kraft die Gegenkraft der Druckfeder 8, hebt der Ventilkegel 7 von der Kante 9 des Ventilsitzes ab. Da der Steuerstrom durch die Vorstufe größer ist als der Fluidstrom, welcher durch die Blende 10 von dem Druckanschluss 21 in die Hauptkammer nachfließen kann, ergibt sich ein Druckabfall in der Hauptkammer, welcher sich auf der rückseitigen Fläche 2 des Hauptkolbens 3 meldet. Der Druck an der Stirnseite des Kolbens bewegt daher den Hauptkolben gegen die Kraft der Druckfeder 4, so dass ein Durchgang zwischen dem Druckanschluss 21 und dem Tankanschluss 6 geöffnet wird. Die Hauptstufe wird daher durch das Abfließen eines Steuerölstroms über die Vorsteuerstufe geöffnet, so dass auch ein Hauptstrom von dem Druckanschluss 21 an den Tankanschluss 6 abfließen kann. Der Tankanschluss 6 ist dabei üblicherweise mit einem Tank des Systems verbunden, wo ein Niederdruck, insbesondere atmosphärischer Druck, herrscht.
Das erfindungsgemäße Ventil begrenzt damit den Druck im Druckanschluss 21. Das Druckniveau der Druckbegrenzung ist dabei durch die Federkraft der Druckfeder 8 der Vorsteuerstufe bestimmt.
Die Feder 8 der Vorsteuerstufe stützt sich nun auf einem Pilotkolben 19 ab, welcher axial verschieblich in dem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils gelagert ist. Der Pilotkolben definiert zwischen dem durch den Ventilkegel 7 und dem Ventilsitz 9 gebildeten Vorsteuerventil und seiner Vorderseite eine vordere Pilotkammer 11, sowie auf seiner Rückseite eine hintere Pilotkammer 17. Die Kolbenfläche des Pilotkolbens ist dabei im Bereich der vorderen Pilotkammer 11 kleiner als im Bereich der hinteren Pilotkammer 17. Bewegt sich daher der Pilotkolben gegen die Federkraft der Feder 8 der Vorsteuerstufe axial nach vorne, erhöht sich hierdurch das Gesamtvolumen aus vorderer und hinterer Pilotkammer. Umgekehrt erzeugt ein in der vorderen und hinteren Pilotkammer anliegender Druck eine Differenzkraft auf den Pilotkolben, welche diesen gegen die Feder 8 bewegt.
Das zwischen dem Ventilkegel 7 und dem Ventilsitz 9 abfließende Steuerfluid fließt dabei zunächst in die vordere Pilotkammer 11 und von dort aus in die hintere Pilotkammer 17. Dabei stehen die vordere Pilotkammer 11 und hintere Pilotkammer 17 über eine Durchgangsbohrung im Pilotkolben in Verbindung, in welcher eine Blende 16 vorgesehen ist. In der vorderen Pilotkammer 11 baut sich daher zunächst ein Druck auf, welcher über die Blende 16 einen Fluidstrom in die hintere Pilotkammer 17 bewirkt. Durch die unterschiedlichen Kolbenflächen in der vorderen und hinteren Pilotkammer erzeugt der Druck eine Differenzkraft auf den Pilotkolben, welcher diesen gegen die Feder 8 bewegt und hierdurch die Vorspannung der Vorsteuerstufe erhöht.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Pilotkolbens 19 ist dabei durch den Strom, welcher durch die Blende 16 fließt, bestimmt. Die Druckfeder 8 wird daher in Abhängigkeit von der Zeit immer stärker vorgespannt. Dies hat zur Folge, dass sich der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils und damit das Druckniveau im Druckanschluss 21 in Abhängigkeit von der Zeit erhöht.
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil weist dabei weiterhin eine dritte Stufe auf, welche als Druckentlastungsstufe für die Vorsteuerstufe wirkt. Hierfür ist ein weiterer Ventilkolben 12 vorgesehen, welcher mit einem Ventilsitz 14 zusammenwirkt und über die Feder 13 gegen den Druck in der Vorsteuerstufe vorgespannt ist. Übersteigt der Druck in der Vorsteuerstufe dabei ein durch die Federkraft der Feder 13 definiertes Druckniveau, fließt Fluid aus der Vorsteuerstufe über den Kanal 15 und den Kanal 29 zu dem Kanal 30, welcher weiter zum Tank der Anlage geführt ist. Der Druck in der Vorsteuerstufe wird hierdurch auf einem konstanten Wert gehalten.
Die Druckentlastungstufe ist dabei im Ausführungsbeispiel im Pilotkolben integriert, und insbesondere in einer zentralen Bohrung des Pilotkolbens angeordnet und steht mit der vorderen Pilotkammer 11 so in Verbindung, dass der Druck in der vorderen Pilotkammer 11 auf einem konstanten Wert gehalten wird. Das Steuerfluid aus der vorderen Pilotkammer 11 fließt dabei über das durch den Ventilkolben 12 und den Ventilsitz 14 gebildete Ventil in eine innere Kammer des Pilotkolbens, von wo aus der Kanal 15 in umgekehrter Richtung in einen Ringraum 32 geführt ist. Von dort aus führen die Kanäle 29 und 30 wieder zum Tank.
Die Abdichtung der vorderen Pilotkammer 11 und der hinteren Pilotkammer 17 ist jeweils als Spaltdichtung 27 ausgeführt. Hierdurch bewegt sich der Pilotkolben 19 reibungslos.
Sinkt der Druck am Druckeingang 21 und damit in der Hauptkammer, schließt die Vorsteuerstufe. Damit der Pilotkolben 19 in diesem Fall über die Federkraft der Feder 8 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt werden kann, muss eine Ablauföffnung der Vorsteuerstufe gegen den Tank vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird diese Ablauföffnung dabei durch zwei symmetrisch angeordnete Kerben 26 im Ventilsitz 14 der Druckentlastungsstufe gebildet. Die beiden Kerben 26 bilden damit eine Blende, welche vorzugsweise einen Gesamtquerschnitt zwischen 0,1 und 0,5 mm² aufweist. Die Ausbildung der Blende als Kerben 26 im Ventilsitz ermöglicht eine Selbstreinigung der Blende, da bei einem Heben des Ventilkegels 12 der hierdurch entstehende Steuerfluidstrom die Blende 26 reinigt. Die Blende 26 ist damit trotz ihres sehr geringen Querschnittes gegen ein Verstopfen gesichert.
Schließt die Vorsteuerstufe, bauen sich die Drücke in Kammer 11 und 17 daher über die Blende 26 ab. Der Pilotkolben 19 wird dann durch die Druckfeder 8 bis zu dem Anschlag 24 zurückgeschoben. Durch die größere Kolbenfläche 18 der hinteren Pilotkammer 17 verringert sich dabei das Gesamtvolumen aus vorderer und hinterer Pilotkammer, so dass entsprechend Fluid über die Blende 26 abfließen muss.
Die minimale und die maximale Federkraft der Feder 8 und damit der minimale und maximale Druck, bei welchem das Druckventil öffnet, ist erfindungsgemäß durch die Anschläge 22 und 24 bestimmt, welche mit einem Flansch 33 zusammenwirken, der an einer rohrförmigen Verlängerung 34 des Pilotkolbens angeordnet ist. Die Anschläge 22 und 24 und damit der obere und untere Druckwert lassen sich beide zusammen mit der Stellschraube 23 einstellen. In der Stellschraube 23 befindet sich ein weiterhin ein Entlüftungskanal 28. Dieser ermöglicht durch das Lösen einer Verschlussschraube 31 die Entlüftung der hinteren Pilotkammer 17 bei der Inbetriebnahme. Das vermeidet unerwünschte Zeitverzögerungen am Anfang des Druckanstiegs im Kanal 21.
Wie oben dargestellt, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Pilotkolbens 19 und damit die Rampe, mit welcher der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventiles ansteigt, über den Fluidstrom durch die Blende 16 definiert. Dieser ist wiederum durch den Druck in der vorderen Pilotkammer 11 sowie die Größe der Blende 16 definiert.
Erfindungsgemäß kann weiterhin der Druck in der Vorsteuerstufe, welcher über die Druckentlastungsstufe begrenzt wird, eingestellt werden. Hierzu ist die Vorspannung der Feder 13 der Druckentlastungsstufe über ein Verstellelement 35 einstellbar. Das Verstellelement ist dabei in eine Bohrung in dem rohrförmigen Element 34 eingeschraubt und daher über die Bohrung 28 in der Verstellschraube 23 zugänglich. Hierdurch kann das Druckniveau, bei welchem die Druckentlastungsstufe öffnet, eingestellt werden.
4 zeigt dabei eine Schnittansicht quer zur Längsachse des Druckbegrenzungsventils entlang der in 1 eingezeichneten Ebene A-A im Bereich einer Verdrehsicherung des Pilotkolbens. Um zu verhindern, dass sich beim Verstellen des Verstellelementes 35 der Pilotkolben 19 mitdreht, sind auf der rohrförmigen Verlängerung 34 zwei Flächen 36 vorgesehen, die sich gegen zwei Flächen 37 der Stellschraube 23 abstützen. Die Flächen 37 der Stellschraube 23 sind dabei im Bereich des vorderen Anschlags 24 vorgesehen. Der Pilotkolben dreht sich damit bei einer Verstellung der Stellschraube 23 mit, was für die Einstellung des minimalen und maximalen Druckniveaus der Feder 8 jedoch unschädlich ist, da er über die Anschläge 22 und 24 in axialer Richtung erfolgt. Zur Einstellung des Öffnungsdruckes der Druckentlastungsstufe kann der Pilotkolben 19 hierdurch jedoch gegenüber Drehbewegungen festgehalten werden, so dass das in den Pilotkolben eingeschraubte Verstellelement 35 verstellt werden kann.
Da der Druck in der vorderen Pilotkammer 11 den Fluidstrom durch die Blende 16 beeinflusst, kann durch das Verstellen des Öffnungsdruckes der Druckentlastungsstufe die Rampe eingestellt werden, mit welcher sich der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils verändert. Gegebenenfalls kann dabei zusätzlich auch der Öffnungsquerschnitt der Blende 16 einstellbar sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6039070 A [0002, 0002, 0003]

Claims

Druckbegrenzungsventil mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert, wobei die Vorsteuerstufe ein Federelement (8) aufweist, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt, wobei sich das Federelement (8) auf einem Pilotkolben (19) abstützt, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist, und wobei eine hintere Pilotkammer (17) vorgesehen ist, deren Volumen von der Position des Pilotkolbens abhängt, wobei der Steuerfluidstrom der Vorsteuerstufe in die hintere Pilotkammer (17) fließt, so dass nach dem Öffnen der Vorsteuerstufe die Vorspannung des Federelements (8) durch Verschieben des Pilotkolbens erhöht wird, und wobei eine Druckentlastungsstufe vorgesehen ist, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement (12) aufweist, welches gegen einen Ventilsitz (14) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (12) und/oder der Ventilsitz (14) so geformt sind, dass auch bei geschlossener Druckentlastungsstufe zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz mindestens eine Ablauföffnung (26) frei bleibt, durch welche Fluid aus der Vorsteuerstufe ablaufen kann.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, wobei die Ablauföffnung (26) durch eine Kerbe im Ventilsitz und/oder im Ventilelement gebildet ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Ventilelement (12) und dem Ventilsitz (14) mindestens und bevorzugt genau zwei Ablauföffnungen (26) vorgesehen sind, wobei die Ablauföffnungen bevorzugt symmetrisch zur Mittellinie der Druckentlastungsstufe angeordnet sind.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ablauföffnung bzw. die Ablauföffnungen (26) einen Gesamtquerschnitt von 0,1 bis 0,5 mm² aufweisen.
Druckbegrenzungsventil, mit einer Hauptstufe und einer Vorsteuerstufe, welche die Öffnungsbewegung der Hauptstufe ansteuert, insbesondere Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Vorsteuerstufe ein Federelement (8) aufweist, dessen Vorspannung den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt, wobei sich das Federelement (8) auf einem Pilotkolben (19) abstützt, welcher verschiebbar in einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist, und wobei eine hintere Pilotkammer (17) vorgesehen ist, deren Volumen von der Position des Pilotkolbens abhängt, wobei der Steuerfluidstrom der Vorsteuerstufe in die hintere Pilotkammer (17) fließt, so dass nach dem Öffnen der Vorsteuerstufe die Vorspannung des Federelements (8) durch Verschieben des Pilotkolbens erhöht wird, und wobei eine Druckentlastungsstufe vorgesehen ist, welche den Druck in der Vorsteuerstufe begrenzt und ein Ventilelement (12) aufweist, welches gegen einen Ventilsitz (14) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Druckentlastungsstufe über ein Verstellelement (35) einstellbar ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 5, wobei die Verstellung des Verstellelementes (35) durch eine Drehbewegung des Verstellelementes (35) relativ zu einem Kolbenelement, insbesondere relativ zum Pilotkolben (19), erfolgt, wobei das Druckbegrenzungsventil eine Verdrehsicherung (36, 37) für das Kolbenelement (19) aufweist, wobei vorteilhafterweise der Pilotkolben eine Verdrehsicherung (36, 37) gegenüber einer Stellschraube zum Einstellen einer Endposition des Pilotkolbens aufweist, und/oder wobei sich eine Feder (13) der Druckentlastungsstufe auf dem Verstellelement (35) abstützt, welches in ein Gewinde eingeschraubt ist und dessen Position durch Verdrehen veränderbar ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Druckbegrenzungsventil eine Verschlusssschraube (31) aufweist, über welche die hintere Pilotkammer (17) entlüftet werden kann, wobei das Verstellelement (35) bei geöffneter Verschlussschraube zugänglich ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Pilotkolben (19) über Spaltdichtungen in dem Gehäuse gelagert ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens eine Endposition des Pilotkolbens (19) einstellbar ist, wobei vorteilhafterweise beide Endposition über eine oder mehrere Stellschrauben (23) einstellbar sind, wobei weiterhin vorteilhafterweise das Verstellelement (35) der Druckentlastungsstufe in einer Bohrung angeordnet ist, welche durch einen Anschlagbereich (33) des Pilotkolbens hindurch geht.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer vorderen Pilotkammer (11), wobei der Steuerfluidstrom bei einem Öffnen der Vorstufe zunächst in die vordere und von dort in die hintere Pilotkammer fließt, wobei die vordere und die hintere Pilotkammer vorteilhafterweise über eine Drossel (16) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Drossel vorteilhafterweise im Pilotkolben angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Druckentlastungsstufe in dem Pilotkolben (19) angeordnet ist und/oder wobei die Druckentlastungsstufe die vordere Pilotkammer (11) mit einem Ablauf verbindet.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem federbelasteten Hauptkolben (3), dessen Öffnungsbewegung durch Abfließen von Steuerfluid aus einer Hauptkolbenkammer freigegeben wird, wobei das Federelement (8) der Vorsteuerstufe ein Ventilelement gegen einen Ventilsitz (9) drückt, durch welchen hindurch der Steuerfluidstrom zum Öffnen der Hauptstufe abfließt, wobei vorteilhafterweise die Hauptkolbenkammer über ein Drosselelement mit dem Ventilsitz in Verbindung steht, wobei das Druckbegrenzungsventil vorteilhafterweise einen Hauptzulauf (21) und einen Hauptablauf (6) aufweist, wobei der Hauptkolben (3) auf der der Hauptkolbenkammer gegenüber liegenden Seite (1) mit Druck aus dem Hauptzulauf beaufschlagt ist und durch eine Bewegung in die Kolbenkammer hinein die Verbindung zwischen Hauptzulauf (21) und Hauptablauf (6) freigibt, wobei vorteilhafterweise der Hauptzulauf über ein im Hauptkolben (3) angeordnetes Drosselelement (10) mit der Hauptkolbenkammer in Verbindung steht.
Hydrauliksystem mit wenigstens einem Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Druckbegrenzungsventil einen maximalen Hydraulikdruck in einer Hydraulikleitung begrenzt, wobei es sich bei dem Hydrauliksystem vorteilhafterweise um einen offenen Hydraulikkreislauf handelt und/oder zwei Druckbegrenzungsventile vorgesehen sind, durch welche ein maximaler Hydraulikdruck in den Hydraulikleitungen an der Eingangs- und der Ausgangsseite eines Hydraulikmotors begrenzbar ist.
Verfahrbares Arbeitsgerät mit einem Hydrauliksystem nach Ansprüche 13, insbesondere zum Antrieb eines Fahrwerks zum Verfahren des Arbeitsgerätes und/oder zum Antrieb eines Drehwerks, durch welches ein Oberwagen gegenüber einem Unterwagen des Arbeitsgerätes bewegbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Druckbegrenzungsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens eine Ablauföffnung (26) durch Fräsen oder Schleifen einer Kerbe in den Ventilsitz (14) und/oder das Ventilelement (12) erzeugt wird, wobei vorteilhafterweise durch das Zustellen einer Fräs- oder Schleifscheibe gleichzeitig zwei Kerben in dem Ventilsitz erzeugt werden, wobei die Kerben bevorzugt symmetrisch erzeugt werden.