DE2211360C2 - Automatisches Zuschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Zuschaltventil für ein Hydrauliksystem, insbesondere für eine hydraulische Lenkeinrichtung von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannt sind solche automatischen Zuschaltventile aus der DE-PS 11 57 945 und aus der Firmendruckschrift der Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft »ZF- Ventilblock« vom 14.02.1972, AW T He/ste. Ein solches automatisches Zuschaltventil hat die Aufgabe, das sichere Funktionieren eines Hydrauliksystems, insbesondere einer hydraulischen Lenkeinrichtung, dadurch zu gewährleisten, daß bei Ausfallen der motorgetriebenen Hauptpumpe automatisch eine von einer Fahrzeugachse getriebene Reservepumpe zugeschaltet wird, um die Lenkbarkeit des Fahrzeuges zu erhalten.

Bei den bekannten Zuschaltventilen wird der Ventilkolben auf der einen Stirnseite vom Zulaufdruck der Hauptpumpe und auf der anderen Stirnseite vom Rücklaufdruck unter einer zusätzlichen Federkraft beaufschlagt, so daß bei Ausfall der Hauptpumpe die Feder den Ventilkolben in die Zuschaltstellung verschiebt, wodurch die zuvor in den Rücklauf fördernde Reservepumpe auf den Verbraucher umgeschaltet wird.

ίο Als nachteilig wirken sich jedoch bei den bekannten Zuschaltventilen die verhältnismäßig langen Druckausfallzeiten aus, die besonders bei hydraulischen Lenkeinrichtungen nicht tragbar sind. Diese Druckausfallzeiten, gleichbedeutend mit Schaltzeiten, kommen dadurch zustande, daß bei einem Ausfall der Hauptpumpe die zwischen dieser und dem Verbraucher befindlichen Leitungen als Druckspeicher wirken, wobei vorausgesetzt wird, daß bei dichter Hauptpumpe und dichtem Verbraucher auch Lufteinschlüsse bzw. dehnbare Schlauchleitungen im Hydrauliksystem vorhanden sind. Dieser Druckspeicher muß nun über eine kleine Drossel soweit entlastet werden, bis der im Druckspeicher herrschende Druck gleich oder kleiner ist als der Rücklaufdruck vermehrt um die Kraft der Feder dividiert durch die Kolbenfläche. Erst wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann das federseitige Rückschalten des Ventilkolbens einsetzen. Der im Leitungssystem des Hauptpumpenkreises anstehende Druck wird durch eine ständige, gedrosselte Verbindung zwischen Hauptpumpenkreis und Rücklauf während eines längeren Zeitraumes abgebaut. Während dieser längeren Umschaltzeit ist eine Ölversorgung des Verbrauchers durch die Reservepumpe nicht möglich. Einer Vergrößerung des Drosselquerschnittes zur Verkürzung der Schaltzeit steht die damit verbundene Erhöhung eines Verluststromes entgegen, der dauernd von der Hauptpumpe in den Rücklauf gefördert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Zuschaltventil derart auszubilden, daß einerseits der Verluststrom im normalen Hauptpumpenbetrieb auch bei hohen Drücken gering ist, daß aber andererseits bei Ausfall der Hauptpumpe ein rascher Öldurchfluß vom Hauptpumpenanschluß zum Druckmittelbehälter ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Unter sonst gleichen Bedingungen werden bei dem erfindungsgemäßen Zuschaltventil wesentlich kürzere Schaltzeiten gegenüber dem bekannten Zuschaltventil erreicht.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 gegeben.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Zuschaltventil und

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zuschaltventiles mit einem Zweigkanal.

Das Zuschaltventil besteht aus einem Ventilgehäuse 1 mit einem Anschluß 2 für eine Hauptpumpe, einem Anschluß 3 für einen Verbraucher, einem Anschluß 4 für eine Reservepumpe und einem Anschluß 5 für einen Druckmittelbehälter. Der Anschluß 2 geht in eine Bohrung 6 über, in der ein Ventilkolben 27 axial verschiebbar gelagert ist. Der Anschluß 3 führt zu einer Steuernut 8, der Anschluß 4 zu einer Steuernut 9 und der

Anschluß 5 zu einer Steuernut 10 im Gehäuse 1. Die Bewegung des Ventilkolbens 27 wird in Richtung auf den Anschluß 2 durch einen Sicherungsring 11 begrenzt, während die Bohrung 6 an dem entgegengesetzten Ende von einer Schraube 12 verschlossen unc mit einem Dichtring 13 abgedichtet ist Die Schraube 12 dient zum Abstützen einer Feder 15, die in einen Federraum 16 des Ventilkolbens hineinragt Die Feder 15 hat die Aufgabe, bei Ausfall der Hauptpumpe den Ventilkolben 27 nach rechts bis zum Sicherungsring 11 zu verstellen, wodu-ch der Anschluß 3 vom Anschluß 2 getrennt und mit dem Anschluß 4 verbunden wird.

Der Ventilkolben 27 weist drei Ringnuten 28, 29 und 30 auf, die mit den Steuernuten 8, 9 und 10 die Steuerkanten A 2, B2, C2 und DI bilden. Die Ringnut 28 ist über drei radiale Bohrungen 31 mit einer weiten Axialbohrung 32, die zum Anschluß 2 führt, verbunden. Koaxial zu der Bohrung 32 erstreckt sich eine enge Axialbohrung 33 durch den Ventilkolben 27, an deren Einmündung in den Federraum 16 eine weit«; Drossel 34 mit unveränderbarem Querschnitt angeordnet ist. Von dem Federraum 16 führt eine hierzu parallele Bohrung 35 über eine radiale Bohrung 36 zur Ringnut 30. Der Federraum 16 ist nur dann voll an den Anschluß 5 zum Druckmittelbehälter angeschlossen, wenn der Ventilkolben 27 bei Ausfall der Hauptpumpe sich in Anlage am Sicherungsring 11 befindet

Bei einsetzendem Hauptstrom und einem Druckaufbau entsprechend dem Verbraucherwiderstand wird der Ventilkolben 27 soweit nach links gegen die Kraft der Feder 15 und den im Federraum 16 herrschenden Drück verstellt, daß einerseits der Hauptstrom frei zum Verbraucher fließen kann und der Reservestrom auf den Rücklauf zum Druckmittelbehälter geschaltet ist, wobei die Steuerkanten A 2 und Cl geöffnet und die Steuerkanten B 2 geschlossen sind. Andererseits wird der von der Hauptpumpe über die Axialbohrung 33 im Ventilkolben 27, die Drossel 34 und die Bohrung 35 in die Ringnut 30 fließende Verluststrom durch die Steuerkanten D Ί auf eine solche Größe abgeregelt, daß an der Drossel 34 ein Druckabfall von der Größe der Kraft der Feder 15 dividiert durch die Kolbenfläche entsteht. Dieser Druckabfall beträgt etwa 2 bar. Voraussetzung hierfür ist die freie Bewegbarkeit des Ventilkolbens 27, d. h. dieser darf am federseitigen Ende nicht gegen einen Anschlag fahren. Der Druck im Federraum 16 wird durch die als Drossel mit veränderbarem Querschnitt wirkenden Steuerkanten D 2 automatisch gegenüber dem Rücklaufdruck von etwa 4 bar auf einen Wert abgeregelt, der etwa 2 bar unter dem Druck des Hauptstromkreises liegt. Mit anderen Worten: Der Ventilkolben 27 ist im Gleichgewicht, wenn der Druck im Hauptstromkreis gleich ist dem Druck im Federraum 16 vermehrt um die Kraft der Feder 15 dividiert durch die Kolbenfläche. Bedingt durch das kleine Druckgefalle von etwa 2 bar an der Drossel 34 kann deren Durchmesser verhältnismäßig groß gewählt werden, ohne daß der Verluststrom unzulässig erhöht wird. Da sich die Lage des Ventilkolbens 27 unter dem Einfluß des Druckes im Hauptstromkreis und im Federraum 16 nur wenig ändert, bleibt die Kraft der Feder 15 auf den Ventilkolben 27 und damit die Größe des Verluststromes nahezu konstant.

Die Schaltzeiten und der hauptpumpenseitige Verluststrom können durch entsprechende Wahl der Feder 15 und der Drossel 34 variiert werden. Die Forderungen »schnelles Schalten« und »kleiner Verluststrom« stehen sich jedoch entgegen, so daß für jeden Anwendungsfall das Optimum gesucht werden muß. Der maximale Öffnungsweg des Ventilkolbens 27 für den Hauptpumpenstrom kann durch die Lage der Steuerkanten Ό2 den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtung, bei der nach Ausfall der Hauptpumpe eine gewisse Zeit vergeht, bis der Druck auf der Hauptpumpenseite wegen des zunächst gleichbleibenden Verluststromes über die enge Drosselbohrung soweit abgebaut ist, daß die Steuerkanten öffnen, werden bei der beschriebenen Ausführung bei Ausfall der Hauptpumpe die bereits offenen Steuerkanten D 2 noch'weiter geöffnet, so daß der verbleibende Druck im Hauptstromkreis wegen des sofort größer werdenden Verluststromes sehr schnell abgebaut wird.

In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt Das Ventilgehäuse 1 weist die gleiche Beschaffenheit auf wie in F i g. 1 und wird deshalb mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der Bohrung 6 des Ventilgehäuses 1 ist ein Ventilkolben 37 axial verschiebbar gelagert, der drei Ringnuten 38,39 und 40 besitzt, die mit den Steuernuten 8, 9 und 10 die Steuerkanten Λ 3, S3, Ci und D3 bilden. Die Ringnut 38 ist über drei radiale Bohrungen 41 mit einer weiten axialen Bohrung 42, die zum Anschluß 2 führt, verbunden. Eine von dem Federraum 16 ausgehende Axialbohrung 43 im Ventilkolben 37 ist am anderen Ende über eine als schrägverlaufende Bohrung ausgebildete Drossel 44 angenähert senkrecht an eine Stelle mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, also mit geringerem statischen Druck, an die Ringnut 38 angeschlossen. Dadurch verringert sich der normalerweise von der Drossel 34 verursachte Druck im Federraum 16 noch weiter, so daß ein kleinerer Verluststrom bei gleicher Schaltzeit wie nach F i g. 1 vorhanden ist. Oder, falls die Drossel 34, wie in F i g. 2 dargestellt, weggelassen ist, ergibt sich bei gleichgroßem Verluststrom eine kürzere Schaltzeit. Der über Bohrungen 45 und 46 aus dem Federraum 16 zur Ringnut 40 bzw. zum Druckmittelbehälter abfließende Verluststrom wird über die Steuerkanten Z? 3 abgeregelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Automatisches Zuschaltventil für ein Hydrauliksystem, insbesondere für eine hydraulische Lenkeinrichtung von Kraftfahrzeugen, mit Anschlüssen für eine Hauptpumpe, eine Reservepumpe, einen Verbraucher und einem Druckmittelbehälter, mit einem Ventilkolben, der vom Druck der Hauptpumpe gegen die Kraft einer in einem Federraum angeordneten Druckfeder beaufschlagbar ist und in der beaufschlagten Schaltstellung den Förderstrom der Hauptpumpe zum Verbraucher freigibt, und mit einer zwischen dem Anschluß für die Hauptpumpe und dem Anschluß für den Druckmittelbehälter angeordneten Drossel mit unveränderbarem Querschnitt, wobei bei fördernder Hauptpumpe einerseits ein Verluststrom über eine aus einer Axialbohrung im Ventilkolben und die Drossel mit unveränderbarem Querschnitt bestehende Hintereinanderanordnung, andererseits der Förderstrom der Reservepumpe zum Druckmittelbehälter geleitet sind, und ferner mit einer zwischen dem Anschluß für den Druckmittelbehälter und dem Anschluß für die Hauptpumpe angeordneten Drossel mit veränderbarem Querschnitt, die von zusammenwirkenden Steuerkanten des Ventilgehäuses und Ventilkolbens gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (16) in Fortführung der Hintereinanderanordnung von Axialbohrung (33) und den unveränderbaren Querschnitt aufweisender Drossel (34; 44) in Reihe nachgeschaltet ist, daß die Drossel (D 2; D 3) mit veränderbarem Querschnitt zwischen dem Federraum (16) und dem Anschluß (5) für den Druckmittelbehälter vorgesehen ist und daß der Querschnitt der Drossel (34; 44) mit unveränderbarem Querschnitt derart dimensioniert ist, daß das Druckgefälle über dieser Drossel bei fördernder Hauptpumpe etwa 2 bar entsprechend der mittleren Federkraft dividiert durch den Querschnitt des Ventilkolbens (27,37) beträgt.

2. Zuschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (44) mit unveränderbarem Querschnitt als schrägverlaufende Bohrung ausgebildet ist, die stromauf der Axialbohrung (43) im Ventilkolben (37) angeordnet ist und an eine Stelle mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit des Förderstroms der Hauptpumpe am zwischen Ventilkolben (37) und Ventilgehäuse (t) gebildeten Strömungsdurchgang zum Verbraucher anschließt.