DE2219858A1 - Hydraulisches Hochdruckentlastungsventil - Google Patents

Description

Hamburg, den 21. April 1972 120572 .927

Prioritäts 7. Mai 1971, USA, Patc-Anm. Nr. 141,229

Anmelder;

Caterpillar Tractor Co.,
100 N.E. Adams Street,
Peoria, Illinois 61602, USA

Hydraulisches Hochdruckentlastungsv/entil

Die Erfindung bezieht sich auf Hydrauliksysteme und betrifft insbesondere ein Hochdruckhydrauliksystem zur Steuerung doppelt wirkender Motoren zur Verwendung in hydraulisch betätigten Baggern oder dergleichen.

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Hydraulisch betätigte Maschinen, wie Bagger oder Lader, arbeiten mit Hochdruckhydrauliksystemen, die doppelt wirkende Motoren enthalten, um die das Material aufnehmenden Gefäße an Schwenkarmen oder Bäumen zu betätigen. Die durch derartige Vorrichtungen zu handhabenden Lasten schwanken beträchtlieh in ihrer Größe und unterliegen raschen Beschleunigungen und Bremsungen. Unter solchen Bedingungen kann der Strömungsmitteldruck auf Höhen ansteigen, die über den Grenzen der Systeme liegen, aber auch unter Atmosphärendruck in den Motorsteuerleitungen abfallen.

Diese Hochdruckschwankungen können ein Platzen oder Brechen der Leitungen und/oder Zylinder oder andere Schäden an dem System verursachen. Andererseits führt ein Unterdruck zu Hohlsog innerhalb der Zylinder und verursacht, daß Freßstellen an den Kolben und den Zylinderwänden auftreten.

Derartige Hochdrücke können auf der einen Seite eines Motorkreises vorhanden sein, während gleichzeitig ein Vakuum auf der anderen Seite des fflotorkreises verursacht wird. Diese Bedingung· kann auftreten, uienn der Baum aus einer schnellen Schwenkung oder einem schnellen Fallen unter Last plötzlich angehalten wird. Diese Umstände verursachen eine rasche Abnutzung und Ausfälle in den Hydrauliksystemen.

In solchen Systemen sind Entlastungsventile und Ventile zur Vermeidung der Kavitation oder des Hohlsoges eingesetzt worden, um die hier beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden.

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Bekannt sind z.B. \Jentile nach dam US-Patentschriften 2 954 011 und 2 954 052.

Eine Hauptschuiierigkeit der bekannten Einrichtymgen liegt darin, daß sie mit komplizierten Anordnungen von Öffnungen und Kanälen arbeiten. Der Bau der Ventile ist auch so, daß die Ventile, die die Ergänzung und Entlastung regulieren, dem Einfluß der durchfließenden Flüssigkeit unterliegen. Daher ist eine genaue Steuerung des Strömungsmittels in dem System nicht möglich. Weiter sind solche komplizierten Anordnungen teuer in der Herstellung und Unterhaltung.

Die Erfindung bezweckt deshalb hauptsächlich, die hier beschriebenen Schwierigkeiten bekannter Einrichtungen zu beseitigen.

Weiter bezweckt die Erfindung, ein hydraulisches Steuersystem zu schaffen, daß Ergänzungs- und Entlastungsventile benutzt, die einfach und leicht herzustellen sind.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Steuerventilanordnung für ein Hydrauliksystem mit Ergänzungs- und Entlastungsventilen, die in der Lage sind, die Drücke innerhalb des Systems genau zu steuern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Durchtrittsöffnung- und Ventilanordnung für eine Kombination aus Ergänzungs- und Entlastungsventilen in Vermit einem Steuerschieber eines Hauptsteuerventils.

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Erfindungsgemäß weist eine Steuerventilanordnung für ein Hochdruckhydraulikeyetem eine Kombination aus Entlastungsund Ergänzungsventil in einem einzigen Umgehungskanal auf, der sich zwischen einer Rückführleitung mit niedrigem Druck und einer Hochdruckmotorzuleitung befindet.

Weitere Vorzüge und merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert und dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt in axialer Richtung des Schiebers durch

ein erfindungsgemäßes Steuerventil, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II der Fig. 1

und Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Eine erfindungsgemäße Steuerventilanordnung, sieh« Fig. 1, weist ein Gehäuse 10 mit einer durchgehenden Bohrung 12 auf, in der ein Steuerschieber 14 gleitfähig sitzt. Der Schieber 14 ist in seiner neutralen Stellung gezeigt, aus der heraus er verschoben werden kann in andere Stellungen, bei denen zwischen den verschiedenen Kanälen in dem Ventilkörper eine Verbindung besteht. Im einzelnen schneidet ein Einlaßkanal die Schieberbohrung 12 in der Mitte und ist über die Bohrung 12 beiderseits vom Absatz 18 des Schiebers 16 mit den Zweigen 20 und 22 eines nicht dargestellten Durchgangskanals in

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Verbindung, der die Flüssigkeit zurück zum Sumpf führt, wenn das Ventil in der neutralen Stellung ist. Der Einlaß 16 ist über einen Zufuhrkanal 24 und ein Rückschlagventil 26 auch in Verbindung mit Zufuhrkanälen 28 und 30, die den Schieber 14 beiderseits von dem Durchgangskanal und benachbart zu den Steuerkanälen 32 und 34 kreuzen. Die Motorsteuerkänäle 32 und 34 führen Flüssigkeit denHöchdruckmotoröffnungen 36 und 38 zu, die dann durch entsprechende Leitungen mit einem nicht dargestellten doppelt wirkenden Strömungsmittelmotor verbunden sind. Ein Niederdruckkanal mit Zweigen 40 und 42, die den Steuerschieber 14 an benachbart zu den Metorsteuerkanälen 32 und 34 liegenden Stellen kreuzen, verbindet mit einem Auslaßkanal 44, dar durch entsprechende Leitungen mit einem Sumpf 46 verbunden ist. Zu/ei kurze, im wesentlichen T-förmige Überströmkanäle 48 und 50 erstrecken sich zwischen den Hlotorkanälen 32 und 34 und den Niederdruckzweigleitungen 40 und 42 an einem unmittelbar über dem Steuerschieber 14 liegenden Punkt. Die Verbindung zwischen diesen Hoch- und Niederdruckkanälen mittels der Überströmkanäle wird durch ein Paar Druckentlastungsventile 52 und 54 und ein Paar Ergänzungs- oder Antikavitationsrückschlagventile 56 und 58 gesteuert, die unmittelbar hinter den Entlastungsventilen liegen, bezogen auf die Darstellung in Fig. 1. Die Lagebeziehung ergibt sich deutlich aus Fig. 2, wobei die Ventile unmittelbar über dem Steuerschieber 14 liegen.

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In Fig. 2 ist im einzelnen der Bau der Ergänzungs- und Entlastungsventile veranschaulicht. Das Antikavitationsventil 56 ist ein Unterdruckrückschlagventil und meist ein zylindrisches l/entilglied 60 in einer Bohrung 62, einen Gewindestopfen 64 und eine Feder 66 auf, die zwischen dem Ventilglied 60 und dem Stopfen 64 leicht zusammengedrückt angeordnet ist. Das Ventilglied 60 tritt in Eingriff mit einem Sitz 68, um die Verbindungen zwischen dem Hochdruckkanal 48 und dem Niederdruckkanal 40 abzusperren. Das Ventilglied 60 enthält eine mehrzahl von Öffnungen 70, welche ein Einfließen des Hochdruckströmungsmittels vom Hochdruckkanal 48 in das Innere des Ventilgliedes 60 hinter die Ventilfäche vermöglichen.

Der Bau dieses Antikavitationsrückschlagventils ist derart, daß die Feder 66 eine leichte Kraft zur Vorspannung des Ventilgliedes 60 in Eingriff mit dem Sitz 68 liefert, so daß die Federkraft nur ausreicht, um die normale Reibung und Trägheit des Ventils zu überwinden. Die Hauptkraft, welche das Ventil auf seinem Sitz hält, kommt von der Hochdruckflüssigkeit im Kanal 48, die durch die Öffnungen 70 hindurch wirkt. AufgruntL-dessen würde ein Vakuum, das in einer Hochdruckmotoröffnung, die mit dem Kanal 48 verbunden ist, erzeugt wird, zu einem Druckabfall in dem Ventil 60 führen, so daß die Niederdruckflüssigkeit im Kanal 40 des Rückschlagventils 56 öffnet und durch dan Kanal 48 in den lYlotorkanal einfließt. Damit wird ein sehr empfindliches Unterdruckrückschlag-Antikavitationsventil geschaffen.

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Das Hochdruckentlastungsventil weist einen Ventilkörper 72 auf, der in einer zylindrischen Bohrung 74 sitzt und in Eingriff mit einem Sitz 76 durch eine Feder 7Θ vorgespannt ist, die zwischen dem Ventilglied 72 und einer Gewindekappe oder einem Stopfen BO eingespannt ist. Das Hochdruckentlastungsventil enthält ein Vorsteuerkegelventil, das einen Regelkolben 82 aufweist, der auf einen Sitz vorgespannt ist, der in einem durch Einschrauben in das Ventilglied 72 feststehenden Stopfenglied B4 ausgebildet ist. Der Kegel 82 ist auf den Sitzeingriff mittels einer Feder 86 vorgespannt, um einen Kanal 88 gegen eine Verbindung mit einer Kammer 90 und weiter über einen Kanal 92 mit dem Niederdruckkanal 40 zu sperren. Ein Kanal 94 mit einer Drosselstelle 97 ist im Ventilkörper 72 ausgebildet und liefert eine Verbindung zwischen der Hochdrucköffnung 48 und dem Kegelventil 82.

Das Hochdruckentlastungsventil arbeitet so, daß der Druck, bei welchem das Entlastungsventil 52 öffnet und die Kammer 48 entlastet, durch die Vorsteuerventilkegelfeder 86 bestimmt wird. Ulenn der Vorsteuerventilkegel B2 öffnet, öffnet auch das Hauptventil 72.

Der Druck in der Kammer 48 gibt den Druck wieder, der in den iTtotorsteuerleitungen vorhanden ist, die von dem Steuerventil zu den Strömungsmittelmotoren führen. Der Druck in der Kammer oder dem Kanal 48 wird durch den Kanal 94 in die Hauptventilfederkammer 96 übertragen, von wo aus der Druck

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auch durch den Kanal 88 gegen den Ventilkegel 82 uiirkt. Der Vorsteuerventilkegel 82 wird in Schließstellung gegen den Kanal 88 durch die Feder 86 gehalten, die zwischen dem Kegel. 82 und des Innenbohrung des Haüptventils 72 eingespannt ist. Der hohe Druck in der Kammer 96, der auf die Flächen A und B wirkt, hält zusammen mit der Kraft der zusammengedrückten Fader 78 das Hauptventil 72 auf seinem Sitz 76, und hält damit den Schließzustand zwischen den Kanälen 48 und 40 aufrecht. Der hohe Druck in der Kammer 48 uiirkt auch auf die Bereiche C und D des Hauptventiles 72, und sucht damit das Ventil von seinem Sitz 76 abzuheben. Da jedoch die Flächen A und B größer als die Fläche C und D sind und der Druck in der Kammer 48 und 96 gewöhnlich gleich oder nahezu gleich ist, bleibt das Hauptventil 72 auf seinem Sitz 76. Die Kraft der Feder 78 addiert sich auch zu der Kraft, die das Ventil 72 auf dem Sitz 76 hält.

UJs η η der Druck in der Kammer 96 etwas entlastet wird, würde die Kraft der Feder 78, die gegen das Hauptventil 72 wirkt, nicht groß genug sein, um das Ventil gegen den Sitz 76 unter der Kraft des Druckes in der Kammer 48 zu halten, der auf die Flächen C und D wirkt, so daß das Ventil 72 vom Sitz abheben würde. Dies würde eintreten, wenn der Voreteuerventilkegel 82 vom Sitz abhebt und ermöglicht, daß der Druck in der Kammer 96 in den Kanal 40 durch den Kanal 92 einfließt. Um jedoch das Vorsteuerventil 82 abzuheben, muß der Druck der Kammer 96 groß genug sein, um die Kraft der zusammenge-

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drückten l/orsteuerfeder 86 zu überwinden. Die zur Überwindung der Feder 86 benötigte Kraft stammt also von dam Druck, der in der Kammer 96 herrscht und auf die Fläche des l/orsteuerventilkegels 82 einwirkt. Die zur Überwindung der Feder 86 benötigte Kraft kann daher laicht berechnet warden, wenn die Feder unmittelbar so bemessen ist;, daß sie dem gewünschten Höchstentlastungsdruck in der Kammer 48 entspricht.

Wenn der Druck in der Kammer 48 auf den worgseehensn höchsten liiert ansteigt, herrscht in der Kammar 96 ebenfalls dieser Druck, da diese zwei Kammarn durch denKanal 94 verbunden sind. Dieser Druck wirkt auf die Fläche des l/orsteuerventilkegels 82 und drückt die Feder 86 zusammen, so daß der l/orsteuerventilkegel vom Sitz abheben kann. Das entlastet die Kammer 96 zur Behälterleitung 40, wie erwähnt, und der hohe Druck in der Kammer 48, der auf die Flächen C und D des Hauptventils 72 einwirkt, hebt den Ventilkolben vom Sitz ab und entlastet die Hochdruckkammer 48 zur Niederdruckabzugsoder Rückführleitung 40 hin. Eine Drosselstelle 97 im Kanal 94 ermöglicht, daß ein Druckunterschied zwischen den Kammern 48 und 96 besteht, so daß der aus der Kammer 48 in die Kammer 96 fließende Druck nicht dazu führt, daß das Hauptventil 72 vorzeitig wieder geschlossen wird, bevor der hohe Druck in der Kammer 48 entlastet worden ist.

Die erfindungsgemäße Hochdruckentlastungsventilanordnung dient dazu, die einzelnen Hydraulikleitungen gegen Schäden

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zu schützen, die auf extremen Drücken beruhen, welche durch äußere Kräfte verursacht sind. Diese Entlastungsventile wirken zu jeder Zeit, zu der der Druck in den einzelnen Hydraulikmotorleistungen die Druckeinstellung des Entlastungsventils übersteigt. Gleichzeitig funktionieren die Antikavitationsventile jederzeit,»wenn der Druck in den Rückführleitungen größer als der Druck in den Iflotorleitungen ist.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Entlastungsventils dargestellt. Diese abgewandelte Ausführungsform kann als patronenartiges Ventil bezeichnet werden. Die Anordnung weist ein Buchsenglied 100 auf, das in eine Bohrung 102 eingesetzt bzw. eingeschraubt ist, die in einem Gehäuse 10 ausgebildet ist und von den Kanälen 48 und 40 gekreuzt wird. Ein Ventil 104 ist in der Buchse 100 angeordnet und in Eingriff mit einem Sitz 106 durch eine Hauptventilfeder 108 vorgespannt, die durch eine in die Bohrung 102 eingeschraubte Kappe 110 unter Vorspannung gehalten wird. Das Ventil enthält einen Ventilkegel 112, der in einer Kammer 114 des Ventilgliedes 104 angeordnet und durch eine Kegelfeder 106 in Sitzberührung mit einem Sitz vorgespannt ist, der in einem Stopfen 118 ausgebildet ist, der in das Ende des Ventilgliedes 104 eingeschraubt ist.

mehrere Öffnungen 120 sind in der Buchse 100 ausgebildet, um Verbindungen zwischen dem Kanal 48 und einem Durchgang 122 herstellen zu können, der in unmittelbarer Verbindung mit dem

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Niederdruckkabel 40 ist. Die Lage der Öffnungen 120 ist derart, daß u/ie in der zuerst beschriebenen Ausführungsform der Fluß des Strömungsmittel vom Kanal 48 zum Kanal 40 radial über die Fläche des Ventils 104 geht, die der Ventilsitsöffnung zugekehrt ist. Aufgrund dieser baulichen merkmale spricht das Ventil 104 unmittelbarer auf den Druck in der Kammer 48 an und aiird nicht durch den Fluß des Strömungsmittels beeinflußt, der über die Längserstreckung des Ventilkörpers geht, u/ie in den bekannten Anordnungen. Ein Druckkanal 124 ist zur Verbindung der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit im Kanal 48 mit dem Vorsteuerventil vorgesehen.

- Patentansprüche -

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Claims (6)

1. P U E H H S P R Ü C H E :

   / 17\Hydraulisches Steuerventil mit einem Gehäuse, das eine Bohrung mit einem darin hin- und herbeuieglichen Steuerschieber, einen Einlaö und einen zum Abzug führenden Auslaß und eine in Verbindung mit dem Einlaß stehende Speiseleitung aufweist, die den Ventilschieber kreuzt, wobei ferner ein Paar Hochdruckmotorsteuerleitungen den Schieber beiderseits dar Speiseleitung und Ablaßkanäle den Schieber benachbart zu den Motorleitungen kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (10) zu/ischen dem Hochdruckmotorsteuerkanal (32) und dem Abzugskanal (40) ein Überströmkanal (48) ausgebildet ist, in dem der Strömungsmittelfluß durch ein Paar Rückschlagventile (52, 56, 54, 58) gesteuert wird, von denen eines (52, 54) ein Hochdruckentlastungsventil zur Entlastung des Überschußdruckes auf der Hochdruckmotoröffnung aufweist und das andere Rückschlagventil den Fluß der unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeit aus dem Ablaßkanal in den unter hohem Druck stehenden fflotorkanal zur Verhinderung von Hohlsog steuert.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal im wesentlichen T-förmig ist und die Rückschlagventile nebeneinander in einem T-Ziueig sitzen.

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3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (104) so angeordnet ist, daß das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel quar zur Achse des Ventils zum Ventilsitz fließt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil ein Vorsteusruentil (82) und einen Drosselkanal (97) enthält, der das Vorsteuervontil mit dem Hochdruckkanal (48) verbindet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antikavitationsventil (56) ein Unterdrückrückschlagventil ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (52 - 58) rechtwinklig zu dem Hochdrucküberstromkanal liegen und die Verbindung zum Abzugskanal an dessen Kreuzung mit dem Steuerschieber unmittelbar steuern.

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