DE3824089A1 - Vorgesteuertes proportional-druckbegrenzungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil mit einem Hauptkolben in dem eine den Steuerölfluß bestimmende Düse 7 angeordnet ist.

Bei einem bekannten Druckbegrenzungsventil dieser Bauart werden Nachteile vermieden, die sich bei einem anderen Ventil ergeben, wo das Steueröl nicht durch den Hauptkolben, sondern um diesen herum dem Vorsteuerventil zugeführt wird. Allderdings muß zum Stabilisieren des eingangs genannten Ventils eine ausreichende Dämpfungswirkung für den Hauptkolben durch eine mit dem Vorsteuerventil in Verbindung stehende Düse vorgesehen werden, deren Durchmesser zur Erreichung einer ausreichenden Dämpfung verhältnismäßig klein sein muß. Dies bedeutet, daß der niedrigst einstellbare Druck des Ventils bei stromlosen Magnet des Vorsteuerventils durch das vom Steueröl hervorgerufene delta P angehoben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß sich ein sehr kleiner einstellbarer Druck ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch ein vorgesteuertes Proportional-Druckbe­ grenzungsventil gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein weiteres vorgesteuertes Proportional-Druckbegren­ zungsventil gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vorgesteuerten Proportional-Druckbegrenzungsventils;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vorgesteuerten Proportional-Druckbegrenzungsventils.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes vorgesteuertes Proportional-Druck­ begrenzungsventil 1 gemäß dem Stand der Technik, wie es beispielsweise im einzelnen in dem Buch "Der Hydraulik­ trainer", Band 2, herausgegeben von der Mannesmann Rexroth GmbH, beschrieben ist, und zwar auf den Seiten B 20 und B 21.

Das Ventil 1 besteht aus einem Hauptventil 2 sowie einem Pilot- oder Vorsteuerventil 3. Eine Pumpe ist mit 5 und ein Tank mit 6 bezeichnet.

Das Vorsteuerventil 3 weist einen Proportionalmagneten 8 auf, der über einen Magnetstößel 11 auf den Vorsteuerkegel 13 einwirken kann.

Das Hauptventil 2 weist eine Büchse 14 mit einem darinnen angeordneten Hauptkolben 16 auf, der durch eine Schließfeder 17 gegen seinen Sitz vorgespannt ist. In der Büchse 14 ist eine axial verlaufende Einströmbohrung 18 sowie mehrere radial verlaufende Ausströmbohrungen 19 ausgebildet. Die Pumpe 5 steht über Leitung 21 und Anschluß A mit der Einströmbohrung 18 in Verbindung, während die Ausströmbohrungen 19 über eine Leitung 20 mit Tank 6 in Verbindung stehen.

Zur Erzeugung eines Vorsteuerdrucks P _x ist die die Pumpe 5 mit der Einströmbohrung 18 verbindende Pumpenleitung 21 über eine Düse (Steueröldüse) 7 und eine weitere Düse (Dämpfungsdüse) 9 mit dem Feder- oder Steuerraum 22 verbunden, und der Verbindungspunkt 23 der beiden Düsen 7 und 9 liegt über eine weitere Düse (Dämpfungsdüse) 12 am Druckraum 24 des Vorsteuerventils 3.

Die Konstruktion des Ventils 1 entspricht einem "normalen" vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil. Der Unterschied liegt hier im Vorsteuerventil 3. Die Druckfeder des "normalen" vor­ gesteuerten Druckbegrenzungsventils ist hier durch den Proportionalmagneten 8 ersetzt worden. Es ist ein "kraftgere­ gelter" Proportionalmagnet 8. Einer bestimmten Stromstärke, vorgegeben über die nicht gezeigte Ansteuerelektronik, entspricht somit eine proportionale Kraft auf den Vorsteuer­ kegel 13. Höherer Eingangsstrom bedeutet größere Magnetkraft und damit höhere Druckeinstellung. Niedrigerer Eingangsstrom bedeutet niedrigere Druckeinstellung. Der vom System oder der Pumpe (vgl. Anschluß A) anstehende Systemdruck P _A wirkt auf den Hauptkolben 16. Gleichzeitig steht der Systemdruck P _A über die mit den Düsen 7, 9 versehene Steuerleitung 10 auf der federbelasteten Seite des Hauptkolbens 16 an. Über die Düse 12 wirkt dieser Systemdruck auf den Vorsteuerkegel 13 gegen die Kraft des Proportionalmagneten 8. Steigt der Systemdruck P _A über den entsprechend der Magnetkraft vorgegebenen Wert, so öffnet der Vorsteuerkegel 13. Das Steueröl kann dann über Leitung 25 zum Tank 6 fließen.

Bedingt durch die Düsenkombination in der Steuerleitung 10 entsteht ein Druckgefälle am Hauptkolben 16. Dieser hebt vom Sitz ab und öffnet die Verbindung von Pumpe 5 über Aus­ strömbohrungen 19 zum Tank 6.

Die Hauptaufgabe der Düse 7 besteht darin, die in der Steuer­ leitung 10 fließende Steuerölmenge zu begrenzen. Die Düse 9 und auch die Düse 12 sind in erster Linie vorgesehen, um eine Dämpfung gegenüber möglichen Schwingungen zu erreichen. So wird zur Dämpfung des Hauptkolbens 16 der Ölstrom aus dem Hub des Kolbens 16 an der Düse 9 gedrosselt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird das Steueröl über die Steuerleitung 10 praktisch um den Hauptkolben 16 herum dem Vorsteuerventil 3 zugeführt. Dabei wird durch die Fläche der Düse 7 und das delta p der Druckfeder 17 die Steuerölmenge bestimmt.

Über die Dämpfungsdüse 12 entsteht durch den Steuerölfluß ein Druckgefälle. Dieses Druckgefälle plus das delta p der Haupt­ kolbenfeder 17 addieren sich bei stromlosem Proportionalmagnet 8 zum niedrigst einstellbaren Druck.

Diese sich praktisch an der Düse 12 stauende Steuerölmenge hat also den Nachteil, daß sich dieser Staudruck zum Schließdruck der Feder 17 hinzuaddiert, so daß sich ein unerwünscht hoher Umlaufdruck ergibt. Um einen möglichst niedrig einstellbaren Druck bei unveränderter gemeinsamer Drosselwirkung von Düse 9 und 10 zu erhalten, wird die Düse 9 im Druchmesser klein und die Düse 10 im Druchmesser groß ausgeführt. Die Drosselwirkung der Düse 9 beeinflußt den niedrigst einstellbaren Druck nicht.

Bei dem aus Pilotventil 3 und einem Hauptventil 27 aufgebauten vorgesteuerten Proportional-Druckventil 26 gemäß Fig. 2 wird die Steuerleitung 10 der Fig. 1 insofern vermieden, als hier die Düse 7 in den Hauptkolben 16 eingebaut ist, so daß das Steueröl durch den Hauptkolben 16 zum Pilotventil 3 fließt. Zwischen dem Feder- oder Steuerraum 22 und dem Pilotventil 3 liegt noch eine Düse 29. Diese Düse 29 leitet nicht nur das Steueröl zum Pilotventil 3, sondern bewirkt auch noch eine Drosselung für das verdrängte Öl aus dem Hub des Hauptkolbens 16, und somit eine Dämpfung gegen Schwingungen.

Aus dem Querschnitt der Düse 7 und dem Druckgefälle delta p der Feder 17 ergibt sich die Steuerölmenge. Auch hier entsteht wieder ein Rückstau von Steueröl an der Düse 29, ähnlich wie bei Fig. 1 an der Düse 12. Der (unerwünschte) Rückstau aus der Steuerölmenge an der Düse 29 plus das delta p der Druckfeder 17 ergeben den niedrigst einstellbaren Druck bei stromlosem Proportionalmagnet 8.

Bei dem Ventil 1 gemäß Fig. 1 muß praktisch ein die Steuerlei­ tung 10 bildender Steuerölkanal zwischen dem Anschluß A und dem Pilotventil 3 in das Hauptgehäuse des Hauptventils 2 eingearbeitet werden, wodurch sich zusätzliche Kosten ergeben. Darüber hinaus entsteht durch den seitlichen Abgriff bei A dann eine Sogwirkung im Steuerölkanal (Steuerleitung 10), wenn ein großer Durchfluß vorhanden ist. Dies wird insbesondere bei stromlosem Elektromagneten 8 der Fall sein, wo der Pilot- oder Steueröldruck absinkt und bei einem Sollwertsprung des Drucks bei A von Pmin auf Pmax der Hauptkolben 16 nicht schließt. Bei der Konstruktion gemäß Fig. 2 wird dieser Nachteil vermieden, aber hier muß für eine genügende Stabilisierung eine ausrei­ chende Dämpfungswirkung an der Düse 29 für den Ölfluß infolge des Hauptkolbenhubs vorgesehen sein. Um diese Dämpfungswirkung zu erzielen, muß der Durchmesser der Düse 29 klein sein, was aber wiederum den oben erläuterten Staudruck an der Düse 29 zur Folge hat, der seinerseits den niedrigst einstellbaren Druck bei stromlosem Magneten durch das delta p des Steueröls an der Düse 29 anhebt.

Grundsätzlich ist jedoch ein kleiner einstellbarer Druck gefordert. Betrachtet man in Fig. 2 die Bewegung des Hauptkolbens in Schließrichtung, so saugt dieser Kolben über die größere Düse 7 im Kolbenboden das Hubvolumen nach, wobei die Dämpfungswirkung aus dem Hauptkolben gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 schwächer ist. Es ist daher sehr schwer, Ventile der Bauart gemäß Fig. 2 ohne Schwingungen zur Funktion zu bringen.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten vorgesteuerten Proportional-Druck­ ventils 31, welches aus einem Vorsteuerventil 3 gemäß den Fig. 1 oder 2 und einem Hauptventil 32 aufgebaut ist. Durch diese Konstruktion werden die Nachteile der Ventile gemäß den Fig. 1 und 2 beseitigt.

Das Hauptventil 32 besteht aus einer Büchse 33, in der ein Kolben 34 hin und her bewegbar angeordnet ist, der an einem Ende durch eine Feder 17 gegen den Kolbensitz vorgespannt ist. Die Feder 17 sitzt in einem Federraum 41.

Die Ausströmbohrungen 19 stehen über einen Ringkanal 36 (im nicht gezeigten Gehäuse) mit Tank 6 in Verbindung. Ferner ist im Gehäuse ein weiterer Ringkanal 35 ausgebildet, der über eine Leitung 46 sowie eine Düse 44 mit dem Vorsteuerventil 3 verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist der Ausgang der Düse 7 unmittelbar über die Düse 44 mit dem Pilotventil 3 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang der Düse 7 über Radialbohrungen 42 im Kolben 34 mit einem Ringkanal 37 am Außenumfang des Kolbens 34 verbunden und von dort kann das Steueröl über eine (oder mehrere) Radialbohrung 38 in der Büchse 33 zur Düse 44 fließen.

Ferner ist mit dem Ausgang der Düse 7 eine weitere Düse 40 verbunden, die im Kolben 34 eingebaut ist und die praktisch zur Dämpfung gegen Schwingungen des Kolbens 34 dient.

Im einzelnen fließt bei dem vorgesteuerten Proportional-Druck­ begrenzungsventil 31 das Steueröl über die Düse 7, die Quer­ verbindungen in der Form der Radialbohrungen 42, den Ringkanal 37, die Radial- oder Querbohrung 38, den Ringkanal 35 und die Leitung 46 über die Düse 44 zum Pilotventil 3 und von dort zum Tank 6. An der Düse 40 wird das verdrängte Druckmedium aus dem Kolbenhub zur Dämpfung des Kolbens 34 in beiden Hubrichtungen gleich stark gedrosselt. Die Düse 40 sitzt praktisch parallel zum Steuerölfluß und ist somit ohne nachteilige Wirkung auf den niedrigst einstellbaren Druck (Umlaufdruck), so daß bei unveränderbar gemeinsamer Drosselwirkung von Düse 7 und 44 für einen möglichst niedrigen einstellbaren Druck die Düse 7 im Durchmesser klein und die Düse 44 im Durchmesser groß ausgeführt werden kann.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vorgesteuerten Proportional-Druck­ begrenzungsventils 51 gezeigt, welches widerum aus einem Vorsteuerventil 3, sowie andererseits einem Hauptventil 50 aufgebaut ist. Hinsichtlich des Vorsteuer- oder Pilotventils 3 sei auf die obige Beschreibung hingewiesen.

Das Hauptvenitl ist hier gegenüber Fig. 3 kurzgesagt derart abgewandelt, so daß ein zusätzlicher Kleinstromregler 63 vorgesehen ist. Wie man in Fig. 4 erkennt ist dieser Kleinstromregler 63 in den Hauptkolben 53 eingebaut.

Im einzelnen weist das Hauptvenil 50 eine Büchse 52 auf, in der der Hauptkolben 53 hin und her bewegbar angeordnet ist. Wie bei Fig. 3 ist ein Ringkanal 36 vorgesehen und eine Feder 17 spannt den Hauptkolben 53 gegen seinen Sitz vor. Ferner ist ein weiterer Ringkanal 54 im Gehäuse vorhanden, der über eine Leitung 46 Düse 44 mit dem Pilotventil 3 in Verbindung steht. Am Außenumfang des Hauptkolbens 53 ist ein Ringkanal 56 vorgesehen, der über Querbohrungen 55 in der Büchse 52 mit dem Ringkanal 54 in Verbindung steht. Zum anderen sind Querbohrungen 58 im Hauptkolben vorgesehen, die nach außen hin mit dem Ringkanal 56 und nach innen hin mit einem Raum in Verbindung stehen, der einen Regelkolben 57 aufnimmt. Der Regelkolben 57 wird durch eine Feder 59 gegen einen Haltering 60 vorgespannt. Im Regelkolben 57 ist die bereits oben erläuterte Düse 7 ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Integration des Kleinstromreglers 63 in den Hauptkolben 53 wird eine kompakte Bauweise erreicht.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nachteilig, daß durch die in Schließrichtung am Hauptkolben 34 wirkenden Strömungskräfte mit steigendem Druck bzw. zunehmendem Durchfluß das delta P an der Düse 7 und damit auch die Steuerölmenge größer wird. Bei konstant eingestelltem Pilot- oder Vorsteuerdruck bewirkt diese zunehmende Steuer­ ölmenge vor der Düse 44 eine Druckänderung, die sich in der Druckmengenabhängigkeit niederschlägt. Durch den Kleinstromregler 63 gemäß Fig. 4 wird das delta P über die Düse 7 geregelt und somit wird die Steuerölmenge konstant gehalten. Vorteilhafterweise ist das delta P der Feder 59 des Regelkolben 57 niedriger als das delta P der Hauptkolbenfeder 17. Die ferner noch vorgesehene Düse 64 drosselt das aus der Bewegung des Hauptkolbens 53 verdrängte Öl.

Claims (9)

1. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil mit einer im Hauptkolben (34, 53) angeordneten Steueröldüse (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Steueröldüse (7) zur Zuführung von Steueröl zum Vorsteuerventil (3) umittelbar aus dem Hauptkolben durch Verbindungsmittel (42, 37, 38) herausgeführt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Düse (40) über Radialkanäle (42) im Hauptkolben herausgeführt wird.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkanäle (42) mit einem am Außenumfang des Hauptkolbens (34) ausgebildeten Ringkanal (37) in Verbindung stehen.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Büchse (33, 52) des Hauptventils Radial-oder Querbohrungen (38, 55) ausgebildet sind, die vorzugsweise über einen Ringkanal (35, 54) und über ein Dämpfungsventil (44) mit dem Vorsteuerventil (3) in Verbindung stehen.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der Düse (7) eine Düse in Verbindung steht.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (40) im Hauptkolben (34) ausgebildet ist und andererseits mit einem Federraum (41) des Hauptventils (32) in Verbindung steht.

7. Ventil, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkolben (53) ein Kleinstromregler (63) ausgebildet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleinstromregler (63) einen durch eine Feder (59) beaufschlagten Regelkolben (57) aufweist, in dem die Düse (7) ausgebildet ist.

9. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkolben Querbohrungen (58) ausgebildet sind, die mit dem Federraum des Stromreglers (63) einerseits und andererseits mit dem Vorsteuervenitl in Verbindung stehen, und zwar insbesondere über Querbohrungen (55) in der Büchse (52) und eine Düse (44) .