DE3824089C2 - Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Propor­ tional-Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einem bekannten Druckbegrenzungsventil dieser Bauart werden Nachteile vermieden, die sich bei einem anderen Ventil ergeben, wo das Steueröl nicht durch den Hauptkol­ ben kommt, sondern um diesen herum dem Vorsteuerventil zugeführt wird. Allerdings muß zum Stabilisieren des ein­ gangs genannten Ventils eine ausreichende Dämpfungswir­ kung für den Hauptkolben durch eine mit dem Vorsteuerven­ til in Verbindung stehende Düse vorgesehen werden, deren Druchmesser 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 her­ vorgerufene delta P angehoben wird.

Die DE 35 44 389 A1 offenbart ein Druckbegrenzungsven­ til, das im Betrieb zu störenden Schwingungen neigt.

In der DE 32 00 476 A1 ist ein Wegeventil offenbart, mit dem ein Verbraucher wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder mit einem Vorratsbehälter verbunden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein vorgesteuer­ tes Proportional-Druckbegrenzungsventil gemäß dem Oberbe­ griff 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 An­ spruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ nannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

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

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

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

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen vorgesteuerten Proportional- Druckbegrenzungsventils.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes vorgesteuertes Proportional- Druckbegrenzungsventil 1 gemäß dem Stand der Technik, wie es beispielsweise im einzelnen in dem Buch "Der Hydrau­ liktrainer", Band 2, 1. Auflage 1986, 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 Vorsteuerke­ gel 13 einwirken kann.

Das Hauptventil 2 weist eine Büchse 14 mit einem darinnen angeordneten Hauptkolben 16 auf, der durch eine Schließ­ feder 17 gegen seinen Sitz vorgespannt ist. In der Büchse 14 sind eine axial verlaufende Einströmbohrung 18 sowie mehrere radial verlaufende Ausströmbohrungen 19 ausgebil­ det. Die Pumpe 5 steht über eine Pumpenleitung 21 und ei­ nen 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 Steueröldüse 7 und eine weitere Düse, nämlich eine Dämpfungsdüse 9 mit dem Feder- oder Steuerraum 22 verbunden, und der Verbindungspunkt 23 der Steueröldüse 7 und der Dämpfungsdüse 9 liegt über eine weitere Düse, nämlich eine Dämpfungsdüse 12 am Druckraum 24 des Vor­ steuerventils 3.

Die Konstruktion des Ventils 1 entspricht einem "norma­ len" vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil. Der Unter­ schied liegt hier im Vorsteuerventil 3. Die Druckfeder des "normalen" vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils ist hier durch den Proportionalmagneten 8 ersetzt worden. Es ist ein "kraftgeregelter" Proportionalmagnet 8. Einer be­ stimmten Stromstärke, vorgegeben über die nicht gezeigte Ansteuerelektronik, entspricht somit eine proportionale Kraft auf den Vorsteuerkegel 13. Höherer Eingangsstrom bedeutet größere Magnetkraft und damit höhere Druckein­ stellung. Niedrigerer Eingangsstrom bedeutet niedrigere Druckeinstellung. Der vom System oder der Pumpe (vgl. An­ schluß A) anstehende Systemdruck P_A wirkt auf den Haupt­ kolben 16. Gleichzeitig steht der Systemdruck P_A über die mit den Düsen 7, 9 versehene Steuerleitung 10 auf der fe­ derbelasteten Seite des Hauptkolbens 16 an. Über die Düse 12 wirkt dieser Systemdruck auf den Vorsteuerkegel 13 ge­ gen die Kraft des Proportionalmagneten 8. Steigt der Sy­ stemdruck P_A über den entsprechend der Magnetkraft vorge­ gebenen Wert, so öffnet der Vorsteuerkegel 13. Das Steu­ eröl 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 Ausströmbohrungen 19 zum Tank 6.

Die Hauptaufgabe der Steueröldüse 7 besteht darin, die in der Steuerleitung 10 fließende Steuerölmenge zu begren­ zen. Die Dämpfungsdüse 9 und auch die Dämpfungsdüse 12 sind in erster Linie vorgesehen, um eine Dämpfung gegen­ über möglichen Schwingungen zu erreichen. So wird zur Dämpfung des Hauptkolbens 16 der Ölstrom aus dem Hub des Kolbens 16 an der Dämpfungsdüse 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 Steueröldüse 7 und die der Kraft der Schließfeder 17 äquivalente Druckdiffernz delta p die Steuerölmenge bestimmt.

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

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

Bei dem aus Pilotventil 3 und einem Hauptventil 27 aufge­ bauten vorgesteuerten Proportional-Druckventil 26 gemäß Fig. 2 wird die Steuerleitung 10 der Fig. 1 insofern ver­ mieden, als hier die Steueröldüse 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 Pi­ lotventil 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 Steueröldüse 7 und dem der Kraft der Schließfeder 17 äquivalenten Druckgefälle delta p er­ gibt sich die Steuerölmenge. Auch hier entsteht wieder ein Rückstau von Steueröl an der Dämpfungsdüse 29, ähn­ lich wie bei Fig. 1 an der Düse 12. Der (unerwünschte) Rückstau aus der Steuerölmenge an der Dämpfungsdüse 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 Steu­ erleitung 10 bildender Steuerölkanal zwischen dem An­ schluß A und dem Pilotventil 3 in das Hauptgehäuse des Hauptventils 2 eingearbeitet werden, wodurch sich zusätz­ liche Kosten ergeben. Darüber hinaus entsteht durch den seitlichen Abgriff bei A dann eine Sogwirkung im Steu­ erölkanal (Steuerleitung 10), wenn ein großer Durchfluß vorhanden ist. Dies wird insbesondere bei stromlosem Elektromagneten 8 der Fall sein, wo der Pilot- oder Steu­ eröldruck 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 Sta­ bilisierung eine ausreichende Dämpfungswirkung an der Dü­ se 29 für den Ölfluß infolge des Hauptkolbenhubs vorgese­ hen 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 Steueröldüse 7 im Kolbenboden das Hubvo­ lumen nach, wobei die Dämpfungswirkung aus dem Hauptkol­ ben gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 schwä­ cher 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- Druckventils 31, welches aus einem Vorsteuerventil 3 ge­ mäß den Fig. 1 oder 2 und einem Hauptventil 32 aufgebaut ist. Durch diese Kontruktion werden die Nachteile der Ventile gemäß den Fig. 1 und 2 beseitigt.

Das Hauptventil 32 besteht aus einer Büchse 33, in der ein Hauptkolben 34 hin und her bewegbar angeordnet ist, der an einem Ende durch eine Schließfeder 17 gegen den Kolbensitz vorgespannt ist. Die Schließfeder 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 ausgebil­ det, der über eine Leitung 46 sowie eine Düse 44 mit dem Vorsteuerventil 3 verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist der Ausgang der Steueröldüse 7 unmit­ telbar über die Düse 44 mit dem Pilotventil 3 verbunden. Im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang der Steueröldüse 7 über Radialbohrungen 42 im Hauptkolben 34 mit einem Ringkanal 37 am Außenumfang des Hauptkolbens 34 verbunden. Von dort kann das Steueröl über eine (oder mehrere) Radialbohrungen 38 in der Büchse 33 zur Düse 44 fließen.

Ferner ist mit dem Ausgang der Steueröldüse 7 eine Dämp­ fungsdüse 40 verbunden, die im Hauptkolben 34 eingebaut ist und die praktisch zur Dämpfung gegen Schwingungen des Hauptkolbens 34 dient.

Im einzelnen fließt bei dem vorgesteuerten Proportional- Druckbegrenzungsventil 31 das Steueröl über die Steueröl­ düse 7, die Querverbindungen in der Form der Radialboh­ rungen 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 Dämp­ fungsdüse 40 wird das verdrängte Druckmedium aus dem Kol­ benhub zur Dämpfung des Kolbens 34 in beiden Hubrichtun­ gen gleich stark gedrosselt. Die Düse 40 sitzt parallel zum Steuerölfluß und ist somit ohne nachteilige Wirkung auf den niedrigst einstellbaren Druck (Umlaufdruck), so daß bei unveränderbar gemeinsamer Drosselwirkung der Dü­ sen 7 und 44 für einen möglichst niedrigen einstellbaren Druck die Steueröldüse 7 im Durchmesser klein und die Dü­ se 44 im Durchmesser groß ausgeführt werden kann.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen vorgesteuerten Proportional- Druckbegrenzungsventils 51 gezeigt, welches wiederum aus einem Vorsteuerventil 3, sowie andererseits einem Haupt­ ventil 50 aufgebaut ist. Hinsichtlich des Vorsteuer- oder Pilotventils 3 sei auf die obige Beschreibung hingewie­ sen.

Das Hauptventil ist hier gegenüber Fig. 3 derart abgewan­ delt, daß ein zusätzlicher Kleinstromregler 63 vorgesehen ist. Wie man in Fig. 4 erkennt ist dieser Kleinstromreg­ ler 63 in den Hauptkolben 53 eingebaut.

Im einzelnen weist das Hauptventil 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 Schließfeder 17 spannt den Hauptkolben 53 gegen sei­ nen Sitz vor. Ferner ist ein weiterer Ringkanal 54 im Ge­ häuse vorhanden, der über eine Leitung 46 und die 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 Verbin­ dung stehen, der einen Regelkolben 57 des Kleinstromreg­ lers 63 aufnimmt. Der Regelkolben 57 wird durch eine Re­ gelfedern 59 gegen einen Haltering 60 vorgespannt. Im Re­ gelkolben 57 ist die bereits oben erläuterte Steueröldüse 7 ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Integration des Kleinstromreglers 63 in den Hauptkolben 53 wird eine kom­ pakte Bauweise erreicht.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nach­ teilig, daß durch die in Schließrichtung am Hauptkolben 34 wirkende Strömungskräfte mit steigendem Druck bzw. zu­ nehmendem Durchfluß das delta p an der Steueröldüse 7 und damit auch die Steuerölmenge größer wird. Bei konstant eingestelltem Pilot- oder Vorsteuerdruck bewirkt diese zunehmende Steuerölmenge vor der Düse 44 eine Druckände­ rung, die sich in der Druck-Mengenabhängigkeit nieder­ schlägt. Durch den Kleinstromregler 63 gemäß Fig. 4 wird das delta p über die Steueröldüse 7 geregelt und somit die Steuerölmenge konstant gehalten. Vorteilhafterweise ist das delta p der Regelfeder 59 des Regelkolbens 57 niedriger als das delta p der Schließfeder 17. Die ferner noch vorgesehene Dämpfungsdüse 64 drosselt das durch die Bewegung des Hauptkolbens 53 verdrängte Öl.

Claims (10)

1. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil (31, 51) mit einem Pilotventil (3), mit einem Haupt­ kolben (34, 53), der von einem in einem Steuerraum (41) herrschenden Druck in Schließrichtung und einem in einem Eingang (18) herrschenden Druck in Öff­ nungsrichtung beaufschlagbar ist, mit einer im Hauptkolben (34, 53) angeordneten Steueröldüse (7), die bei geöffnetem Pilotventil (3) von einem vom Eingang (18) zum Pilotventil (3) gerichteten Steuer­ ölstrom durchströmbar ist, und mit einer Dämpfungs­ düse (40, 64) zwischen dem Steuerraum (41) und dem Pilotventil (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröldüse (7) über einen Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) unter Umge­ hung des Steuerraums (41) mit dem Pilotventil (3) verbunden ist und daß über die Dämpfungsdüse (40, 64) eine Verbindung zwischen dem Steuerraum (41) und dem Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) zwischen der Steueröldüse (7) und dem Pilotventil (3) besteht.

2. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) zwischen der Steueröldüse (7) und dem Pilotventil (3) ein am Außenumfang des Hauptkolbens (34) befindlicher erster Ringkanal (37, 56) liegt, mit dem ein axialer und peripheraler Versatz zwi­ schen einer in dem Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) liegenden Querboh­ rung (42) des Hauptkolbens (34) und einer in dem Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) stromab des ersten Ringkanals (37, 56) befindlichen Querbohrung (38, 55) ausgleichbar ist.

3. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der er­ ste Ringkanal (37, 56) durch eine in den Hauptkolben (34) eingedrehte Ringnut zumindest mitgebildet wird.

4. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich stromab des ersten Ringkanals (37, 56) be­ findliche Querbohrung (38, 55) durch eine den Haupt­ kolben (34) umgebende Büchse (33, 52) hindurchführt und außen in einen um die Büchse (33, 52) herumlau­ fenden zweiten Ringkanal (35, 54) mündet.

5. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dämpfungsdüse (40, 64) im Haupt­ kolben (34) ausgebildet ist.

6. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Dämpfungsdüse (40, 64) zwi­ schen dem Steuerraum (41) und dem ersten Ringkanal (37, 56) Hauptkolben (34) befindet.

7. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Dämpfungsdüse (40, 64) führende Druckmit­ telweg parallel zu dem stromauf des sich am Außenum­ fang des Hauptkolbens (34) befindlichen ersten Ring­ kanals (37, 56) liegenden Abschnitt des zwischen der Steueröldüse (7) und dem Pilotventil (3) verlaufen­ den Strömungspfades (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) direkt in den ersten Ringkanal (37, 56) mündet.

8. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steueröldüse (7) die Meßblende ei­ nes Kleinstromreglers (63) ist, der einen im Haupt­ kolben (53) angeordneten Regelkolben (57) aufweist, der im Sinne einer Querschnittsvergrößerung einer im Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) liegenden variablen Blende von einer Re­ gelfeder (59) und vom Druck stromab der Steueröldüse (7) und im Gegensinne vom Druck stromauf der Steu­ eröldüse (7) beaufschlagbar ist.

9. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ gelkolben (57) des Kleinstromreglers (63) ein Hohl­ kolben ist und daß sich die Steueröldüse (7) in dem Regelkolben (57) befindet.

10. Vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum im Hauptkolben (53), in dem sich die den Regelkolben (57) des Kleinstromreglers (63) beauf­ schlagende Regelfeder (59) befindet, über mindestens eine im Strömungspfad (42, 37, 38, 35, 46, 44; 58, 56, 55, 54, 46, 44) liegende Querbohrung (58) des Hauptkolbens (53), die in Abhängigkeit von der Posi­ tion des Regelkolbens (57) des Kleinstromreglers (63) unterschiedlich stark abdeckbar ist, mit dem Pilotventil (3) verbunden ist.