DE4112065A1 - Vorgesteuertes druckabschaltventil mit einstellbarer schaltdruckdifferenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgesteuertes Druckschalt­ ventil welches insbesondere auch als Speicherladeventil ver­ wendet werden kann.

Druckabschaltventile sind bereits in zahlreichen Varianten bekannt: Beispielsweise zeigt die Mannesmann Rexroth Druckschrift RD 20 411/0590 ein solches Ventil. Bei diesem bekannten Druckabschaltventil ist eine stufenlose Einstellung der Schaltdruckdifferenz zwischen dem oberen Schaltdruck und dem unteren Schaltdruck in weiten Bereichen stufenlos nicht möglich. Vielmehr werden der obere Schaltdruck und der kleinste untere Schaltdruck durch die geometrischen Verhältnisse der Vorsteuerung bestimmt.

Aus der DE PS 36 08 100 ist ein Abschaltventil bekannt, welches zwei Vorsteuerventile verwendet, um eine weitere Ver­ ringerung der Leckage zu erreichen, wobei die Schaltdrücke sowohl weit auseinander als auch möglichst eng aneinander liegen können. Gleichzeitig wird das allgemeine Schaltver­ halten verbessert. Das bekannte Abschaltventil soll ferner einfach und billig sein, und sich im Rahmen bisheriger Einbaumaße verwirklichen lassen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Druckschaltventil vor­ zusehen, welches vorzugsweise in Plattenbauweise vorgesehen werden kann und in weiten Bereichen eine stufenlose Ein­ stellung der Schaltdruckdifferenz vorsieht, wobei sich günstige Schalteigenschaften ergeben.

Gemäß der Erfindung weist das Druckabschaltventil eine Hauptstufe und zwei Ventile auf, wobei der obere Schaltdruck und der kleinste untere Schaltdruck durch die geometrischen Verhältnisse des einen Ventils bestimmt werden, wobei der untere Schaltdruck mit Hilfe des zweiten Ventils erhöht werden kann, um so die Schaltdruckdifferenz verkleinern zu können.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen vorgesteuerten Druckabschaltventils in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 2 das Druckabschaltventil der Fig. 1 in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 3 das Abschaltventil der Fig. 1 in einer dritten Betriebsstellung; und

Fig. 4 eine Realisierung des erfindungsgemäßen Druckab­ schaltventils gemäß Fig. 1.

Fig. 5 ein die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ventils darstellendes Diagramm.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes vorgesteuertes Druckab­ schaltventil 100, welches ein Hauptventil 101, ein Vorsteuerventil 102 (oder I) und ein Drucksteuerventil 103 (oder II) aufweist.

Das Hauptventil 101 weist ein Gehäuse 123 auf, in dem eine Bohrung 104 ausgebildet ist, in der ein Kolben 7 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Kolben 7 steht unter der Wirkung einer Feder 15, die den Kolben in die in Fig. 1 gezeigte Schließposition vorspannt. Nicht gezeigte Anschlag­ mittel halten den Kolben in der in Fig. 1 gezeigten Schließ­ position. Ein unterer Kolbenraum 137 ist über radial nach außen verlaufende Bohrungen 105 und 106 mit einer Ringnut 108 zu verbinden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Ferner steht der untere Kolbenraum 137 über eine als Drossel wirkende Bohrung 5 mit einem, die Feder 15 aufnehmenden oberen Kolbenraum (Steuerraum) 20 in Verbindung. Der obere Kolbenraum 20 steht ferner über eine Düse 6 sowie Leitungen 115 und 117 mit dem Vorsteuerventil 102 in noch näher zu beschreibender Weise in Verbindung.

Die Ringnut 108 steht über eine Leitung 109 mit Tank T in Verbindung. Schließlich steht der untere Kolbenraum 137 noch über eine Leitung 111 und ein Rückschlagventil 1 mit einem Verbraucheranschluß A und einem Speicher SP in Verbindung. Die Leitung 111 ist ferner über eine Leitung 112 und ein Rück­ schlagventil 2 sowie eine Leitung 113 mit einer Leitung 12 verbunden, die ihrerseits mit Ventilen oder Steuerräumen 21 bzw. 31 der Ventile 102, 103 in Verbindung steht. Der Verbind­ ungspunkt der Leitungen 12 und 113 steht über eine Drossel oder ein Schließglied 14 (Fig. 3) und eine Leitung 114 mit dem Verbraucheranschluß A bzw. Speicher SP in Verbindung.

Das Vorsteuerventil 102 weist ein Gehäuse 131 auf, in dem zwei Bohrungen 132, 133 ausgebildet sind und zwar unter Bildung eines Sitzes 134. In der einen einen kleineren Durchmesser aufweisenden Bohrung 132 ist ein Haltekolben 4 zusammen mit einer integral ausgebildeten Stange 135 hin- und herbewegbar angeordnet. Das Ende der Stange 135 liegt an einem als Kugel ausgebildeten Schließelement (Kugel) 8 an. Die Kugel 8 steht unter der Vorspannung einer Feder 9, die in einem Federraum 10 angeordnet ist. Ein Einstellelement 136 dient zur Einstellung des Druckes der Feder 9 und somit zur Einstellung des oberen Schaltdruckes. Der Federraum 10 ist mit Tank T verbunden.

In einem von der Kolbenstange 135 durchlaufenen Kolbenstangen­ raum 140 endet die Leitung 117. Die linke Seite des Kolbens 4 ist von dem in Leitung 12 vorhandenen Druckmittel beaufschlagt.

Erfindungsgemäß ist ferner das Ventil 103 in der gezeigten Weise vorgesehen. Das Ventil 103 weist ein Gehäuse 141 auf, in dem Bohrungsabschnitte 144, 142 und 143 ausgebildet sind. Am Übergang vom Bohrungsabschnitt 144 zum Bohrungsabschnitt 142 wird eine Sitzkante 145 gebildet, die mit einem Kegel 146 zusammenarbeitet, der von einer Stange 148 eines Führungs­ kolbens 3 getragen wird. Am Umfang des Führungskolbens 3 sind mehrere, vorzugsweise zwei sich über die Länge des Kolbens 3 erstreckende drosselnde Nuten 26 ausgebildet, die den links vom Kolben 3 gelegenen Kolbenraum 31 mit einem von Bohrungsab­ schnitt 143 gebildeten mit dem Tank in Verbindung stehenden Federraum 13 verbinden können. Im Federraum 13 befindet sich eine Feder 11, welche ein Kugelelement 150 gegen den Kolben 3 vorspannt, so daß dieser mit einem Anschlagkörper 27 wie schematisch dargestellt an einem Anschlag 147 anliegt. Die durch die Feder 11 ausgeübte Kraft kann durch ein Einstell­ element 151 verändert werden. Durch das Einstellelement 151 kann somit der untere Schaltdruck gegenüber dem durch die geometrischen Verhältnisse der Vorsteuerung I definierten unteren Schaltdruck erhöht werden, wodurch sich die Schalt­ druckdifferenz einstellen läßt.

Zur Funktion des erfindungsgemäßen vorgesteuerten Druckab­ schaltventils ist folgendes zu sagen:

Fig. 1 zeigt das Druckabschaltventil 100 unmittelbar nach dem Einschalten der Pumpe in einem Betriebszustand, bei dem das Vorsteuerventil I geschlossen ist und damit auch die Verbindung der Pumpe mit dem Tank unterbrochen ist. Dadurch fördert die Pumpe P über die Leitung 111 und Rückschlagventil 1 in den Verbraucher A und Speicher SP. Gleichzeitig steht der sich aufbauende Druck über Rückschlagventil 2 über Leitung 12 sowohl an dem Haltekolben 4 des Vorsteuerventils I und an den Schließkörper mit Kolben des Hilfsventils II an. Gleichzeitig steht der Druck über die Dämpfungsdüse 5 auf der federbe­ lasteten Seite des Hauptkolbens 7 und an dem als Kugel ausgebildeten Schließelement 8 sowie an der Stangenseite des Haltekolbens 4 im Vorsteuerventil I oder 102 an. Ein geringer Teil der Steuerflüssigkeit, vorzugsweise Öl, strömt, wenn das (zweite) Ventil II offen ist, über die Drosselnuten 26 des Führungskolbens 3 sowie Federraum 13 zum Tank T ab.

Mit steigendem Druck in den Leitungen 110, 111, 112 und 12 schließt schließlich das Ventil II oder 103 beim Erreichen des an dem Einstellelement 151 eingestellten unteren Schaltdrucks und nimmt dann die in Fig. 2 gezeigte Schließstellung ein, wo der Schließkörper oder -glied (Kegel) 146 am Sitz 145 an­ liegt. Es sei hier bemerkt, daß der in einer Gehäusebohrung 24 geführte Betätigungskolben 3 an der Sitzseite 23a (Fig. 3) des Schließgliedes 146 befestigt ist und dessen außenliegende Seite 3a von der Federkraft 11 beaufschlagt ist. Das Haupt­ ventil 101 ist im Betriebszustand gemäß Fig. 2 noch immer ge­ schlossen und Verbraucher 1 sowie Speicher SP werden weiterhin mit Druckmittel versorgt (Leitungen 111, 112 und 113 werden später als Steuerleitung 22 bezeichnet).

Sobald der am Vorsteuerventil 102 durch das Einstellelement 136 eingestellte Abschaltdruck im Hydrosystem, d. h., am Ver­ braucher A erreicht ist, hebt das Schließelement 8 entgegen der Kraft der Feder 9 vom Sitz 134 ab.

Das Druckmedium, vorzugsweise eine Druckflüssigkeit, fließt über die Dämpfungsdüse 6 und den Federraum 10 in den Tank T. Bedingt durch die als Drossel wirkende den Steuerraum 20 mit der Pumpenseite 7a (Fig. 3) verbindende Bohrung 5 im Haupt­ steuerkolben oder Ventilkörper 7 entsteht am Hauptsteuerkolben ein Druckgefälle. Die Folge davon ist, daß sich der Hauptkolben 7 von seiner Schließstellung wie in Fig. 2 gezeigt, in seine die Verbindung von P nach T herstellende Offenstellung gemäß Fig. 3 verschiebt.

Die Rückschlagventile 1 und 2 schließen jetzt und die Kugel 8 wird jetzt über den Vorsteuerkolben 4 vom Verbraucherdruck offengehalten.

Es sei nunmehr der Umschaltvorgang des Pumpenvolumenstroms vom P nach T in P nach A beschrieben: Da die Fläche des Vorsteuer­ kolbens 4 größer ist als die druckbeaufschlagte Fläche der Kugel 8 (beispielsweise um 50%) ist auch die wirksame Kraft am Vorsteuerkolben 4 entsprechend höher als die wirksame Kraft an der Kugel 8.

Ohne das Ventil 103 würde der Verbraucherdruck soweit fallen, bis der durch die Flächendifferenz festgelegte kleinste untere Schaltdruck erreicht ist und die Feder 9 die Kugel 8 auf den Sitz 134 drückt.

Durch Vorspannen der Feder 11 öffnet das Ventil 103 jedoch, bevor der kleinste untere Schaltdruck erreicht ist (Fig. 4). Infolgedessen strömt die Steuerflüssigkeit aus der Leitung 12 über die Drosselnuten 26 und den Federraum 13 in den Tank. Da­ durch sinkt der Druck in der Leitung 12, denn es entsteht ein Druckgefälle an der Düse 14, bzw. Rückschlagventil 14a. Das Druckgefälle wächst bis der kleinste untere Schaltdruck er­ reicht ist (siehe oben). Die Feder 9 drückt die Kugel 8 auf den Sitz 134.

Dadurch baut sich auf der federbelasteten Seite des Haupt­ kolbens 7 ein Druck auf. Dieser schließt in Verbindung mit Feder 15 den Hauptkolben 7 und unterbricht somit die Verbin­ dung von P nach T. Die Pumpe fördert wieder in das Hydrosystem (P nach A) (Fig. 1).

Es sei noch bemerkt, daß der wirksame Querschnitt der Drossel­ stelle 14 kleiner ist als der Querschnitt der Drosselnut 26 im Betätigungskolben 3.

Es gilt also folgendes: Die Öffnungs- und Schließbewegung des Hauptkolbens 7 wird ausschließlich durch das Vorsteuerventil I festgelegt. Bei geöffnetem Vorsteuerventil wird der Steuerraum 20 des Hauptventils mit dem Tank verbunden, so daß der Haupt­ ventilkolben 7 die Pumpe mit dem Tank verbindet. Bei geschlos­ senem Vorsteuerventil I baut sich über die Drosselstelle 5 im Steuerraum 20 der gleiche Druck auf wie auf der Pumpenseite, so daß die den Hauptkolben 7 beaufschlagende Feder diesen in Schließrichtung bewegt und damit die Verbindung zwischen Pumpe und Tank unterbricht. In diesem Schaltzustand des Hauptventils fördert die Pumpe P über das Rückschlagventil 1 unmittelbar in den Verbraucher A. Der Pumpendruck liegt gleichzeitig an den beiden Stirnseiten des Haltekolbens 4 an, so daß dieser druckausgeglichen ist. Die eine Druckverbindung besteht über die Drosselstelle 5, die Steuerleitung 115, die Dämpfungsdüse 6 und Steuerraum 140. Die andere Verbindung besteht durch die Steuerleitung 22 (also 111, 112, 113) mit Rückschlagventil 2 und Leitungsabschnitt 12 mit anschließendem Steuerraum 21. An den Steuerleitungsabschnitt 12 ist das Druckventil II ange­ schlossen, das die Steuerleitung 12 und damit auch den Steuerraum 21 über die Drosselnuten 26 im geöffneten Zustand mit dem Tank verbindet.

Das Druckventil II leitet also lediglich die Schließbewegung des Vorsteuerventils I ein. Auf die Öffnungsbewegung des Vor­ steuerventils I hat das Druckventil II keinen Einfluß und da­ mit auch nicht unmittelbar auf die Schaltstellung des Haupt­ ventils 101. Solange die Pumpe P über das Rückschlagventil 1 zum Verbraucher A fördert, also bei geschlossener Stellung des Hauptventils HV pflanzt sich der Pumpendruck über die Leitung 22 und Rückschlagventil 2 auch auf die Steuerleitung 12 und damit den Steuerraum 21 bzw. einen Ventilraum 25 zwischen Schließkörper 146 und dessen Betätigungskolben 3 fort. Hierbei strömt über die Drosselnut 26 im Betätigungskolben 3 eine ge­ ringe Steuerflüssigkeitsmenge zum Tank T ab. Sobald der Pumpendruck soweit angestiegen ist, daß die eingestellte Kraft der Feder 11 des Druckventils II überwunden wird, verschiebt sich der Betätigungskolben 3 entgegen der Kraft der Feder 11 und verschiebt damit gleichzeitig den Schließkörper 146 in seine Schließstellung, in der die Verbindung von der Steuer­ leitung 12 zum Tank T unterbrochen wird. Von dieser Schließ­ bewegung des Druckventils 2 wird weder die Funktion des Vor­ steuerventils I noch die des Hauptventils HV in funktioneller Hinsicht betroffen. Steigt der Pumpendruck weiter an, und zwar bis zu einem Wert der die Kraft der Feder 9 des Vorsteuer­ ventils I überwindet, öffnet der Schließkörper 8 des Vor­ steuerventils I und verbindet den Steuerraum 20 des Haupt­ ventils über die Dämpfungsdrossel 6 und Ventilraum 140 mit dem Tank T. Durch die weitgehend ungedrosselte Verbindung des Steuerraums 21 des Haltekolbens 4 mit der Pumpe P wirkt zum Zeitpunkt des Öffnens des Schließkörpers 8 im Steuerraum 21 noch der volle Pumpendruck, so daß bei Druckabnahme im Ventil­ raum 140 der Haltekolben 4 eine Verschiebung in Öffnungsrich­ tung des Schließkörpers 8 durchführt und im weiteren Verlauf diesen Schließkörper 8 in seiner Offenstellung hält, so daß sich im Steuerraum 20 ein entsprechend niedriger Druck ein­ stellt. Die Folge davon ist, daß sich durch den höheren Druck auf der Pumpenseite des Hauptsteuerkolbens 7 dieser in Offen­ stellung bewegt und damit eine Verbindung der Pumpe mit dem Tank herstellt. Die damit verbundene Druckabsenkung auf der Pumpenseite gegenüber dem Verbraucherdruck bewirkt ein Schließen der Rückschlagventile 1 und 2. Damit ist die Ver­ braucherseite wirkungsvoll von der Pumpe getrennt. Der Ver­ braucherdruck wirkt über die Drossel (bzw. anstelle der Dros­ sel über ein Rückschlagventil 14) auch in der Steuerleitung 12 und damit in dem Steuerraum 21 sowie dem Ventilraum 31 des Druckventils II. Sobald nun der Verbraucherdruck soweit abge­ sunken ist, daß die Kraft der Feder 11 die Druckbelastung des Schließkörpers 146 überwindet, öffnet der Schließkörper 23a und verbindet die Steuerleitung 12 über die Drosselnut 26 mit dem Tank. Damit sinkt auch der Steuerdruck im Steuerraum 21 soweit ab, daß die Feder 9 das Schließglied 8 des Vorsteuer­ ventils I schließen kann und damit die Verbindung des Steuer­ raumes 20 des Hauptventils mit dem Tank unterbrochen wird. Nun kann sich über die Drosselstelle 5 des Hauptsteuerkolbens 7 in dessen Steuerraum 20 der gleiche Druck aufbauen, wie auf dessen Pumpenseite, so daß infolge dieses Druckausgleichs die dem Hauptsteuerkolben 7 in Schließrichtung belastende Feder 15 diesen wieder in seine Schließstellung bewegt, in der die Ver­ bindung von Pumpe zum Tank unterbrochen ist.

Nunmehr beginnt die Wiederaufladung des Verbrauchers bzw. des Speichers. Daraus ist zu erkennen, daß das Druckventil II keine Vorsteuerfunktion im Sinne des Vorsteuerventils I auf­ weist, sonder tatsächlich lediglich eine Beeinflussung der Schließbewegung des Vorsteuerventils I bewirkt.

Die Fig. 4 und 5 sind im Hinblick auf obige Beschreibung aus sich heraus für den Fachmann verständlich.

Claims (12)

1. Vorgesteuertes eine Schaltdruckdifferenz aufweisendes mit einer Druckmittelquelle und einem Tank T in Verbindung stehendes Druckabschaltventil (100), wobei ein Schließkörper (8) eines Vorsteuerventils (I) von einem von Steuermittel beaufschlagbaren Haltekolben (4) in seiner Offenstellung, in der der Steuerraum (20) des Hauptventils (101) mit dem Tank in Verbindung steht, gehalten wird und der dem Schließ­ körper (8) gegenüberliegende Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) mit dem von der Pumpe P abschaltbaren Verbraucher (A) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) mit einem Druckventil (II) in Verbindung steht, das bei einem festlegbaren Steuerdruck den Steuerraum (21) des Haltekolbens mit dem Tank (T) verbindet.

2. Druckabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (12) des Steuerraumes (21) des Haltekolbens (4) mit dem Verbraucher (A) ein Drossel- bzw. Schließglied (14) angeordnet ist.

3. Druckabschaltventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zwischen Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) und Drossel- bzw. Schließglied (14) eine Verbindung (22) zur Pumpe (P) besteht und in dieser Verbindung ein in Richtung Pumpe schließendes Rückschlagventil (2) angeordnet ist.

4. Druckabschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen Pumpe (P) und Verbraucher (A) ein in Richtung der Pumpe schließendes Rückschlagventil (1) vorgesehen ist.

5. Druckabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (146) des den Steuerraum (21) des Haltekolbens (4) steuernden Druckventils (II) einen Betätigungskolbens (3) aufweist, der in Schließrichtung des Schließgliedes vom Steuerdruck des Halte­ kolbens beaufschlagt wird und in Gegenrichtung von einer festlegbaren Kraft.

6. Druckabschaltventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festlegbare Kraft eine einstellbare Druckfeder (11) ist.

7. Druckabschaltventil nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (146) des Druckventils (II) als Sitzkörper ausgebildet ist und dessen Betätigungskolben (3) an der Sitzseite (23a) des Schließgliedes befestigt ist und dessen außenliegende Seite (3a) von der Federkraft (11) beaufschlagt ist.

8. Druckabschaltventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (3) in einer Gehäusebohrung (24) geführt ist und eine den Federraum (13) mit einem zwischen Sitzkörper (146) und Betätigungskolben (3) liegenden Raum (25) verbindende Drossel­ nut (26) aufweist, wobei der Federraum mit dem Tank in Verbindung steht.

9. Druckabschaltventil nach Anspruch 1, daß der über eine Drosselstelle (5) mit der Pumpenseite (7a) in Verbindung stehende Steuerraum (20) des Hauptventils (HV) über eine Drosselstelle (6) mit dem zwischen Haltekolben (4) und Schließkörper (8) des Vorsteuerventils (I) liegenden Ventilraum (140) verbunden ist.

10. Druckabschaltventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsbewegung des Schließgliedes (146) des Druckventils (II) von einem Anschlagkörper (27) begrenzt ist.

11. Druckabschaltventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagkörper (27) Bestandteil des Schließgliedes (146) ist.

12. Druckabschaltventil, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Drosselstelle (14) kleiner ist als der Querschnitt der Drosselnut (26) im Betätigungskolben (3).