DE2336512C2

DE2336512C2 - Ventil

Info

Publication number: DE2336512C2
Application number: DE2336512A
Authority: DE
Inventors: Jan Olaf Birmingham Mich. Bergstedt; Kurt Roland Troy Mich. Lonnemo
Original assignee: Sperry Corp Troy Mich; Sperry Corp
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1985-04-11
Also published as: JPS5754673B2; IN140924B; SE393666B; DE2336512A1; FR2195763A1; AU467489B2; GB1434082A; JPS4952331A; FR2195763B1; CA982018A; US3785398A; IT996087B; AU5716873A

Description

Fig. 1 eine Druckbegrenzungsventilanordnung mit einem Hauptventil und dem Ventil als Vorsteuerventil;

F i g. 2 ein Druck-Zeit-Diagramm zur Darstellung des Verhaltens eines Ventils gemäß Erfindung;

Fi g. 3 die Ausbildung des Ventils als Steuerventil einer Verstellpumpe und

F i g. 4 das Ventil als Haupt-Druckbegrenzungsventil, schematisch.

Das Ventil nach Fig. 1 ist als Vorsteuer-Druckbegrenzungsventil verwendet und besitzt ein Gehäuse 10 mit einer Bohrung 12, in welcher ein Schieberkolben als VentiKcörper 14 im Gleitsitz gelagert ist und normalerweise durch eine Schließfeder 16 nach links gedrängt wird, die in einer Federkammer 28 sitzt Das linke Ende des VentUkörpers 14 ist dem (über eine Drossel geführten) Arbeitsdruck des hydraulischen Leistungsübertragungssystems ausgesetzt, der über ein Hauptventil 26 und einer Drossel einem Einlaß 20 zugeführt wird Die Schließfeder 16 hat in der gezeigten Stellung die maximale Ausdehnung, d. h. es wird eine verhältnismäßig geringe Kraft auf den Ventilkörper 14 ausgeübt, die beispielsweise 10% der Kraft beim Maximaldnv:k des Systems entspricht Im Betrieb des Ventils ist die Schließfeder 16 stärker zusammengedrückt

Ein typisches hydraulisches Leistungsübertragungssystem ist skizzenmäßig dargestellt und umfaßt eine druckkompensierte Verstellpumpe 22, welche die Hydraulikflüssigkeit über eine Förderleitung 24 dem Haupt-Druckbegrenzungsventil 26 und darüber hinaus einer Pumpenleitung 28 zuführt, von wo die Hydraulikflüssigkeit zum Verbraucher oder zu einer Steuereinrichtung des Leistungsübertragungssystems gelangt die in der Zeichnung nicht enthalten sind und jede geeignete Form haben können. Gewöhnlich arbeiten die Systeme, die mittels einer druckkompensierten Verstellpumpe versorgt werden, mit einem geschlossenen Kreislauf. Es versteht sich aber, daß für Flüssigkeitsverbrauchssysteme auch ein offener Kreislauf vorgesehen sein kann, wobei normalerweise eine Pumpe mit fester Verdrängung verwendet wird.

Das Hauptventil 26 weist — wie üblich — eine Steuerkammer 30 auf, die über eine Drossel mit der Zuführleitung 24 und über die Steuerverbindung 32 mit dem Einlaß 20 des Vorsteuerventils verbunden ist Wenn der Ventilkörper 14 sich in oder nahe der dargestellten linken Stellung befindet unterbricht ?r die Verbindung zwischen dem Einlaß 20 und einem Auslaß 34, so daß dcr gesamte, gerade herrschende, niedrige Arbeitsdruck auf das linke Ende des VentUkörpers 14 einwirkt

Obwohl das Vorsteuerventil 1 mit Schieberkolben als Ventilkörper 14 dargestellt ist, könnte es natürlich auch mit Ventilkegel ausgebildet sein.

Zum Zwecke der variablen Vorspannung der Schließfeder 16 ist ein mehrteiliges Federwiderlager vorgesehen, dessen angetriebenes Teil ein stiftartiger Federwiderlagerkolben 40 ist, dessen rechtes Ende unmittelbar dem Arbeitsdruck ausgesetzt ist, der von der Pumpenleitung 28 über eine Abzweigleitung 42 einem zweiten Einlaß 44 im Ventilgehäuse 10 zugeführt wird. Der Federwiderlagerkolben 40 ist in einem stopfenartigen, gehäusefesten Einsatz 48 geführt, der eine Querbohrung 46 als Arbeitsdruckkammer aufweist und einstellbar in einer Bohrung 50 des Ventilgehäuses 10 sitzt Hierzu weist der Einsatz ein Gewindeteil 52 und die Bohrung 50 ein Gewinde auf. Die eingestellte Lage des Einsatzes 48 bestimmt die Ausgangsvorspannung der Schließfeder 16. Die eingestellte La&sr wird mit einer Kontermutter 54 gesichert. Das linke, vom Einsatz 48 freigelassene Ende der Bohrung 50 bildet die Federkammer 18, die mit dem drucklosen Druckmittelbehälter über einen zweiten Auslaß 56 verbunden ist Der Einsatz 48 weist einen Innenraum 58 auf, der mit einem Dichtungsstück 60 verschlossen ist, welches gleichzeitig als Führung für ein stiftartiges Zwischenglied 62 dient das zur Kraftübertragung auf die Schließfeder 16 dient Im Innenraum 58 ist ein Stoßdämpferkolben 64 geführt und dient zur mechanischen Übertragung der Bewegung des Federwiderlagerkolbens 40 auf das Zwischenglied 62. Eine Drossel 66 in einer Längsbohrung des Stoßdämpferkolbens 64 verbindet dessen beide Seiten, gegebenenfalls ist noch ein parallel geschaltetes Rückschlagventil 68 vorgesehen. Eine gesonderte Rückholfeder 72 im Innenraum 58 des Einsatzes 48 drückt die Teile 64 und 40 von rechts, wenn der Arbeitsdruck dies erlaubt Das rechte Ende des Innenraums 58 ist über eine Querbohrung 70 und den Spielraum zwischen der Bohrungswand 50 und dem Einsatz 48 mit dem Auslaß 56 verbunden. Der Einsatz 48 ist zum zweiten Einlaß 44 hin ?bgedichtet, wo die Querbohrungder Arbeitsdn.ickkartirf.er 46 liegt

Wenn sich der Arbeitsdruck im Betrieb über den angenommenen 10%-Wert des Maximaldrucks erhöht wird die Schließfeder 16 den entgegengesetzten Kräften des Ventilkörpers 14 und des Federwiderlagerkolbens 40 ausgesetzt Beide Kräfte stammen vom Arbeitsdruck, so daß es hinsichtlich der Größe der Kraft auf den jeweiligen Wirkquerschnitt ankommt Da der Federwiderlagerkolben 40 einen etwas größeren Durchmesser hat als der Ventilkörper 14, wird das rechte Ende der Schließfeder 16 nach links verschoben, und der Ventilkörper 14 kann sich nicht in die Öffnungsstellung bewegen, solange der Federwiderlagerkolben 40, der Stoßdämpferkolben 64 und das Zwischenglied 62 sich nicht nach links auf Anschlag bewegt haben. Der Hub bis zum Anschlag \siso gewählt, daß die Schließfeder 16 auf den Wert vorgespannt wird, der notwendig ist, um den Entwurfs- oder Maximaldruck aufrechtzuerhalten. Darüberliegende Pumpendrücke verschieben den Ventilkörper 14 nach rechts, der in bekannter Weise als Vorste:;er-Druckbegrenzungsventil wirkt. Dies gilt dann, wenn die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Leistungsübertragungssystem klein ist.

Wegen der Drossel 66 des Stoßdämpferkolbens 64 ist keine hohe Verschiebungsgeschwindigkcit des Fcderwiderlagers 40/64/62 nach links möglich. Daher wird bei einem plötzlichen Druckanstieg im System die Verschiebungsgeschwindigkeit des Federwiderlagers 40/62/62 nach links durch den Stoßdämpferkolben 64 ausreichend niedrig gehalten, so daß der Ventilkörper 14 bereits bei einen: Druckpegel öffnet, der unter dem Entwurfs- oder Maximaldruck liegt. Im weiteren Verlauf wird der Ansprechwert des Ventils 1 durch die Geschwindigkeit der Verschiebung des Federwiderlagers 40/64/62 nach links bestimmt. Diese Geschwindigkeit hängt wiederum von der Querschnittsfiäche des Stoßdämpferkolbens 64 und der Weite der Drossel 66 ab. Wenn der Arbeitsdruck erneut unter den festgelegten Maximaldruck abi inkt, bewegt die gesonderte Rückho!- feder 72 dip beiden Teile 64 und 40 in Richtung ihrer in F i g. 1 dargestellten Ruhelage, und zwar ziemlich rasch, wenn das Rückschlagventil 68 eingebaut ist (sonst wegen der Drossel 66 entsprechend langsam).

In Fig. 2 wird die Betriebsweise verdeutlicht. Anfänglich herrscht ei,: Arbeitsdruck 73. Wenn beispielsweise ein Umschaltvorgang im hydraulischen System zu einem Druckanstieg mit einer hohen Geschwindigkeit führt, wie mit der gestrichelten Linie 74 dargestellt, so

würde der festgelegte Maximaldruck 75 rasch überschritten und danach Druckschwankungen im hydraulischen System entstehen, deren Spitzenwert 76 sehr hoch sein kann. Hier hilft jedoch der erniedrigte Ansprechwert 78 bei dem erhöhten Druckanstieg 74, d. h. das Ventil 1 wird bereits bei einem Druckpegel geöffnet, der nur um einen kleinen Betrag über dem kurz zuvor herrschenden Arbeitsdruck 73 liegt. Zwar werden noch Druckschwankungen 80 entstehen, diese liegen jedoch unter dem festgelegten Maximaldruck 75. Mit der Ver-Schiebung des Federwiderlagers nimmt der Ansprechwert des Ventils I entsprechend der Neigung der Kurve 82 zu, und demgemäß nimmt auch der begrenzte Arbeitsdruck zu, bis der Maximaldruck 75 erreicht ist. Statt der Kurve 74/76 wird also die Kurve 82 durchfahren.

Bei dem Ventil in der vorgeschlagenen Ausbildung müssen nicht extrem kleine Drosseln verwendet werden, die mit wiederholbarer Präzision sehr teuer in der Hersiciiüiig sind. Wegen der großen Querschnitisfiäche des Stoßdämpferkolbens 64 im Verhältnis zu dem kleineren Federwiderlagerkolben 40 wird eine beträchtliche Flüssigkeitsverdrängung im Innenraum 58 erzeugt, und dies wiederum ermöglicht es, eine Madenschraube mit Bohrung für die Drossel 66 zu verwenden, deren Weite genügend groß ist, um leicht und genau hergestellt werden zu können. Es ist auch möglich, auf die gesonderte Feder 72 zu verzichten und dementsprechend der Schließfeder 16 allein die Rückstellung zu übertragen.

F i g. 3 zeigt die Vcwendung des Ventils 1 zu Druckkompensationszwecken, d. h. als Steuerventil der Verstellpumpe 22. Die Förderleitung 24 führt zu den beiden Einlassen 20, 44. Vom Auslaß 34 führt eine Impulsleitung 35 zum Stellglied der Verstellpumpe 22. Der Auslaß ist wiederum bei 56 dargestellt. Der Ventilkörper 14 wird als Dreiwegeventil verwendet. In der dargestellten Lage ist der Arbeitsdruck durch einen Bund des Ventilkörpers 14 vom Auslaß 34 und damit der Impulsleitung 35 abgesperrt, so daß diese über den Kanal 36 mit dem drucklosen Auslaß 56 verbunden ist. Wenn das Ventil 1 angesprochen hat, verbindet es den Einlaß 20 mit dem Auslaß 34, so daß die Impulsleitung 35 den Arbeitsdruck führt während der Bund den Kanal 36 absperrt. Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 2 besprochen, zeigt das Regelverhalten des neuen Ventils 1 nur schwache Überschwingvorgänge.

Wenn der Ventilkörper 14 sachgerecht abgewandelt wird, läßt sich das neue Ventil 1 grundsätzlich auch zur direkten Absteuerung der überschüssigen Druckmittelmenge aus der Pumpenleitung 28 in den Rücklauf 34 verwenden. Dieser Fall ist in F i g. 4 skizziert Die Anwendung als Vorsteuerventil wird jedoch bevorzugt da sich auf diese Weise das beste Regelverhalten erzielen läßt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

85

Claims

1 2 re ein Druckbegrenzungsventil, dessen Ansprechwert Patentansprüche: im Bereich des festlegbaren Maximaldruckes von der Geschwindigkeit des Druckanstieges in einem hydrauli-

1. Ventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil, sehen Leistungsübertragungssystem abhängt und die dessen Ansprechwert im Bereich des festlegbaren 5 Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Maximaldrucks von der Geschwindigkeit des Der Sinn eines derartigen Ansprechverhaltens beDruckanstiegs in einem hydraulischen Leistungs- steht darin, daß Oberschwingvorgänge über den festgeübertragungssystem abhängt und folgende Merk- legten Maximaldruck vermieden werden sollen. Die male aufweist: ein Gehäuse (10) weist einen Innen- Druckanstiegsgeschwindigkeit ist ein Maß für den raum (12,50) mit im Abstand voneinander angeord- 10 Druckstoß, der zu einer Druckspitze oberhalb des festnetem Einlaß (20) und Auslaß (34) auf; in dem Innen- gelegten Maximaldruckes führt, denn jedes Druckberaum (12,50) ist ein Ventilkörper (14) verschieblich grenzungsventil ist mit einer Ansprechverzögerung beangeordnet und wird an seiner druckbeaufschlagten haftet, so daß, wenn der Druck schnell ansteigt eine Fläche durch den Arbeitsdruck im Einlaß (20) in Off- höhere Druckspitze im System zu erwarten ist als im Dungsrichtung gedrängt; eine Schließfeder (16) wirkt 15 Falle eines langsameren Druckanstiegs. Mit einer Herauf den Ventilkörper (14) entgegen dem Arbeits- absetzung der Spannung der Schließfeder des Ventils druck im Einlaß (20); ein Federwiderlagerkolben (40) und damit des Ansprechwertes bei hohem Arbeitsfür die Schließfeder (16) weist eine vom Arbeits- druckanstieg läßt sich das erwünschte Verhalten erziedruck druckbeaufschlagte Fläche auf, die größer ist len.

als die drucfctoeaufschlagte Fläche des Ventilkörpers 20 Bei einem bekannten gattungsgemäßen Ventil (GB-(14), und drängt bei hohen statischen Arbeitsdrücken PS 11 76 530) besteht das Federwideriager aus einem mit hohen Stützkräften und bei niedrigen statischen Kolben, auf dessen einen, drucklosen Seite die Schließ-Arbeitsdrücken mit niedrigen Stützkräften gegen feder des Ventilkörpers angeordnet ist, während mit der die Schließfeder (16), wobei eine Drossel (66) zur anderen, druckbeaufschlagten Seite eine variable Dros-Verzögerung der Verschiebung eines Federwideria- 25 sei verbunden ist, welche dafür sorgt, daß bei ansteigengers (62,64) vorgesehen ist, das ein Teil des Federwi- den Arbeitsdrücken die hydraulischen Stützkräfte des derlagerkolbens bildet, dadurch gekenn- Kolbens mit Verzögtmng zunehmen. Zur Bildung der zeichnet, daß der Federwiderlagerkolben (40) variablen Drossel weist der Kolben einen keilförmigen unmittelbar vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist und Ringspalt zu der Bohrungswandung und darin eine feine einen mit diesem verbundenen Stoßdämpferkolben 30 Bohrung auf, worüber der Arbeitsdruck zugeführt wird. (64) aufweist, 1er gegenüber dem Federwiderlager- Eine derartige variable Drossel muß sehr fein sein und kolben (40) eine größere Querschnittsfläche auf- ist deshalb relativ teuer in der Herstellung und verweist und in einem gehäusefesten Innenraum (58) schleißempfindlich im Betrieb, denn sie muß die sehr geführt ist, wobei die Drossel (66V die beiden Seiten geringen Mengen an Druckflüssigkeit dämpfen, die bei des Stoßdämpferkolbens (64) miteinander verbindet. 35 ansteigendem Arbeitsdruck dem Federwiderlager zu-

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- fließen. Die Drosselwirkung hängt ferner von der jeweinet, daß in dem gehäusefesten Innenraum (58) eine ligen Stellung des Kolbens ab.

gesonderte Rückholfeder (72) vorgesehen ist, die Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, daß das Ventil

den Stoßdämpferkolben (64) in Anlage an den Fe- über einen längeren Betriebszeitraun: zuverlässig arbei-

derwiderlagerkolben (40) drängt 40 tet und eine von der jeweiligen Betriebsstellung unab-

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- hängige Wirkung hinsichtlich seiner Werte bei raschen zeichnet, daß der Federwiderlagerkolben (40) und Druckanstiegen besitzt, durch das in Anspruch 1 gedas Federwiderlager (62,64) sowie der gehäusefeste kennzeichnete Ventil gelöst.

Innenraum (58) durch einen Einsatz (48) im Gehäuse Bei dem Ventil nach der Erfindung wird eine Bewe-

(10) gebildet sind. 45 gungsdämpfung der Kolben mit einem relativ großen

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- Olvolumen vorgenommen, das sich aus der kleinen zunet, daß der gehäusefeste Innenraum (58) des Ein- rückgelegten Strecke des Federwiderlagerkoibens muisatzes (48) durch ein Dichtungsstück (60) verschlos- tipliziert mit der großen Fläche des Stoßdämpferkolsen ist, welches die max. Ausdehnung der Schließfe- bens ergibt, d. h. bei Druckstößen wird dieses größere der (16) begrenzt und als Führung eines Zwischen- 50 Olvolumen verschoben und durch die Drossel gedruckt, gliedes (62) ausgebildet ist, welches die Schließfeder Deshalb kann bei gleicher Dämpfungswirkung eine grö-(16) mit dem Stoßdämpferkolben (64) sowie dem ße:e Drosselbohrung und damit eine unempfindlichere Federlagerkolben (40) verbindet. Drossel verwendet werden. Bei der Ausführung als

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- Druckbegrenzungsventil sind ein (statischer) Maximaizeichnet, daß der Einsatz (48) in Achsrichtung der 55 druck und ein niedriger (dynamischer) Ansprechwert Schließfeder (16) verstell- und festlegbar (Konter- vorgesehen. Bei Druckstößen schaltet das Ventil vorzeimutter54) ist. tig auf Ableitung von Druckflüssigkeit, da in diesem Fall

6. Verwendung des Ventils nach einem der An- das Federwiderlager noch in seinsr Stellung für relativ Sprüche 1 bis 5 als Vorsteuer-Druckbegrenzungs- niedrige Stützkräfte verharrt. Wenn die Druckanstiegsventil. 60 geschwindigkeit gering ist, spricht das Druckbegren-

7. Verwendung des Ventils nach einem der An- zungsventil bei seinem festgelegten Maximaldruck an.
Sprüche 1 bis 5 als Steuerventil einer Verstellpumpe Das Ventil kann als Vorsteuerventil eines Haupt-(22). Druckbegrenzungsventils verwendet und entsprechend

ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, das Ventil als

65 Steuerventil einer Verstellpumpe zu verwenden, wenn

der Ventilkörper als Dreiwegeventil ausgestaltet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesonde- der Zeichnung beschrieben. Es zeigt