DE4004931A1 - Druckabschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckabschaltventil, und zwar insbesondere auf ein vorgesteuertes Druckabschaltventil. Speziell bezieht sich die Erfindung auf das Vorsteuerventil eines Druckabschaltventils. Die Erfindung bezieht sich ferner aber auch ganz allgemein auf ein hydraulisches Ventil sowie eine hydraulische Vorrichtung zum Überwachen einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und einem Vorratsbehälter.

Aus der DE-OS 30 34 467 ist bereits ein vorgesteuertes Druck­ abschaltventil bekannt, welches aus einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil besteht. Dieses vorgesteuerte Druckab­ schaltventil wird in einer hydraulischen Vorrichtung zur Überwachung einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und einem Vorratsbehälter eingesetzt.

Zusätzlich sei zum Stand der Technik auf die Mannesmann Rexroth-Druckschrift RB 26 410 verwiesen, wobei auf diesen Stand der Technik bereits in der Beschreibungseinleitung der DE-OS 30 34 467 eingegangen ist. Nach der zuletzt genannten OS soll eine Vorrichtung geschaffen werden, welche ein sicheres Zu- und Abschalten eines Speichers ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Ventilglied des Vorsteuerventils als gestufter Kolben ausgebildet und es werden ferner zwei zusätzliche mittlere Steuerkolben vorgesehen, die mit Steuerkanten eines das Ventilglied aufnehmenden Ventilgehäuses zusammenwirken. Gemäß einer speziellen Ausbildung sind ein Rückschlagventil, das Umschaltventil, das Vorsteuerventil und eine Drosselstelle in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Was die Funktion eines Druckabschaltventils anlangt, so wird ein exaktes Einhalten des Abschaltpunktes und des Einschaltpunktes für den zu ladenden Speicher gewünscht. Ferner soll bei drucklosem Umlauf der Pumpe ein möglichst geringer Umlaufdruck insbesondere aus Gründen der Energieeinsparung auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil und zwar insbesondere ein Druckabschaltventil, speziell zur Überwachung einer Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle (Pumpe) und einem Speicher, derart vor­ zusehen, daß beim Schalten auf drucklosen Umlauf (Abschalt­ punkt) möglichst niedrige Tankdruckspitzen und ein schlag­ freies Abschalten erhalten wird, wobei aber der Pumpenum­ laufdruck trotzdem relativ klein bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Düse vor, die das beim schlagfreien Abschalten vom Hauptkolben des Hauptventils verdrängte, zum Tank geführte Hubvolumen an Druckmedium drosselt. Erfindungsgemäß wird diese Düse optimal bezüglich des Abschaltschlages ausgelegt, um so ein langsames Öffnen des Hauptkolbens zu erreichen.

Bei der aus der DE-OS 30 34 467 bekannten Ventilkonstruktion wird das Hubvolumen des Hauptkolbens bei der Schaltung auf drucklosen Umlauf über die Stirnfläche des Vorsteuerkolbens über einen Kanal zum Tank abgeführt. Würde man - wie gemäß der Erfindung vorgesehen - zum Verzögern der Öffnungsge­ schwindigkeit des Hauptkolbens (um ein weiches Abschalten zu erreichen) eine Düse installieren, so müßte diese in dem zum Tank führenden Kanal vorgesehen werden. Eine solche Düse würde aber gleichzeitig die Schaltgeschwindigkeit des Vorsteuerkolbens beeinflussen, was zu einem unterschiedlichen Abschaltdruck bei verschiedenen Pumpenvolumenströmen führt. Da gemäß der Erfindung der Tank nicht mit der Stirnfläche des Steuerkolbens verbunden ist, tritt dieser nachteilige Effekt bei der Erfindung nicht auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt ferner insbesondere auch zusammen mit der bereits oben genannten Aufgabenstellung das Problem zugrunde, bei einem Ventil mit einem Kolben sowie einem an diesen anliegenden Federteller Querkräfte, und somit Reibkräfte, am Kolben zu vermeiden, so daß insbesondere bei einem Druckabschaltventil der Abschaltdruck relativ exakt eingehalten werden kann. Querkräfte können beispielsweise durch schräge Federenden einer am Federteller anliegenden Feder hervorgerufen werden.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieses Problems bei einem Ventil, und zwar insbesondere einem Druckabschaltventil, ein hydraulisches Polster zwischen dem Kolben und dem Federteller vor. Auf diese Weise werden Querkräfte, hervorgerufen durch schräge Federenden, durch das hydraulische Polster zwischen Kolben und Federteller und durch die Lage des Druckfeldes (Federteller schräg) weitgehend kompensiert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bildet der Ventilkolben gleichzeitig mit dem Federteller ein Druckventil.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Vorsteuerventil insbesondere für ein Druckabschaltventil vorgesehen, wobei das Vorsteuerventil aus einem einteiligen Stufenkolben als Schaltorgan besteht, wohingegen bei einem bekannten Druckabschalt-Vorsteuerventil ein zweiteiliges Schaltorgan, bestehend aus Vorsteuerkegel und Entlastungs­ kolben, erforderlich ist.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der einzigen Figur, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils in der Form eines vorgesteuerten Druckabschaltventils schematisch dargestellt ist, und zwar das Vorsteuerventil im Längsschnitt.

Das erfindungsgemäße vorgesteuerte Druckabschaltventil 30 ist zwischen einer Pumpe 31 und einem Speicher 34 geschaltet, um beim Laden des Speichers 34 ein exaktes Einhalten des Abschalt- und Einschaltpunktes zu erreichen. Wenn der Speicher 34 aufgeladen und der Abschaltpunkt erreicht ist, wird die Pumpe 31 auf drucklosen Umlauf zum Tank 36 geschaltet, oder aber die Pumpe kann, ähnlich wie in Fig. 1 der DE-OS 30 34 467 gezeigt, über ein Ventil irgendeinen Verbraucher beliefern. Andererseits steht der Speicher 34 über eine Leitung 37 mit einem zum Tank 36 führenden Druckbegrenzungsventil 27 sowie über ein Wegeventil 28 mit einer Leitung 29 in Verbindung die zu einem mit Druck zu beliefernden System führt.

Im einzelnen geht von der Pumpe 31 eine Leitung 32 aus, die sich an einem Verzweigungspunkt 41 verzweigt, und zwar in eine Leitung 39, die über einen Verzweigungspunkt 42 zu einem Rückschlagventil 40 führt, welches seinerseits mit einer Leitung 33 verbunden ist, die zum einen mit dem Speicher 34 in Verbindung steht und zum anderen sich in der Leitung 37 fortsetzt.

Die andere mit 38 bezeichnete, vom Verzweigungspunkt 41 ausgehende Leitung führt zum Anschluß A eines vorzugsweise als Hauptkolbeneinsatz ausgebildeten Hauptventils 48. Ein Anschluß B des Hauptventils 48 steht über eine Leitung 35 mit dem Tank 36 in Verbindung. Alternativ kann die Leitung 35 auch, ähnlich wie in Fig. 1 der DE-OS 30 34 467 gezeigt, über ein Ventil mit einem anderen Verbraucher in Verbindung stehen.

Das Hauptventil 48 besitzt einen Hauptventilkolben 49, der durch eine in einen Federraum 58 angeordnete Feder 50 in seine Schließstellung vorgespannt ist.

Im folgenden sei nun das erfindungsgemäße Vorsteuerventil 47 erläutert, welches ein Ventilgehäuse 52 mit einer darin ausgebildeten entlang einer Längsachse verlaufenden Längsbohrung 53 aufweist. Die Längsbohrung 53 bildet mehrere unterschiedliche Durchmesser aufweisende Längsbohrungsteile 54 (mit dem Durchmesser D), 55 (mit dem Durchmesser d) und 56 (mit einem größeren Durchmesser als D). Dabei entsteht eine Stufe 68. An ihrem einen Ende ist die Längsbohrung 53 durch einen Teil des Gehäuses 52 fest verschlossen, während entgegengesetzt dazu ein Einstellstopfen 57 eingeschraubt ist, der zur Einstellung der Vorspannkraft einer Feder 70 dient.

In der Längsbohrung 53 sitzt hin- und herbeweglich ein als Stufenkolben ausgebildeter Steuerkolben 60, der mehrere unter­ schiedliche Durchmesser aufweisende Kolbenabschnitte besitzt. Ein Kolbenabschnitt 61 besitzt den kleinsten Durchmesser, während der daran anschließende Kolbenabschnitt 62 den größten Durchmesser D besitzt. Der daran anschließende Kolbenabschnitt 63 besitzt einen Durchmesser mit einer Größe, die unter dem Durchmesser d des nächstfolgenden Kolbenabschnitts 64 liegt. Dabei wird eine Steuerkante 78 gebildet.

Im Bereich des Kolbenabschnitts 63 ist eine (oder auch mehrere) Querbohrung 67 ausgebildet, die mit dem Raum in Verbindung steht, der zwischen dem Außenumfang des Kolbenabschnitts 63 und dem Innenumfang des Gehäuses gebildet wird. Die Querbohrung 67 steht über eine Längsbohrung 66 mit einer zu einem Federteller 71 hinweisenden Stirnseite in Verbindung.

Der Federteller 71 wird durch die bereits erwähnte Feder 70 gegen die Stirnseite des Steuerkolbens 60 gedrückt, so daß dieser bei nichtangeschlossenem Druckmittel mit seinem Kolbenabschnitt 61 am Gehäuse anliegt. Der Federteller 71 bildet eine praktisch kegelförmige Schrägfläche 72, mit der er an der bei 65 abgerundeten Stirnseite des Steuerkolbens 60 anliegt. Zwischen der Kolbenstirnseite und der von der Feder weg weisenden kegelförmigen Schrägfläche 72 wird ein Druckmittelraum 74 definiert, in dem ein hydraulisches Polster zwischen dem Steuerkolben 60 und dem Federteller 71 erzeugt werden kann. Der Durchmesser der Anlagefläche des Federtellers 71 am Steuerkolben 60 ist mit d_F bezeichnet. Es ist klar, daß durch Herein- oder Herausdrehen des Einstellstopfens 57 die Kraft eingestellt werden kann, mit der die Feder 70 gegen den Steuerkolben 60 drückt. Auf diese Weise kann der Schaltpunkt verstellt werden.

Der um den Kolbenabschnitt 61 herum gebildete Raum sei als Steuerraum 83 bezeichnet, der um die Feder herum angeordnete Raum sei als Feder- oder Tankraum 84 bezeichnet und der um den Kolbenabschnitt 63 herum angeordnete Raum sei als Schaltraum 85 bezeichnet.

Im Ventilgehäuse 52 sind Anschlüsse B, P, A, T sowie 73 ausgebildet.

Mit dem Anschluß B ist über die Steuerleitung 45 und die Leitung 33 der Speicher 34 verbunden. Mit dem Anschluß P ist der Verbindungspunkt 42 und damit die Pumpe 31 über Leitung 43 sowie Düse 77 verbunden. Der Anschluß A steht über eine Steuerleitung 51 mit dem Federraum 58 des Hauptventils 48 in Verbindung. Der Tankanschluß T steht über eine Düse 80 und eine Leitung 81 mit dem Tank 36 in Verbindung. Der vom Federraum 84 kommende Anschluß 73 steht schließlich über eine Leitung 82 mit dem Tank 36 in Verbindung.

In der Figur ist der Einschaltzustand des vorgesteuerten Druckabschaltventils 30 dargestellt. In diesem Zustand liefert die Pumpe 31 Druckmedium, vorzugsweise Öl, an den Speicher 34 und lädt diesen auf. Der im Speicher 34 sich aufbauende Druck wirkt über Leitung 45 im Steuerraum 83. Gleichzeitig steht die Pumpe über Düse 77 sowie Schaltraum 85 und über Anschluß A und Leitung 51 mit dem Federraum 58 in Verbindung, so daß das Hauptventil 48 geschlossen ist und die Pumpe 31 nicht mit Tank 36 verbindet.

Der Abschaltdruck wird durch den Kolbendurchmesser d und die eingestellte Kraft der Feder 70 bestimmt. Bei Erreichen des Abschaltdruckes wird der als Stufenkolben ausgebildete Steuerkolben 60 nach rechts entgegen der Kraft der Feder 70 verschoben. Dabei wird der Federraum 58 des Hauptventils 48 von der zuvor vorhandenen pumpenseitigen Verbindung (P-A) gesperrt und statt dessen über den Schaltraum 85 und den Tankanschluß T, sowie über die Düse 80 mit dem Tank 36 verbunden. Gleichzeitig wird auch die Ringfläche D-d des Stufenkolbens 60 zum Tank entlastet und damit die Fläche D des Stufenkolbens 60 wirksam und infolgedessen das Durchschalten des Stufenkolbens 60 gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird das vom Hauptkolben 49 verdrängte Volumen über die Düse 80 gedrosselt und somit die Öffnungsgeschwin­ digkeit des Hauptkolbens verzögert, um so einen weichen Abschaltvorgang zu erhalten.

Durch die erfindungsgemäß angeordnete Düse 80 wird der Umlaufdruck der Pumpe 31 nicht erhöht, da der Steuerölzulauf vom Anschluß oder der Seite A des Hauptventils 48 zum Federraum 58 des Hauptkolbens unterbrochen ist.

Erfindungsgemäß ist es möglich, Öffnungszeit und Schließzeit des Hauptkolbens 49 unabhängig voneinander entsprechend den Einstellungen der Düsen 77 und 80 zu bestimmen.

Sobald der drucklose Umlauf erreicht ist, wirkt die Kolbenfläche entsprechend dem Durchmesser D als Meßfläche. Entsprechend der größeren Fläche des Kolbendurchmessers D gegenüber dem Durchmesser d muß sich der Speicherdruck verringern, um den nächsten Ladevorgang des Speichers 34 einzuleiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet der Federteller 71 mit seinem Sitzdurchmesser d_F zusammen mit den Kanälen in Form von Längsbohrung 66 und Querbohrung 67 ein Druckbegrenzungsventil. Dies dient als zusätzliche Sicher­ heitsfunktion, um bei eventuell manuellem Blockieren des Kolbens 60 den maximalen Pumpendruck zu begrenzen. Durch das sich im Druckmittelraum 74 zwischen Steuerkolben 60 und Federteller 71 bildende hydraulische Polster werden beispiels­ weise durch schräge Federenden hervorgerufene Querkräfte weitgehend kompensiert. Dadurch wird der Abschaltdruckpunkt relativ exakt eingehalten.

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand eines vorgesteuerten Druckabschaltventils beschrieben wurde, so sei doch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei anderen Ventilen eingesetzt werden können.

Claims (15)

1. Vorgesteuertes Druckabschaltventil (30) mit einem Vorsteuerventil (47) und einem Hauptventil (48), vorzugsweise zum Ein- und Abschalten eines Ladevorgangs eines hydraulischen Speichers (34), dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen des Hauptkolbens (49) des Hauptventils (48) bei der Schaltung auf drucklosen Umlauf über eine Düse (80) zum Tank (36) abgeführt wird.

2. Druckabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (80) mit dem Tankanschluß (T) des Vorsteuerventils (47) verbunden ist.

3. Druckabschaltventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankanschluß (T) radial zur Längsachse des Vorsteuerventils (47) angeordnet ist.

4. Druckabschaltventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Anschlüsse (B, P, A, T) des Vorsteuerventils (47) radial und senkrecht zur Längsachse des Vorsteuerventils (47) verlaufend angeordnet sind.

5. Druckabschaltventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenanschluß (P) des Vorsteuerventils (47) und der Pumpe (31) eine Düse (77) vorgesehen ist, so daß Öffnungs- und Schließzeit des Hauptkolbens (49) unabhängig voneinander entsprechend den Düsen (77) und (80) bestimmbar sind.

6. Ventil, insbesondere Vorsteuerventil, insbesondere für ein Druckabschaltventil mit einem Gehäuse und einem darin hin- und herbewegbar angeordneten Steuerkolben (60), der durch eine Feder (70) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet ist, daß die Feder über einen Federteller (71) gegen den Kolben (60) drückt und zwischen der Kolbenstirnseite und dem Federteller ein hydraulisches Kissen vorsieht.

7. Ventil, insbesondere Vorsteuerventil, insbesondere für ein Abschaltventil, mit einem Gehäuse, in dem ein Steuerkolben hin- und herbewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerkolben zusammen mit einem durch eine Feder (70) angedrückten Federteller (71) ein Druckventil bildet.

8. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuer­ kolben (60) und dem Federteller ein hydraulisches Polster zur Kompensation von Querkräften gebildet ist.

9. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (60) gleichzeitig mit dem Federteller (71) ein Druckventil bil­ det.

10. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (60) ein einteiliger Stufenkolben ist.

11. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben Kanäle (66, 67) ausgebildet sind, um so zusammen mit dem Federteller (71) und dessen Sitzdurchmesser (d_F) ein Druckbegrenzungsventil als zusätzliche Sicherheitsfunktion zu bilden.

12. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (62) zusammen mit dem Gehäuse (52) drei Räume (83, 85, 84) bil­ det, und daß Anschlüsse (B, P, A, T und 73) quer zur Bewe­ gungsrichtung des Steuerkolbens verlaufend im Gehäuse (52) vorgesehen sind.

13. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (60) vier Kolbenabschnitte (61-64) mit unterschiedlichem Durch­ messer bildet, und um so Steuerkanten vorzusehen.

14. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Federteller (71) hinweisende Stirnseite des Steuerkolbens (60) abgerundet ist, und daß der Federteller zur Anlage am Steuerkolben eine Schrägfläche (72) aufweist.

15. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche insbesondere Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tankleitung eine Drossel (80) vorgesehen ist.