DE4335086C1 - Ventil mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Lösen des Ventilschiebers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilschieber und einer Sicherheitsvorrichtung zum Lösen des Ventilschiebers im Falle des Hängenbleibens oder Verklemmens, wobei die Sicherheitsvorrichtung ein in Eingriff mit dem Ventilschieber bringbares Wirkelement aufweist.

Aus der DE 32 46 298 C2 ist ein gattungsgemäßes Ventil bekannt, das als Schaltventil ausgebildet ist. Das stößelförmige Wirkelelement der Sicherheitsvorrichtung wird bei betätigtem Ventil durch den Magnetanker eines Elektromagneten entgegen der Kraft einer Feder vorgespannt. Durch die Wirkung der Feder wird bei Entregung des Elektromagneten der mit dem Magnetanker verbundene Stößel gegen den kolbenförmigen Schieber des Wegeventils geschlagen, wodurch eine Verklemmung oder ein Anhaften des Ventilschiebers gelöst wird. Insbesondere bei großen Ventilen mit hohen Betätigungskräften ist zur sicheren Funktion des Wirkelements eine hohe Vorspannkraft erforderlich, die nur durch einen dementsprechend groß dimensionierten und daher teueren Elektromagneten aufgebracht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Ventil der eingangs genannten Art hohe Vorspannkräfte mit geringem baulichen Aufwand zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wirkelement in Wirkrichtung durch Federkraft und entgegen der Wirkrichtung hydraulisch beaufschlagbar ist.

Durch die hydraulische Beaufschlagung des Wirkelements lassen sich in der Praxis große Vorspannkräfte mit nur geringem Aufwand hinsichtlich der Ventilbauweise erzeugen. Infolgedessen kann eine Feder mit großer Federkraft verwendet werden, wodurch die Sicherheit gegen Hängenbleiben des Ventilschiebers gegenüber den bekannten Ventilen des Standes der Technik erheblich erhöht wird. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils genügt es, den ohnehin vorhandenen hydraulischen Druck anzuzapfen und eine dementsprechend dimensionierte Wirkfläche damit zu beaufschlagen, um ein hohes Kraftniveau für das Wirkelement der Sicherheitsvorrichtung zu erreichen. Die Erfindung ist anwendbar sowohl für Längsschieber- als auch für Drehschieberventile mit elektrischer, mechanischer oder hydraulischer Betätigung.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch gelöst, daß das Wirkelement in Wirkrichtung hydraulisch beaufschlagbar ist. Hierbei handelt es sich also um die Umkehr des erfindungsgemäßen Prinzips, wobei dann beispielsweise ein in einer hydraulischen Anlage vorhandener Druckspeicher oder eine ständig in Betrieb befindliche Pumpe zur Erzeugung des Druckes dient, mit dem das Wirkelement beaufschlagt und in Eingriff mit dem Ventilschieber gebracht wird. Um das Wirkelement bei betätigtem Ventil in einer definierten Position zu halten, ist es zweckmäßig, wenn das Wirkelement durch Federkraft entgegen der Wirkrichtung beaufschlagbar ist.

Gemäß einer bei beiden erfindungsgemäßen Ventilarten (Ventile, bei denen das Wirkelement durch Federkraft in Wirkrichtung beaufschlagbar ist und Ventile, bei denen das Wirkelement durch hydraulischen Druck in Wirkrichtung beaufschlagbar ist) anwendbaren, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei der der Ventilschieber als elektromagnetisch betätigbarer Längsschieber und das Wirkelement als koaxial dazu angeordneter Kolben ausgebildet ist und wobei das Ventil mittelbar oder unmittelbar durch einen Sollwertgeber ansteuerbar ist, wird vorgeschlagen, daß der Kolben eine Wirkfläche aufweist, die mit dem in einer hydraulischen Signalleitung geführten Druck beaufschlagbar ist, und daß der Sollwertgeber in Wirkverbindung mit einem den Druck in der Signalleitung bestimmenden, elektromagnetisch betätigbaren Signalgeber steht. Sowohl bei Störungsfällen in der Stromversorgung oder der hydraulischen Energieversorgung des Ventils als auch beim Hängenbleiben des Längsschiebers ist die in dem erfindungsgemäßen Ventil vorgesehene Sicherheitsvorrichtung stets funktionsbereit.

Besonders günstig ist es bei einem Ventil der zuerst beschriebenen Art (Wirkelement durch Federkraft in Wirkrichtung beaufschlagbar), wenn das Ventil als Druckregelventil, insbesondere als Proportional-Druckminderventil zur Steuerung der Übersetzung in einem hydrostatischen Fahrantrieb mit geschlossenem Kreislauf ausgebildet und die Signalleitung an eine Speisedruckleitung des Fahrantriebs angeschlossen ist, wobei als Signalgeber ein Druckentlastungsventil, insbesondere ein Druckentlastungsventil in Sitzventilbauweise vorgesehen ist, das bei stromlosem Elektromagneten die Signalleitung mit einer drucklosen Leitung verbindet. Dadurch wird ein sicheres Abbremsen und Stillsetzen eines mit einem hydrostatischen Fahrantrieb ausgestatteten Fahrzeugs bei Störfällen erreicht und zudem ein unbeabsichtigtes Losfahren verhindert.

Eine darauf basierende Ausgestaltung sieht vor, daß das Ventil eingangsseitig an die Speisedruckleitung angeschlossen ist und die Sicherheitseinrichtung ein integriertes Ventil aufweist, das eine bei entspanntem Kolben ausgangsseitig wirksame Drossel enthält. Dadurch wird beim Abbremsen und Stillsetzen des Fahrantriebs eine definierte Bremsverzögerung herbeigeführt. Hingegen kann bei bei normalem Fahrbetrieb der Fahrantrieb schnell und ungedämpft betrieben werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Schaltplan eines mit erfindungsgemäßen Ventilen ausgestatteten hydrostatischen Fahrantriebs,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Variante des erfindungsgemäßen Ventils,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Ventil nach Fig. 3 und

Fig. 5 einen Schnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Druckentlastungsventil.

Ein hydrostatischer Fahrantrieb weist eine im Fördervolumen verstellbare, reversierbare Hydropumpe 1 auf und zwei im geschlossenen Kreislauf daran angeschlossene Hydromotoren 2 und 3 konstanten Schluckvolumens. Eine Einspeiseeinrichtung 4 wird von einer Hilfskonstantpumpe 5 versorgt, die gleichzeitig zur Versorgung einer Servo-Stelleinrichtung 6 der Hydropumpe 1 vorgesehen ist.

Die Servo-Stelleinrichtung 6 besitzt einen beidseitig beaufschlagbaren, federzentrierten Pilotkolben 7, der durch Druckmittel betätigbar ist, das in Leitungen 8a und 8b geführt ist. Jede Leitung 8a bzw. 8b steht unter Zwischenschaltung eines in diesem Ausführungsbeispiel als Proportional-Druckminderventil ausgebildeten Ventils 9 bzw. 10 mit einer an die Hilfskonstantpumpe 5 angeschlossenen Speisedruckleitung 11 in Verbindung. Von der Speisedruckleitung 11 zweigt eine Leitung 12 ab, in der eine Drossel 13 und stromab davon ein Druckentlastungsventil 14 angeordnet sind. Durch das Druckentlastungsventil 14 ist die Leitung 12 mit einem drucklosen Behälter 15 verbindbar. Von der Leitung 12 zweigt eine Signalleitung 16 ab, die zu einer Wirkfläche einer mit dem Ventil 9 verbundenen Sicherheitsvorrichtung 17 führt. Von der Leitung 12 zweigt darüber hinaus eine Signalleitung 18 ab, die zu einer Wirkfläche einer mit dem Ventil 10 verbundenen Sicherheitsvorrichtung 19 führt.

In jede Sicherheitsvorrichtung 17 bzw. 19 ist ein Ventil integriert, das bei Druckbeaufschlagung entgegen der Kraft einer Feder 20 bzw. 21 in eine Schaltstellung mit ungehindertem Durchfluß schaltet und bei fehlender Druckbeaufschlagung in eine Schaltstellung, in der eine Drossel wirksam ist. Das integrierte Ventil ist dem Ventil 9 bzw. 10 jeweils nachgeschaltet.

Sowohl die Ventile 9 und 10 als auch das Druckentlastungsventil 14 sind elektromagnetisch betätigbar und an eine Steuerelektronik 22 angeschlossen, die mit einem Sollwertgeber 23 in Verbindung steht.

Der mit den erfindungsgemäßen Ventilen ausgestattete Fahrantrieb funktioniert wie folgt: Die Steuerung des Fördervolumens der Hydropumpe 1 und damit des Übersetzungsverhältnisses im hydrostatischen Getriebe des Fahrantriebs erfolgt durch Betätigung des Sollwertgebers 23 (beispielsweise ein Fahrpedal), wodurch über die Steuerelektronik 22 die Proportional-Druckminderventile angesteuert und gleichzeitig das Druckentlastungsventil 14 geschlossen wird. Der in der Leitung 12 sich aufbauende Druck lüftet daher die zu den angesteuerten Ventilen 9 und 10 gehörigen Sicherheitsvorrichtungen 17 und 19 entgegen der Kraft der Federn 20 und 21.

Beim Entlasten des Sollwertgebers wird die Hydropumpe 1 durch die Steuerelektronik 22 über Zeitrampen in Richtung Nullförderung bewegt. Sobald das elektrische Steuersignal der Steuerelektronik 22 den Wert Null erreicht, wird das Druckentlastungsventil 14 durch die Steuerelektronik 22 stromlos geschaltet. Die beiden federbelasteten Sicherheitsvorrichtungen 17 und 19 werden dadurch zum drucklosen Behälter 15 entlastet und drücken mit ihrer großen Federkraft die Proportional-Druckminderventile gegen eine im Störungsfall möglicherweise vorhandene Magnet- oder Reibungskraft zurück in Richtung Steuerdruck-Abbau.

Sofern das Fahrzeug zum Zeitpunkt, zu dem der Störfall (Hängenbleiben des Ventils) auftritt, noch fährt, so wird es infolge der Wirkung der Sicherheitsvorrichtungen 17 und 19 zum Stillstand gebracht.

Damit das Abbremsen nicht mit zu hoher Bremsverzögerung erfolgt, wird bei entlastetem Proportional-Druckminderventil durch das in der Sicherheitsvorrichtung integrierte Ventil eine gedrosselte Verbindung von dem Pilotkolben 7 der Servo- Stelleinrichtung 6 zu dem drucklosen Behälter 15 hergestellt, so daß die Hydropumpe 1 definiert langsam zurückschwenkt. Bei normalem Fahrbetrieb bleibt die Drosselstelle ohne Wirkung, damit eine hohe Fahrdynamik erreichbar ist.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Ventil im Schnitt dargestellt. In einem Ventilgehäuse 24 münden in einer Hauptbohrung 25 mehrere Kanäle X, P₁₁, T, P₁₂, die an die zur Fig. 1 beschriebenen Leitungen und Elemente des hydrostatischen Fahrantriebs angeschlossen sind. In die Hauptbohrung 25 ist ein mit dem Ventil (elektromagnetisch betätigten Proportional-Druckminderventil) 9/10 verbundenes Führungsgehäuse 26 angeordnet, in der ein als Längsschieber 27 ausgebildeter, in dem Führungsgehäuse 26 längsbeweglicher Ventilschieber des Proportional- Druckminderventils 9/10 angeordnet ist. Der Längsschieber 27 ist mit einer zentralen Längsbohrung 27a versehen und mit zwei Querbohrungen 27b und 27c im Mittelbereich, der unter Bildung einer Ringnut eingeschnürt ist. Als Wirkelement der Sicherheitsvorrichtung 17/19 ist ein koaxial zu dem Längsschieber 27 angeordneter Kolben 28 vorgesehen, an dem eine Wirkfläche 28b (zwei Ringflächen) gebildet ist und der durch die Feder 20/21 in Richtung zum Längsschieber 27 beaufschlagt ist.

Das erfindungsgemäße Ventil funktioniert wie folgt: Durch den im Kanal P₁₂ bei geschlossenem Druckentlastungsventil 14 anstehenden Druck wird der Kolben 28, der im drucklosen Zustand gegen einen als Führung ausgebildeten Anschlag 29 anliegt, entgegen der Kraft der Feder 20/21 nach in der Figur links gedrückt, wodurch der Längsschieber 27 bei Ansteuerung des Proportional-Druckminderventils in dem Führungsgehäuse 26 bewegbar ist. Infolgedessen kann Druckmittel aus dem Kanal P₁₁ in den Kanal X und in den Kanal T fließen und dementsprechend der Pilotkolben 7 der Servo-Stelleinrichtung 6 angesteuert werden. Sobald der Druck im Kanal P₁₂ infolge Öffnen des Druckenlastungsventils 14 zusammenbricht, bewegt der Kolben 28 den Längsschieber 27 sicher in seine Ausgangsstellung. Mindestens eine Drossel (Drosselkerbe) 30, die am Kolben 28 angebracht ist, bewirkt eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Kanal X und dem Kanal P₁₁, so daß die Bremsverzögerung nicht zu groß ist. Bei entgegen der Kraft der Feder 20/21 verschobenem Kolben 28 ist hingegen die Drosselkerbe 30 ohne Wirkung. Der Druckmittelstrom kann dabei über eine Axialbohrung 31 und eine Querbohrung 32 ungehindert vom Kanal P₁₁ zum Kanal X fließen, so daß eine hohe Fahrdynamik erreichbar ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante des erfindungsgemäßen Ventils, bei dem das in den Kolben 28 integrierte Ventil als Sitzventil ausgebildet ist. Hierbei weist der Kolben 28 eine Axialbohrung 33 mit darin angeordneter Druckfeder 34 auf, die gegen ein Sitzventil 35 angestellt ist. Die Druckfeder 34 sorgt dafür, daß dann, wenn der Kolben 28 gegen den Anschlag 29 anliegt, das Sitzventil 35 geschlossen ist. Wie Fig. 4 zeigt, ist das Sitzventil 35 im Bereich der Auflagefläche zum Führungsgehäuse 26 mit einer Drossel (Drosselkerbe) 36 versehen, die bei geschlossenem Sitzventil eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Kanal P₁₁ und dem Kanal X ermöglicht.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des zu Fig. 1 beschriebenen elektro-magnetisch betätigbaren Druckentlastungsventils 14 dargestellt. In einem Längskanal 37 steht der in der Leitung 12 geführte Druck an. Die Drossel 13 ist durch eine Engstelle zwischen einer an die Speisedruckleitung 11 angeschlossenen Radialbohrung 38 und dem Längskanal 37 gebildet. An dem in der Figur linken Ende des Längskanals 37 befindet sich ein Sitzventil 39, das mit Hilfe eines Elektromagneten 40 geschlossen wird. Bei stromlosem Elektromagneten 40 wird das Sitzventil 39 durch den in dem Längskanal 37 herrschenden Druck in Öffnungsstellung gedrückt, so daß sich der Druck im Längskanal 37 abbaut und folglich auch der Druck in den Signalleitungen 16 und 18, wodurch die Sicherheitsvorrichtungen 17 und 19 in der bereits beschriebenen Weise betätigt werden.

Claims (6)

1. Ventil (9; 10) mit einem Ventilschieber und einer Sicherheitsvorrichtung (17; 19) zum Lösen des Ventilschiebers im Falle des Hängenbleibens oder Verklemmens, wobei die Sicherheitsvorrichtung (17; 19) ein in Eingriff mit dem Ventilschieber bringbares Wirkelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirkelement in Wirkrichtung durch Federkraft und entgegen der Wirkrichtung hydraulisch beaufschlagbar ist.

2. Ventil (9; 10) nach Anspruch 1, wobei der Ventilschieber als elektromagnetisch betätigbarer Längsschieber (27) und das Wirkelement als koaxial dazu angeordneter Kolben (28) ausgebildet ist und wobei das Ventil (9; 10) mittelbar oder unmittelbar durch einen Sollwertgeber (23) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) eine Wirkfläche (28b) aufweist, die mit dem in einer hydraulischen Signalleitung (16; 18) geführten Druck beaufschlagbar ist, und daß der Sollwertgeber (23) in Wirkverbindung mit einem den Druck in der Signalleitung (16; 18) bestimmenden, elektromagnetisch betätigbaren Signalgeber steht.

3. Ventil (9; 10) mit einem Ventilschieber und einer Sicherheitsvorrichtung (17; 19) zum Lösen des Ventilschiebers im Falle des Hängenbleibens oder Verklemmens, wobei die Sicherheitsvorrichtung (17; 19) ein in Eingriff mit dem Ventilschieber bringbares Wirkelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirkelement in Wirkrichtung hydraulisch beaufschlagbar ist.

4. Ventil (9; 10) nach Anspruch 3, wobei der Ventilschieber als elektromagnetisch betätigbarer Längsschieber (27) und das Wirkelement als koaxial dazu angeordneter Kolben (28) ausgebildet ist und wobei das Ventil (9; 10) mittelbar oder unmittelbar durch einen Sollwertgeber ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) eine Wirkfläche (28b) aufweist, die mit dem in einer hydraulischen Signalleitung (16; 18) geführten Druck beaufschlagbar ist, und daß der Sollwertgeber (23) in Wirkverbindung mit einem den Druck in der Signalleitung (16; 18) bestimmenden, elektromagnetisch betätigbaren Signalgeber steht.

5. Ventil (9; 10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9; 10) als Druckregelventil, insbesondere als Proportional-Druckminderventil zur Steuerung der Übersetzung in einem hydrostatischen Fahrantrieb mit geschlossenem Kreislauf ausgebildet und die Signalleitung (16; 18) an eine Speisedruckleitung (11) des Fahrantriebs angeschlossen ist, wobei als Signalgeber ein Druckentlastungsventil (14), insbesondere ein Druckentlastungsventil in Sitzventilbauweise vorgesehen ist, das bei stromlosem Elektromagneten (40) die Signalleitung mit einer drucklosen Leitung verbindet.

6. Ventil (9; 10) nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9; 10) eingangsseitig an die Speisedruckleitung (11) angeschlossen ist und die Sicherheitseinrichtung ein integriertes Ventil aufweist, das eine bei entspanntem Kolben (28) ausgangsseitig wirksame Drossel (30; 36) enthält.