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Druckgesteuertes Ventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein druckgesteuertes ventil mit in
einem Ventilgehäuse verschieblichen Kolben, der das Innere des Ventilgehäuses in
einen stirnseitig von einer Pumpe mit Druckmittel versorgten Druckraum und einen
Steuerraum unterteilt, der an der entgegengesetzten Stirnseite mit einem voreingestellten
Entlastungsventil als Druckvorsteuereinrichtung versehen ist und eine Druckfeder
enthält, die zwischen diese Stirnseite und den Kolben eingesetzt ist, den eine den
Druckraum mit dem Steuerraum verbindende Drosselbohrung durchsetzt, und mit einer
vom Kolben je nach seiner Axialstellung freigegebenen oder verschlossenen ersten
Anschlußbohrung für eine Verbraucherleitung in der Seitenwand des Druckraumes.
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Derartige Druckbegrenzungs- und Umlaufventile sind
bekannt.
Die weisen lediglich die von der Pumpe mit Druckmittel gespeiste Druckmittelzuleitung,
sowie eine Verbraucherleitung auf, die mit der Druckmittelzuleitung über das druckgesteuerte
Ventil in Verbindung steht. Daneben sorgt das Entlastungsventil der Druckvorsteuereinrichtung
für eine Abführung des Druckmittels in den Druckmitteltank oder einen anderen Druckmittelvorratschälter.
Die Steuerung der Verbindung der Druckmittelzuleitung und der Verbraucherleitung,
also die Druckweiterführung von der Pumpe zum Verbraucher erfolgt selbsttätig. Das
zugeführte Druckmittel hat zunächst die Tendenz, den Kolben so gegen die Wirkung
der Druckfeder zu verdrängen, daß die Verbindung zwischen Druckmittelzuleitung und
Verbraucherleitung hergestellt wird. Gleichzeitig fließt durch die in der Kolbentrennwand
zwischen Druckraum und Steuerraum vorhandene und diese verbindene Drosselbohrung
Druckmittel auch in den Steuerraum ein. Würde im Steuerraum schließlich der gleiche
Druck aufgebaut, der im Druckraum besteht, so wärme sich der Kolben unter Wirkung
der Druckfeder wieder über den Anschlußbohrung den Verbraucherleitung schieben und
damit die Verbindung zwischen Druckmittelzuleitung und Verbraucherleitung unterbrechen.
Hier wird nun die Druckvorsteuereinrichtung in Gestalt eines Entlastungsventiles
wirksam. Dieses öffnet selbsttätig bereits bei einem Druckwert, der unter dem durch
die Druckmittelzufürhung im Druckraum erzielten Druck liegt. Dadurch wird durch
die Druckvorsteuereinrichtung eine ständige Druckdifferenz zwischen Druckraum und
Steuerraum aufrecht erhalten, so daß das Ventil offen bleibt. Wegen der Drosselbohrung
kann der Druckabbau im Steuerraum nicht auch auf den Druckraum übergreifen. Erst
bei Beendigung der Druckmittelzuführung wird durch die Druck feden das Ventil wieder
geschlossen.
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Wegen seiner selbsttätigen und zuverlässigen Arbeitsweise
sind
derartige Ventile für den praktischen Einsatz un sich gut geeignet. Sie vermögen
jedoch jeweils nur eine Funktion wahrzunehmenden. So können sie als druckgesteuerter
Ventil für die Steuerung der Druckmittelzuordnung, an einem Verbraucher eingesetzt
werden. Statt zum Verbraucher kann das Drucken auch in den Druckmittletank rückgerdnet
werden. Das Ventil wirkt dann als selbsttätige Druckbegrenzungsventil. Beide Funktionen
gleichzeitig kann das Ventil jedoch nicht @us@nen.
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Hierfür müssen bis heute zwei getrennte ventile in den Druckmittelkreisläufen
vorgesehenen und entsprechend an schlossen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Ventil der eingangs genannten
Art so auszugestalten, daß die Druckweiterführung zu einem verbraucher, die Druckbegrenzung
und bei Umlauf der als Druckmittel dienenden Hydraulikflüssigkeit durch ein einziges
Ventil erreicht werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Seitenwand
des Ventilgehäuses im Steuerraum eine zweite Anschlußbohrung für eine Entlastungsleitung
zum Druckmitteltank und zwischen dieser und der ersten Anschlußbohren, eine dem
Druckraum zugeordnete dritte Anschlußbohrung für eine Verbraucherleitung bzw. eine
Entlastungsleitung angeordnet sind, daß der Kolben für das Freigeben bzw. Verschließen
der ersten bzw. der zweiten Anschlußbohrung Steuerkanten an seinem druckraumseitigen
bzw. an seinem steuerraumseitigen Ende aufweist, sowie in einer druckraumseitig
offenen Kolbenkammer in Axialabstand von der Steuerkante der ersten Anschlußbohrung
eine Steueröffnung für die dritte Anschlußbohrung, und daß der Axialabstand der
ersten und der zweiten Anschlußbohrung voneinander größer oder gleich dem Axialabstand
ihrer zuge-
@@ en Steuerkanten und der Axialabstand der ersten und
der dritten @@ @@ @@ die der Axialabstand der zuge-@@@ @@@ der zugehörigen Steueroffnung
ist.
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Es ist dunn zwecks @@ die notentlage kleine oder höchstens @@@ @@
der @ten on der zweiten Anschluß-@@.
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@@ enz, an@ den noch Einsetzen der Druckmittel-@@ @ auf oder bross
lochung in den Steuer-@@ @weite Anschlußbohrung @. @ns entsteht somit auch ohne
@h @e @ Steuervorrichtung eine Druckdifferenz auf den beiden bei @, der sich deshalb
unter Kom-@ @ede erschient. Da nun der Axialabstand @ zweiten Gasschlußrohren, voneinander
geringen großen @ist gleich dem Axialabstand der zugehörigen Steuer unten des Kolbens
ist, wird die erste anschlußbohrung und die @@ die Druckmittelzuführung zum verbraucher
freigegeben @ gleichzeitig, die zweite Anschlußbohrung, vom Kolben teilweise angeschoben.
Das hat eine entsprechende Rückwirkung auf der Druck @@raum, in dem überdies die
Druckfeder komprimiert wurde. Es stellt sich damit ein Gleichgewichtszustand ei,
bei dem Druckmittelzuführung zum Verbraucher erfolgt. Wird die Verbindung der zweiten
Anschlußbohrung mit dem Druckmitteltank extern unterbrochen, so arbeitet das Ventil
wie das herkömmliche druckgesteuerte Ventil: Über das Entlastungsventil wird die
Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens sichergestellt und die Druckmittelzufuhr
zur Verbraucherleitung über die erste Anschlußbohrung freigegeben.
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Durch das teilweise Zuschieben der seiten Anschlußbohrung durch die
Kolben steigt aber der Druck im Steuerraum
weiter an. Wird nun des
Entlastungsventil der Druckvorsteuereinrichtung so eingestellt, daß es hier auf
einen v)rbe'Liuiii;tcn Druckwert anspricht, so wird nunmehr das Entlastungsventil
öffnen. Der bestehende Gleichgewichtszustand au m Kolben .ird damit aufgehoben,
weil über das Entlastungsventil erheblich mellr Druckmittel abgeführt werden kann,
als über die zweckmäßig drosselartig ausgebildete und bereits teilweise zugeschobene
zweite Anschlußbohrung. Der Kolben wird deshalb durch da ijin druckraumseitig beaufschlagende
Druckmittel noch weiter verlagert, so daß jetzt wegen der dort bestehenden Axialabstandsbeziehungen
auch die Steueröffnung der dritten Anschlußbohrung vor diese gelangt. Damit wird
nunmehr Druckmittel auch durch die dritte Anschlußbohrung abgeführt. Es kann also
ohne weiteres hier ein weiterer Verbraucher angeschlossen werden, so daß mit ein
und demselben Ventil die Druckmittelzuführung ru mehreren Verbrauchern druckgesteuert
geregelt werden kuiin.
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Statt dessen ist es auch möglich, an die dritte Anschlußbohrung den
Druckmitteltank anzuschließen, so daß das druckgesteuerte Ventil hier zugleich eine
Druckbegrenzungsfunktion erbringt.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen
beschrieben. Alle im folgenden nicht ausdrücklich erläuterten Einzelheiten sind
der Figuren zu entnehmen.
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Diese zeigen im Schnitt und etwas schematisch ein eriindungsgemäßes
druckgesteuertes Ventil und zwar Fig. 1 das Ventil in geschlossener Stellung, Fig.
2 das Ventil in Umlauf- oder Druckbegrenzungsstellung, und Fig. 3 das Ventil in
Umlauf- und Druckbegrenzungsstellung oder bei der Speisung von zwei Verbrauchern.
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Fig. 1 zeigt ein Ventilgehäuse 10, das von einen Kolben 11 in einen
Druckraum 18 und einen Steuerraum 13 unterteilt ist. Das Ventilgehäuse 1ß ist ebenso
wie der Kolben 11 zylindrisch ausgebildet. Auf der Seite des Druckraums 12 wird
das Ventilgehäuse von einer Stirnwand abgeschlossen, die von einer Böhrung 14 durchsetzt
ist. Über die Bohrung 14 wird dem Druckraum 14, die durch Pfeil P angedeutet, Druckmittel
von einer Pumpe zugeführt.
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Bei der anderen Seite des Kolbens wird der Steuerraum 13 durch eine
in das Ventilgehäuse unter Abdichtung fest eingesetzte Druckvorsteuereinrichtung
15 abgeschlossen. Diese weist im stirnseitigen Boden ein Entlastungsventil 16 auf.
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Das Entlastungsventil 16 besteht aus einer den Boden durchsetzenden
Bohrung, die mit der Bohrung 14 auf der entgegengesetzten Stirnseite des Ventilgehäuses
10 fluchtend in der Achse des Ventils liegt von einem kegelförmigen Ventilkörper
10 verschlossen ist, der von einer Feder mit vorbestimmter bzw. voreinstellbaren
Federspannung auf die als Ventrl@@@ dienende Bohrung niedergedrückt wird. Ist der
Ventilkörper 1 vom Ventilsitz angehoben, so gibt es die Verbindung des Steuerraums
13 mit dem Druckmitteltank frei, wie durch Pfeil angedeutet.
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Der Kolben 11 ist als Hohlkolben ausgebildet und wird von einen Trennwand
1 in zwei stirnseitig offfene Kolbenkammern unterteilt, von denen die eine mit dem
Druckraum 12, die andere mit dem Steuerraum 13 in Verbindung steht. Die Trennwand
18 durchsetzt eine Drosselbohrung 19, die eine Verbindung zwischen Druckraum P und
Steuerraum 13 herstellt. Bei der Drosselbohrung 19 kann es sich beispielsweise um
eine Düse von ca. 0,8 mm Durchmessen handeln.
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Zwischen die Trennwand 18 des Kolbens 11 einerseits und die das Entlastungsventil
16 aufweisende Stiriiwand des Steuerraums 13 andererseits ist eine Druckfeder 20
eingesetzt, die bei mehlen sonstiger Druckeinwirkungen den Kolben 11 in die in i'ig.
1 gezeigte Schließstellung drückt.
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Das Ventilgehäuse weist in seiner Seitenwand eine erste Anschlunbohrung
21, eine zweite Anschlul.bohrung 22 und eine dritte Anschluß bohrung 23 auf. ei
diesen Anschlußbohrungen handelt es sich um Radialbohrungen. Die erste Anschlußbohrung
21 und die dritte Anschlußbohrung 23 sind an der zylinderischen Innenwand des Ventilgehäuses
10 mit rings wnlaufenden Ringnuten 24 und 25 verbunden. ihr Durchmesser ist so groß,
daß nur geringe Strömungswiderstände iür das Druckmittel auftreten. Im Gegensatz
dazu ist der Strömungsquerschnitt der zweiten Anschlußbohrung z2 drosselartig eingeengt.
Ihr Strömungsquerschnitt ist insbesondere auch kleiner als die vom Ventilkörper
17 gesteuerte Bohrung des Entlastungsventils 16.
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Die erste Anschlußbohrung 21 ist in der Regel mit einer Verbraucherleitung
verbunden, bei der es sich, wie durch Pfeil D angedeutet, um eine Druckleitung zu
einem Verbraucher handelt. Soll diese Leitung als Entlastungsleitung dienen, wenn
eine Druckbegrenzun gswirkung angestrebt wird, so wird an die erste Anschlußbohrung
der Druckmitteltank angeschlossen.
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Die zweite Anschlußbohrung 22 ist in jedem Fall eine Entlastungsleitung,
die, wie durch den Pfeil T angedeutet, mit dem Druckmitteltank verbunden ist. Die
an die zweite Anschlußbohrung angeschlossene Entlastungsleitung ist extern willkürlich
absperrbar.
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Die dritte Anschlußbohrung 23 ist in der Regel ebenfalls über eine
Entlastungsleitung mit dem Druckmitteltank Verfahren, wie durch Pfeile T angedeutet.
Statt dessen ist es aber @ möglich, an die dritte Anschlußbohrung eine weitere Verbraucherleitung,
anzusenließen, also eine weitere Druckleitung D'.
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Zum Schließen und Freigeben der ersten Anschlußbohrung @1 durch den
Kolben 11 dient eine Steuerkante 26 am druckraumseitigen Ende des Kolbens 11. Die
zweite Anschlußböhrung 22 wird durch das entgegengesetzte, steuerraumseitige Ende
des Kolbens 11 gesteuert. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, die Anschlußbohrungen
entsprechend zu verlegen, wenn statt der Steuerung durch Steuerkanten und Enden
des Kolbens 11 Lang lächer oder entsprechende Ausnehmungen in die zylindrische Kolbenwand
eingebracht werden. Die dritte Anschlußbohrung 23 wird durch Steueröffnungen 27
gesteuert, die als die zylindrische Kolbenwand durchsetzende Radialbohrungen ausgebildet
und rings um den Kolbenumfang verteilt sind.
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Die Kolbenlänge des Kolbens 11 in Axialrichtung ist so gewählt, daß
die Steuerkante 26 die Ringnut 24 der ersten Anschlußbohrung 21 im gleichen Moment
freizugeben beginnt, in dem das andere Kolbenende damit beginnt, die zweite Anschlußbohrung
22 zuzufahren. Gegebenenfalls kann die Kolbenlänge auch etwas kleiner als der Axialabstand
der ersten von der zweiten Anschlußbohrung gewählt werden. Weiter ist der Axialabstand
der Steueröffnungen 27 von der Steuerkante 26 kleiner als der Axialabstand der ersten
Anschlußböhrung 21 von der dritten Anschlußbohrung 23. Damit wird erreicht, daß
bereits eine Verbindung zwischen der Bohrung 14 für die Druckmittelzuführung und
den ersten Anschlußbohrung 21 besteht, bevor noch die Steueröffnungen 27 auf die
Verbindung der dritten
Anschlußbohrung 23 über die Ringnut 25,
die Steueröffnungen 27, die druckraumseitige Kolbenkammer des Kolbens 11 und die
Bohrung 14 herstellen.
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Dic beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das Ventil befindet
sich in der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung. Durch die Bohrung 14 wird Druckmittel
mit einem Druck Pl zugeführt. Das Druckmittel beaufschlagt den Kolben 11 und beginnt
ihn unter Komprimierung der Druckfeder 20 nach links zu verschieben. Gleichzeitig
gelangt Druckmittel iiber die Drosselbohrung 19 vom Druckraum 12 auch in den Steuerraum
13. Von hier wird das Druckmittel jedoch über die weite Anschlußbohrung 22 zum Druckmitteltank
angeführt, so daß das Druckmittel im Steuerraum 13 den Druckwert P1 nicht erreichen
kann. Somit besteht zwischen Druckraum 12 und Steuerraum 13 eine Druckdifferenz
unter deren Einfluß der Kolben 11 weiter nach links verschoben wird. Die Steuerkante
26 gibt die Verbindung von Bohrung 14 und erster Anschlußer bohrung 21 frei, so
daß Druckmittel zum Verbrauch/ abfließen kann. Gleichzeitig überführt das Hinterende
des Kolbens 11 teilweise die zweite Anschlußbohrung 22, die dadurch weiter gedrosselt
wird. Die Druckdifferenz
nimmt dadurch etwas au.
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Fig. 2 zeigt den sich schließlich einstellenden Zustand, bei dem
die Druckmittelzufuhr zum Verbraucher über die erste Anschlußbohrung freigegeben
ist und der Kolben 1 eiiie stabile Gleichgewichtanlage unter Wirkung der komprimierten
Druckfeder 20 und der verminderten Druckdifferenz
einnimmt. Das Entlastungsventil 16 ist geschlossen, da es erst bei einem Druck P2
öffnet, der größer Pl ist. ode: allenfalls ebenso groß wie 1>1 sein kann, im
Steuerraum 1) aber nicht erreicht
wird, weil das Druckmittel über
die zweite Anschlußbohrung 22 abgeführt wird.
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Steigt nun der Druck im Druckraum 11 weiter an, beispielsweise weil
vom Verbraucher kein Druckmittel aus der ersten Anschlußböhrung 21 aufgenommen wird,
und erreicht einen Druckwert P3, so wird die Druckdifferenz
zwischen dem Druck im Druckraum 12 und dem Druck im Steuerraum 13 weiter anwachsen,
so daß der Kolben 11 unterer weiterer komprimierung der Druckfeder 20 weiter nach
links geführt wird. Dabei wird die zweite Anschlußbohrung 2½ durch den kolben 11
abgeschlossen, so daß wegen des über die Drosselbohrung 19 in den Steuerraum 13
einfließenden Druckmittels der Druck in diesem ansteigt. Sobald der im Steuerraum
13 ansteigende Druckmittel.
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druck den eingestellten Öffnungsdruckwert P2 des Entlastungsventils
16 erreicht, hebt der Ventilkörper 17 von seinem Ventilsit aU und gibt eine ungedrosselte
Verbindungsleitung zum Druckmitteltank frei. Die Druckdifferenz
erreicht damit fast den Wert von P3, so daß der Kolben 11 weiter rasch nach links
führt. Nunmehr gelangen die Steueröffnungen 27 in Verbindung mit der Ringnut 25
und das einfließende Druckmittel wird über die dritte Anschlußbohrung 23 zu einen
weiteren Verbraucher, vorzugsweise statt dessen aber über eine Entlastungsleitung
ebenfalls zum Druckmitteltank abgeführt Fig. 5 zeigt diese stellung, bei der das
jiber die Bohrung 14 zugeführte Druckmittel sowohl über die erste Anschlußbohrung
21, als auch über die zweite Anschlußbohrung 23 abgeführt werden kann. Ist an die
erste Anschlußbohrung 21 ein Verbraucher angeschlossen, an die zweite Anschlußbohrung
23 aber eine Entlastungsleitung zur Druckmitteltank, so tritt dabei eine echte Druckentlastung
ein. Der Kolben 11 bleib in seiner in Fig. 3 gezeigten Stellung, bis der Druck im
Druckraum
13 wieder zurückgent, so daß es einer weiteren Druckentlastung
nicht sehr bedarf. In diesem Falls schließt der Ventilkörper 17 wieder die bohrung
in der stirnwand des Achs@ und der kolben führt wieder so weist @@@ die Steueröffnungen
7 nicht nen mit der Ringnut @no@@d deren.
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Man erhält also mit einfachen @@ ein deren esteuertes ventil, das
mehrere Funktionen zu leicht kann, nämlich die in Abhängigkeit von Druck @@@ ersorgung
mehrerer Verbraucher und insbesondere @@ hängig gesteuerte versorgung einen Verbrauchers
mit @ Ventil realisier er @@ Anschlam angeschlossene Abtastungs sich un @@ sperrt,
so versa@ @ ventil @ nach licher Ventil mit @@@@function arbeiten.