-
*) Gegebenenfalls nicht als absolute Druckwerte, sondern als Überdruckwerte
im Sinne des Gebrauchs von atü zu verstehen.
-
Es ist bereits bekannt, Leerlaufventile zugleich als Sicherheitsventile
zu verwenden. Eine bekannte Bauart sieht dabei vor, daß die Steuerkammer des Leerlaufventils
mit der dem Hydraulikkanal zugewandten Seite des Verschlußgliedes durch eine Düse
verbunden ist, die beispielsweise axial durch das Verschlußglied verläuft, daß in
die Anschlußleitung der Steuerkammer ein Absperrventil eingeschaltet ist, welches
im ersten Betriebszustand offen und im zweiten Betriebszustand geschlossen ist,
und daß ein Drucksteuerventil zwischen der Anschlußleitung und dem Pumpenrücklauf
angeordnet ist. Beim Leerlauf im ersten Betriebszustand fließt dabei von der Hydraulikpumpe
aus stets weniger Hydraulikfluid durch die Düse in die Steuerkammer, als aus dieser
durch das dann offene Absperrventil in den Pumpenrücklauf ablaufen kann. Auf diese
Weise ist in diesem ersten Betriebszustand die Steuerkammer des Leerlaufventils
wenigstens annähernd drucklos. Der Leerlaufstrom von der Hydraulikpumpe durch den
Hydraulikkanal zum Pumpenrücklauf erfolgt dabei jedoch unter der Federbelastung
des Verschlußgliedes des Leerlaufventils, wodurch in diesem Betriebszustand ständig
ein unerwünschter Leistungsverlust auftritt, der sich z. B. in Verlustwärme und
unnötiger Stromaufnahme bei der Hydraulikpumpe äußert. In zweiten Betriebszustand
ist demgegenüber der Fluß des durch die Düse in die Steuerkammer gelangenden Hydrauliklluids
durch das Absperrventil gesperrt, so daß sich in der Steuerkammer ein Druckaufbau
ergibt. Dieser ist jedoch durch das zwischen der Anschlußleitung und dem Pump enrücklauf
eingeschaltete Druckvorsteuerventil begrenzt. Überschreitet dann der Druck vor dem
Verschlußglied die Summe des durch das Vorsteuerventil bestimmten Drucks in der
Steuerkammer und der Federbelastung des Verschlußgliedes, so öffnet das Verschlußglied
gegen die Federbelastung selbsttätig den Hydraulikkanal zum Pumpenrücklauf. Dadurch
hat in dieser Anordnung das Leerlaufventil zugleich die Funktion eines Sicherheitsventils.
-
Es ist jedoch, wie bereits oben unter Hinweis auf die deutsche Patentschrift
1 648 012 der Amnelderin erwähnt wurde, auch bekannt, ein gattungsgemäßes Leerlaufventil
als Mengenregelventil vorzusehen. In diesem Fall ist (vergleiche z. B. deutsche
Patentschrift 1 648 012) der Eingang des Hydraulikkanals mit dem Eingang eines Steuerschiebers
verbunden, während die Anschlußleitung der Steuerkammer in der einer Neutralstellung
des Steuerschiebers entsprechenden ersten Betriebsstellung mit dem Pumpenrücklauf,
in der einer Arbeitsstellung des Steuerschiebers entsprechenden zweiten Betriebsstellung
jedoch mit dem betreffenden Ausgang des Steuerschiebers verbunden ist. In der Neutralstellung
des z. B. als 4/3-Wegeventils ausgebildeten Steuerschiebers ist die paarweise Verbindung
einerseits der Pumpen- und Rücklaufanschlüsse mit andererseits den beiden Verbraucheranschlüssen,
z. B. eines doppeltwirkenden Hydraulikkolbens, gesperrt, und es erfolgt in diesem
ersten Betriebszustand ein druckloser Umlauf über das dann als Leerlaufventil wirkende
Druckregelventil. Im zweiten Betriebszustand, in welchem eine paarweise Verbindung
von Pumpenanschluß und Rücklaufanschluß einerseits mit den beiden Verbraucheranschlüssen
andererseits hergestellt wird, ist dann die Steuerkammer des Druckregelventils mit
dem an den Pumpenanschluß über den Steuerschie-
ber angeschlossenen Verbraucheranschluß
verbunden. Hierdurch wird bewirkt, daß an der als Regelblende dienenden Durchflußöffnung
des Steuerschiebers genau der Druck abfällt, unter dem das Verschlußglied des Mengenregelventils
federbelastet ist.
-
Nun ist die Durchflußmenge durch die Öffnung des Steuerschiebers in
erster Näherung einer idealen Regelblende dem Druckabfall an dieser Regelblende
und damit der Federvorspannung des Verschlußgliedes des als Druckwaage verwendeten
Leerlaufventils proportional. Zum Erreichen hoher Mengendurchsätze ist man daher
bestrebt, einen verhältnismäßig hohen Druckabfall an der Regelblende des Steuerschiebers
durch entsprechend hohe Federbelastung des Verschlußgliedes des Druckregelventils
zu erreichen. In der Praxis werden dabei minimal etwa 4 bar, bei den meisten bekannten
Konstruktionen jedoch etwa 6 bis 8 bar Federvorspannung im Druckregelventil vorgesehen.
Eine noch höhere Federvorspannung ist unerwünscht, weil es sonst zu wirtschaftlich
untragbaren Leerlaufbelastungen der Hydraulikpumpe kommt Es ergibt sich also zusammenfassend
folgende Situation: Bei Leerlaufventilen allgemeiner Art ist eine gewisse Federbelastung
von einigen bar des Verschlußgliedes unvermeidlich, um ein sicheres Schließen beim
Übergang vom Leerlaufzustand zum Betriebszustand zu erreichen. Dies gilt im wesentlichen
auch bei Ausbildung eines solchen Leerlaufventils zugleich als Sicherheitsventil
und führt stets zu einer unerwünschten ständigen Leistungsaufnahme in der Hydraulikpumpe
infolge der auch im Leerlauf ständig wirksamen Federbelastung des Verschlußgliedes.
Im Falle der Ausbildung des Leerlaufventils als Druckregelventil wird diese Diskrepanz
noch wesentlich krasser, da hier nicht nur eine sichere Umschaltung vom ersten zum
zweiten Betriebszustand, sondern zwecks hohen Mengendurchsatzes durch den mengengeregelten
Steuerschieber sogar besonders hohe Druckgefälle an der Regelblende des Steuerschiebers
und damit besonders hohe Federvorspannungen des Verschluß gliedes des als Druckregelventil
dienenden Leerlaufventils erwünscht sind.
-
Bei den bekannten Mengenregelventilen ist man bisher immer einen
Kompromiß dadurch eingegangen, daß man sich mit Druckabfällen von maximal etwa 8
bar - an der Regelblende des Steuerschiebers zufrieden gab und die damit verbundene
Leerlaufbelastung der Hydraulikpumpe in Kauf nahm.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kompromisse der genannten
Art zu vermeiden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Leerlaufventil nach der Erfindung
durch eine im zweiten Betriebszustand zuschaltbare zusätzliche Federbelastung des
Verschlußgliedes in Schließrichtung gekennzeichnet.
-
Die Erfindung ermöglicht es, daß im ersten Betriebszustand die auf
das Verschlußglied wirkende Federkraft entweder sogar Null ist oder doch wenigstens
auf einem ganz kleinen Wert, vorzugsweise höchstens 2 bar, gehalten werden kann,
bei dem die Verlustleistung im Leerlauf nicht ins Gewicht fällt.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist es sogar möglich, daß im ersten Betriebszustand und abgeschaltetem Leerlaufstrom
durch den Hydraulikkanal das Verschlußglied mit Abstand zu seinem Sitz angeordnet
ist. Damit läßt sich dann die vom Verschlußglied gesteuerte
Öffnung
im Hydraulikkanal des Leerlaufventils sogar so groß halten, daß am Verschlußglied
überhaupt kein Druckabfall mehr erfolgt, sondern daß die Hydraulikpumpe nur noch
gegen die sonstigen Strömungswiderstände im Leerlaufkreis arbeitet. Damit läßt sich
also eine minimale Verlustleistung im Leerlaufbetrieb erreichen.
-
Die Zuschaltung der Federbelastung des Verschlußgliedes im zweiten
Betriebszustand in Schließrichtung gemäß der Erfindung kann im Prinzip durch äußere
Schaltmittel vorgenommen werden, z. B.
-
durch Entspannung einer vorgespannten Feder oder gar elektromagnetisch,
indem das Verschlußglied mit einem weichmagnetischen Kern versehen wird und von
außen her elektrisch, z. B. durch eine ein Verschlußglied mit Versetzung umschließende
Spule, eine magnetische Federkraft zugeschaltet wird.
-
Derartige an sich mögliche Verwirklichungen der Erfindungsidee sind
jedoch relativ aufwendig. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist daher
eine Lösung vorgesehen, die unmittelbar an die bekannte Ausführungsform eines Leerlaufventils
anknüpft, bei der ein Federelement zwischen der Rückseite des Verschlußgliedes und
einem Widerlager angeordnet ist (s. deutsche Patentschrift 1 648 012).
-
In diesem Fall ist vorgesehen, daß bei Einschaltung des zweiten Betriebszustands
das Widerlager unter Kompression des Federelements verschiebbar und bei Einschaltung
des ersten Betriebszustandes rückbewegbar ist.
-
In diesem Falle braucht also wie bisher nur ein einziges Federelement,
wie eine Schraubenfeder, vorgesehen zu sein, deren Widerlager jedoch bei Einschaltung
des zweiten Betriebszustandes verstellt wird, so daß das Federelement entweder mit
einer größeren Federkraft auf dem Verschlußglied lastet oder für den Fall, daß im
ersten Betriebszustand das Federelement spannungslos zwischen dem Widerlager und
dem Verschlußglied liegt, erst im zweiten Betriebszustand die Spannung des Federelementes
aufgebracht wird.
-
Zweckmäßigerweise wird eine vorbestimmte Verschiebestrecke des Widerlagers
vorgesehen, so daß auch die im zweiten Zustand vorgesehene zuschaltbare Federbelastung
des Verschlußgliedes eine bei den verschiedenen Schaltvorgängen reproduzierbare
Zuschaltkraft zu der im ersten Betriebszustand des Leerlaufzustandes bereits auf
dem Verschlußglied lastende Federkraft, gegebenenfalls auch der Federkraft Null,
darstellt. Dies ist von besonderer Bedeutung dann, wenn das Leerlaufventil entweder
zugleich als Sicherheitsventil dienen soll oder aber im Fall der Anwendung als Mengenregler
eine bestimmte Druckdifferenz an der Regelblende des mengengeregelten Steuerschiebers
gewährleisten soll.
-
Vorteilhafterweise ist das Widerlager mit einem Kolben verbunden,
dessen Kolbenfläche an eine Fluidkammer angrenzt, die von einem Schaltdruck beaufschlagbar
ist. Der Schaltdruck kann beispielsweise von einer gegebenenfalls vorhandenen Pneumatikquelle
abgeleitet sein. In Hydraulikanlagen kann es auch vorkommen, daß ein geeigneter
Schaltdruck von einer im Betriebssystem vorhandenen Arbeitsstelle von ausreichendem
Druck abgeleitet wird.
-
Besonders bevorzugt wird jedoch die Lösung, daß die Fluidkammer mit
der Steuerkammer des Leerlaufventils kommuniziert, und daß der Kolben als Druckübersetzerkolben
ausgebildet ist, dessen kleine
Kolbenfläche der Steuerkammer des Leerlaufventils
zugewandt ist.
-
In diesem Fall erfolgt eine Eigensteuerung durch das hydraulische
Betriebsfluid selbst, so daß fremde Steuermittel gänzlich entbehrlich sind. Diese
Eigensteuerung kann beispielsweise konstruktiv durch eine sich in Achsrichtung durch
den Druckübersetzerkolben erstreckende Verbindungsbohrung zwischen dessen beiden
wirksamen Kolbenflächen erreicht werden. Es ist aber auch möglich, einfach eine
tJberbrückungsleitung zwischen der Fluidkammer und der Steuerkammer, z. B. im Gehäuse
des Leerlaufventils, vorzusehen.
-
Bei Anwendung einer solchen Eigensteuerung der Zuschaltung der Federbelastung
des Verschlußgliedes in Schließrichtung im zweiten Betriebszustand ergibt sich für
den Fall, daß die Erfindung bei einem zugleich als Sicherheitsventil ausgelegten
Leerlaufventil mit den oben besprochenen Merkmalen (vgl. Anspruch 9) angewandt wird,
folgende Funktion: Im ersten Betriebszustand des Leerlaufstroms durch den Hydraulikkanal
lastet entweder nur eine geringfügige Federkraft auf dem Verschlußglied, vorzugsweise
unter 2 bar, oder die Feder ist gar ganz entspannt und vorzugsweise in einer solchen
Lage angeordnet, daß selbst bei abgeschaltetem Leerlaufstrom, also ohne Druckbeaufschlagung
des Verschlußgliedes vom Hydraulikkanal her, stationär eine Öffnung im Hydaulikkanal
vorgesehen ist, die vorzugsweise keinerlei Drosselung darstellt. In allen diesen
möglichen Fällen herrscht sowohl im ersten Betriebszustand als auch im zweiten Betriebszustand
vor dem Verschlußglied ein Staudruck des von der Hydraulikpumpe angeförderten Hydraulikfluids.
Dieser Staudruck führt jedoch im ersten Betriebszustand des Leerlaufstroms zu keinem
Druckaufbau in der Steuerkammer, da das durch die Düse in die Steuerkammer im Nebenschluß
gelangende Hydraulikfluid aus dieser durch die Zuleitung und das offene Absperrventil
sogleich zum Pumpenrücklauf abfließt.
-
Wenn jedoch zum Einstellen des zweiten Betriebszustand es das Absperrventil
in der Anschlußleitung der Steuerkammer geschlossen wird, pflanzt sich der vor dem
Verschlußglied herrschende Staudruck in die Steuerkammer und von dort auch in die
Fluidkammer fort, wodurch der Druckübersetzerkolben beginnt, die ursprünglich nur
geringfügig oder gar nicht gespannte Feder zu komprimieren, vorzugsweise auf einen
bestimmten, einer Sicherheitsschaltung entsprechenden Wert von beispielsweise 5
bar. Bei begrenzter Hubstrecke muß dabei die Druckübersetzung lediglich so gewählt
sein, daß der volle Hub des Widerlagers durchfahren wird und so die Feder auf den
gewählten Wert von beispielsweise 5 bar gespannt werden kann.
-
Das Druckvorsteuerventil zwischen der Anschlußleitung der Steuerkammer
und dem Pumpenrücklauf braucht in diesem Falle nur so eingestellt zu werden, daß
in der Fluidkammer der für den beschriebenen Schaltvorgang erforderliche Schaltdruck
aufgebracht werden kann. Man kann daher ein Druckvorsteuerventil mit dem Verhältnis
zum erfindungsgemäßen Leerlaufventil kleiner Dimensionierung und Auslegung verwenden.
-
Ganz entsprechend können im wesentlicheren Fall der Anwendung der
Erfindung bei einem Druckregelventil der ebenfalls weiter oben beschriebenen Art
(gemäß deutsche Patentschrift 1 648 012 und Anspruch 10) eine optimale Auslegung
sowohl auf den
ersten Betriebszustand des Leerlaufbetriebs als auf
den zweiten Betriebszustand der Mengenregelung eines Steuerventils eingestellt werden.
-
Hierbei kann wiederum im ersten Betriebszustand des Leerlaufsbetriebs
die Federbelastung des Verschlußgliedes Null oder sehr klein, z. B. höchstens 2
bar, sein oder gar ein ständig offener Querschnitt im Hydraulikkanal des Leerlaufventils
ohne Drosselung im Sinne von Anspruch 3 vorgesehen sein. Auch hierbei kann man also
im Leerlaufbetrieb die Verlustleistung im Leerlaufventil minimal oder gar auf die
reinen Strömungswiderstände im sonstigen Leitungssystem beschränkt halten. Trotzdem
läßt sich durch entsprechende Auslegung der Druckübersetzung erreichen, daß nicht
wie bisher ein Druckabfall von etwa 8 bar an der Regelblende des Steuerventils im
zweiten Betriebszustand erzeugt wird, sondern ein Mehr- oder Vielfaches davon, gegebenenfalls
um eine Größenordnung oder mehr. Auf diese Weise können extrcm hohe Mengendurchsätze
durch die durch das erfindungsgemäße Druckregelventil geregelte Steuerschleberöffnung
hindurchgebracht werden. Durch den in jedem Fall gleichen Hub des Widerlagers gemäß
AnspruchS wird dabei wiederum, wie bereits im oben beschriebenen Fall der vorzugsweisen
Ausbildungsform als Sicherheitsventil, eine genau definierte Federvorspannung des
Verschlußgliedes im zweiten Betriebszustand erreicht, so daß auch die Mengenregelung
in einem genau definierten Druckabfall an der Regelblende des Steuerschiebers und
damit auch mit definiertem Durchsatzverhältnis erfolgt.
-
Vorzugsweise kann man in allen Fällen die Verschiebestrecke des Widerlagers
verstellen und so sowohl den kritischen Punkt eines Sicherheitsventils als auch
den Arbeitsdruckabfall an der Regelblende des mengengeregelten Steuerschiebers nach
Bedarf wählen.
-
Es sei noch erwähnt, daß auch dann, wenn im ersten Betriebszustand
des Leerlaufbetriebes die Federbelastung weniger als 3 bar beträgt, durch die Erfindung
noch ein technischer Fortschritt gegenüber bekannten Leerlaufventilen, insbesondere
in Ausbildung als Sicherventil oder Druckregelventil, erreicht werden kann; möglichst
soll jedoch die Federbelastung im Leerlaufzustand höchstens 2 bar, vorzugsweise
weniger oder gleich Null sein, so daß praktisch nur Leitungswiderstände im Leerlaufstrom
noch Leistungsverluste auftreten.
-
Bezüglich des erforderlichen Schaltdrucks in der Fluidkammer sei
bemerkt, daß dieser auch mindestens die erforderlichen Reibungswiderstände überwinden
muß, einschließlich des Reibungswiderstandes des Druckübersetzerkolbens oder anderer
Schaltkolben. In der Praxis wird beispielsweise bei der Anwendung der Erfindung
auf ein Druckregelventil für einen Steuerschieber zum Zuschalten der Federbelastung
des Verschlußgliedes in Schließrichtung im zweiten Betriebszustand ein Mindestdruck
in dem der Hydraulikpumpe zu verbindenden Verbraucheranschluß des Steuerschiebers
vorhanden sein, von dem der Steuerdruck der Steuerkammer des Leerlaufventils bzw.
Druckregelventils abgeleitet wird, z. B. ein Druck von 5 bis 6 bar (bzw. atü).
-
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an drei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen axialen
Schnitt eines Leerlaufventils gemäß der Erfindung als Mengenregelventil für einen
nur als Prinzipschaltbild dargestellten 4/3-Steuerschieber, Fig. 2 eine abgewandelte
Ausführungsform eines Leerlaufventils gemäß der Erfindung, zugleich als Sicherheitsventil
für zwei 4/3-Steuerschieber, und Fig.3 dieselbe Bauart des Leerlaufventils, zugleich
als Sicherheitsventil, wie in Fig.2 ganz allgemein zur Leerlaufsteuerung eines hydraulischen
Verbrauches.
-
Die bedeutsamste Anwendung eines erfindungsgemäßen Leerlaufventils
ist die des Druckregelventils gemäß Fig. 1, die daher zuerst beschrieben werden
soll.
-
Das im ganzen mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Leerlaufventil
ist mit dem nur durch ein Prinzipschaltbild dargestellten 4/3Steuerschieber 12 über
hydraulische Leitungen 14 verbunden. Eine besonders bevorzugte praktische Ausführungsform
besteht in einem sandwichhaften Zusammenflanschen des als Druckwaage dienenden Leerlaufventils
10 und des 4/3-Steuerschiebers 12, die jeweils in einem Gehäuseblock angeordnet
sind, und einer zusammenhängenden mengengeregelten Steuerschiebereinheit, die gegebenenfalls
noch durch weitere angeflanschte Steuerschieber weiter ergänzt sein kann. Eine mögliche
Bauart des Steuerschiebers 12 oder mehrerer hintereinander geschalteter derartiger
Steuerschieber ist die der deutschen Patentschrift 1 648 012. Es kommt jedoch auch
eine Vielzahl anderer bekannter Bauarten mengengeregelter Steuerschieber in Frage.
-
Das Leerlaufventil 10 weist ein Gehäuse 16 auf, das gegebenenfalls
in bekannter Weise mehrteilig aufgebaut sein kann.
-
Das Gehäuse 16 weist eine Bohrung 18 auf, in der ein hohlkolbenförmiges
Verschlußglied 20 axial geführt ist. Die Stirnseite 22 des Verschlußgliedes 20 liegt
mit ihrem zentralen Bereich einem Abschnitt 24 des Eingangs 26 des hydraulischen
Kanals 28 gegenüber, der sich von dem Bereich 24 aus in einen Ringkanal 30 fortsetzt,
der sich rings um die Umfangsseite des Verschlußgliedes 20 erstreckt und in einen
Ausgang 32 des Hydraulikkanals 28 ausmündet. In der dargestellten Stellung des Verschlußgliedes
20 wirkt der Rand von dessen Stirnfläche 22 abdichtend mit einem Ventilsitz 33 zusammen,
der von einer ringförmigen Erweiterung des Bereiches 24 des Hydraulikkanals angrenzend
an den Ringkanal 30 gebildet ist. Es versteht sich, daß der Ventilsitz in irgendeiner
bekannten Weise im einzelnen gestaltet sein kann.
-
An der Rückseite des Verschlußgliedes 20 liegt eine Schraubenfeder
34 an, die mit dem Verschlußglied 20 in der Bohrung 18 axial ausgerichtet ist, in
den Hohlkolben des Verschlußgliedes 20 eingreift und sich einerseits an der Innenseite
der Stirnfläche 22 des Verschlußgliedes 20 und andererseits an einem Widerlager
36 abstützen kann. In der gezeigten geschlossenen Stellung des Leerlaufventils 10
ist die Vorspannung der Schraubenfeder 34 zwischen Rückseite der Stirnfläche 22
des Verschlußgliedes 20 und dem Widerlager 36 entweder nur sehr klein, z. B.
-
höchstens 3 bar und möglichst höchstens oder unter 2 bar, oder annähernd
oder vollständig gleich Null.
-
Es sei bemerkt, daß der dem Verschlußglied 20 abgewandte Teil der
Schraubenfeder und das Widerlager in einer verjüngten Fortsetzungsbohrung 38 der
Bohrung 18 angeordnet sind; die Fortsetzungsbohrung 38 fluchtet axial mit der Bohrung
18 und bildet zusammen mit dieser eine Steuerkammer 40.
-
Die Steuerkammer 40 weist eine Anschlußleitung 42 auf, die sich in
zwei Anschlüsse 44 und 46 im Gehäuse 16 gabelt.
-
Das Gehäuse 16 weist einen gegebenenfalls in nicht dargestellter
Weise angeflanschten Fortsatz 48 auf, in welchem eine Fluidkammer 50 angeordnet
ist, die einerseits von dem Gehäuse 48 und andererseits von der großen Kolbenfläche
52 eines Druckübersetzerkolbens 54 begrenzt ist.
-
Die große Kolbenfläche 52 des Druckübersetzerkolbens 54 ist an einem
Kolbenteil 56 angebracht, welcher durch die Umfangsdichtung 58 abgedichtet und einer
Fortsetzungsbohrung 60 der Steuerkammehr 40 dichtgeführt ist; die Fortsetzungsbohrung
60 ist jedoch von der Steuerkammer 40 durch eine Zwischenwand 62 getrennt. Auf der
der Steuerkammer 40 zugewandten Seite setzt sich der Kolbenteil 56 in einer Kolbenstange
64 fort, die durch eine Ringdichtung 66 in der Zwischenwand 62 abgedichtet bis in
die Steuerkammer 40 ragt und dort mit dem Widerlager 36 verbunden ist. Das Widerlager
36 ragt frei in die Steuerkammer 40 hinein. Die wirksame kleine Kolbenfläche desDruckübersetzerkolbens
54 ist daher nur der Querschnitt der Kolbenstange 64, welcher in die Steuerkammer
38 hineinragt, da ja das Widerlager 36 im äußeren Umfangsbereich auch rückseitig
von dem Hydraulikfluid in der Steuerkammer 40 beaufschlagt wird.
-
Der zwischen dem Kolbenteil 56, der Zwischenwand 62 und dem Fortsatz
48 des Gehäuses sowie der Kolbenstange 64 eingeschlossene Ringraum 68 ist durch
eine seitliche Öffnung 70 ständig druckentlastet.
-
Die große Kolbenfläche 52 des Druckübersetzerkolbens 54 ist durch
eine in diesem vorgesehene axiale Bohrung 72, welche bis zur kleinen Kolbenfläche
des Druckübersetzerkolbens 54, d. h. dem dem Querschnitt der Kolbenstange 64 entsprechenden
zentralen Bereiches des Widerlagers 36 führt, ständig verbunden.
-
Eine Hydraulikpumpe 74, insbesondere für Hochdruckhydraulik mit Drücken
bis zu 800 bar und mehr, weist eine Ausgangsleitung 76 sowie einen Pumpenrücklauf
78 auf. Mit 80 ist der Pumpensumpf der Hydraulikpumpe 74 kenntlich gemacht.
-
Die Druckleitung 76 ist ständig einerseits über eine Zweigleitung
82 mit dem Eingang 26 des Hydraulikkanals 28 und andererseits über eine Fortsetzungsleitung
84 und ein in Richtung zur Hydraulikpumpe 74 schließendes Rückschlagventil 86 mit
dem Pumpeneingang 88 eines 4/3-Steuerschiebers, beispielsweise der Bauart gemäß
deutscher Patentschrift 1648012, versehen, dessen Rücklaufanschluß 92 über die Leitung
94 ständig mit dem Pumpenrücklauf 78 verbunden ist. Ebenso ist der Ausgang 32 über
eine Leitung 96 ständig mit der Leitung 94 und damit mit dem Pumpenrücklauf verbunden.
-
Wie aus dem Schaltbild des 4/3-Steuerschiebers 90 zu ersehen ist,
sind dessen Pumpenanschluß 88 und dessen Rücklaufanschluß 92 paarweise mit den beiden
Verbraucheranschlüssen 98 und 100 verbindbar, die mit zwei Anschlußleitungen 102
und 104 beispielsweise eines doppeltwirkenden Hydraulikkolbens in Verbindung stehen.
-
Man erkennt, daß in der im mittleren Feld des Schaltbildes des Steuerschiebers
wiedergegebenen Neutralstellung die Verbindung zwischen Pumpenanschluß 88 und Rücklaufanschluß
92 einerseits und
den beiden Verbraucheranschlüssen 98 und 100 andererseits gesperrt
ist, während sie in der einen Betriebsstellung gemäß dem rechten Feld unter Verbindung
des Pumpenanschlusses 88 mit dem Verbraucheranschluß 100 und des Verbraucheranschlusses
98 mit dem Rückflußanschluß 92 und in der reziproken anderen Betriebsstellung gemäß
dem linken Feld unter Verbindung des Pumpenanschlusses 88 mit dem Verbraucheranschluß
98 und des Verbraucheranschlusses 100 mit dem Rücklaufanschluß 92 geöffnet sind.
-
Das Steuerventil 90 weist ferner einen Hilfssteuerkanal 106 auf,
der in der dem mittleren Feld des Schaltbildes entsprechenden Neutralisierung eine
an den Anschluß 44 angeschlossene Leitung 108 durch den Hilfssteuerkanal 106 mit
einer weiterführenden LeerlaufleitungllO verbindet, die in den Pumpenrücklauf 78
einmündet. Wie aus den beiden anderen, den Arbeitsstellungen des Steuerschiebers
90 entsprechenden Feldern hervorgeht, ist dieser Hilfssteuerkanal 106 in den beiden
Arbeitsstellungen des Steuerventils 90 gesperrt.
-
Der Steuerschieber 90 weist jedoch noch zwei weitere Hilfssteuerkanäle
112 und 114 auf.
-
Der in den beiden anderen Stellungen des Steuerventils 90 geschlossene
Hilfssteuerkanal 112 verbindet in der Arbeitsstellung des Steuerschiebers 90, die
dem in Fig. 1 rechten Feld des Schaltbildes entspricht, eine Abzweigung 116 des
Verbraucheranschlusses 100 mit dem einen Ast 118 einer sich gabelnden Leitung 120,
die zu dem Anschluß 46 der Anschlußleitung 42 zur Steuerkammer 40 führt und in der
verbraucherseitig eine Drossel 122 eingeschaltet ist.
-
Entsprechend verbindet der Hilfssteuerkanal 114 im Steuerschieber
90, der sonst geschlossen ist, in der Arbeitsstellung des Steuerschiebers 90, welche
dem in F i g. 1 linken Feld der Schaltbilddarstellung entspricht, eine Abzweigung
124, die wiederum über eine Drossel 126 an den Verbraucheranschluß 98 angeschlossen
ist, mit dem anderen Ast 128 der Leitung 120, welche zur Steuerkammer 40 führt.
-
Zur Vervollständigung der Beschreibung des Schaltbildes des Steuerschiebers
90 sei noch dessen Betätigungseinrichtung 130, z. B. ein Hebelgehäuse oder eine
elektromagnetische Betätigung, sowie die dagegen wirkende Federkraft 132 erwähnt.
-
An die Leitung 108 ist ein lediglich durch ein Schaltsymbol dargestelltes
Druckvorsteuerventil 134 angeschlossen.
-
Der Hub des Verschlußteils 20 im Leerlaufventil 10 ist durch Anschlag
an der Ringschulter 136 zwischen der Bohrung 18 und deren Fortsetzung 38 so begrenzt,
daß dasVerschlußteil unter dem im Bereich 24 des Hydraulikkanals 28 anstehenden
Druck gegebenenfalls ganz aus dem Bereich des Ringraums 30 herausgedrückt werden
kann.
-
Bei einer einfachsten Bauart des Leerlaufventils 10 ist der Hub des
Druckübersetzerkolbens 64 durch Anschlag des Kolbenteils 56 an der Zwischenwand
62 definiert. Man kann jedoch auch in nicht im einzelnen zeichnerisch dargestellter
Weise eine verstellbare Hubbegrenzung vorsehen, die mit einem Bereich des Druckübersetzerkolbens
64 zusammenwirkt, z. B.
-
mit dessen Kolbenteil 56 oder auch mit dem scheibenförmig die Kolbenstange
erweiternden Widerlager 36, gegebenenfalls auch an einem gesonderten Fortsatz anschlagen.
-
Man erkennt schließlich, daß das Druckvorsteuerventil
134
zwischen der Leitung 108 und dem zeichnerisch nochmals dargestellten Ölsumpf 80,
also dem Pumpenrücklauf, angeordnet ist.
-
Es versteht sich, daß ein Großteil der dazugehörigen Leitungen, z.
B. die Leitungen 108, 120, 96 und 82 sowie 76 und 94, Bohrungen in entsprechenden
Gehäuseblöcken einer Sandwicheinheit sein können, desgleichen die Anschlüsse 98,
100 sowie die Rücklaufleitung 110 und damit verbundene Leitungsabschnitte.
-
Die Funktion dieses als Mengenregelventil oder Druckwaage vorgesehenen
Leerlaufventils 10 ist folgende: Im ersten Betriebszustand gemäß der zeichnerischen
Darstellung fließt ein Leerlaufstrom von der Hydraulikpumpe 74 durch die Leitung
82, den Anschluß 26 und den Bereich 24 des Hydraulikkanals 28, den Ringraum 30,
dessen Ausgang 32 sowie die Leitungen 96 und 94 zum Pumpenrücklauf 78. Dieser Leerlaufstrom
arbeitet einerseits gegen durch Reibung bedingte Leitungswiderstände, andererseits
gegen die Belastung des Verschlußgliedes 20 durch die am Widerlager 36 abgestützte
Schraubenfeder 34.
-
Man kann jedoch hier die Belastung bzw. Vorspannung dieser Schraubenfeder
minimal halten, z. B.
-
höchstens 3 bar, möglichst unter 2 bar, oder gar annähernd oder ganz
auf null. Es ist sogar denkbar, abweichend von der zeichnerischen Darstellung in
dem Leerlaufbetrieb entsprechendem Normalzustand das Verschlußglied 20 ganz aus
dem Hydraulikkanal 28 zurückzuziehen, indem man es an der Ringschulter 136 zur Anlage
bringt und entweder eine entsprechend kürzere Schraubenfeder 34 vorsieht oder das
Widerlager dementsprechend weiter vom Ventilsitz weg verlegt. Dabei ist also im
Leerlaufbetrieb die durch die Schraubenfeder 34 bewirkte Belastung des Leerlaufstromes
entweder minimal oder gar gleich null und nur auf die auf Reibung zurückzuführenden
Strömungswiderstände beschränkt.
-
In diesem ersten Betriebszustand ist die Steuerkammer 40 über die
Anschlußleitung 42, die Leitung 108, den Hilfssteuerkanal 106 und die Leitung 110
zum Pumpenrücklauf 78 hin druckentlastet. Da die Steuerkammer 40 ständig über die
axiale Bohrung 72 mit der Fluidkammer 50 verbunden ist, ist auch diese druckentlastet,
so daß der Druckübersetzerkolben 64 in diesem Zustand unwirksam ist und sich in
der in Fig. 1 gezeichneten linken, am weitesten zurückgezogenen Stellung befindet.
-
Dieser erste Betriebszustand setzt die Neutralstellung gemäß dem
mittleren Feld der Schaltungsdarstellung des Ventilschiebers 90 voraus.
-
Wenn hingegen der Ventilschieber 90 in eine seiner beiden Betriebsstellungen
verschoben wird, die einem der beiden äußeren Felder der Schaltungsdarstellung entsprechen,
wird der Hilfssteuerkanal 106 geschlossen und statt dessen die Steuerkammer 40 über
den Anschluß 46 und einen der beiden anderen Hilfssteuerkanäle 112 oder 114 mit
einem der Verbraucheranschlüsse 98 oder 100 verbunden, je nachdem, welcher dieser
Verbraucheranschlüsse in dieser Arbeitsstellung mit der Hydraulikpumpe 74 in Verbindung
steht. Dadurch baut sich in der Steuerkammer 40 der an dem betreffenden, mit der
Hydraulikpumpe 74 verbundenen Verbraucheranschluß 98 oder 100 herrschende Druck
auf. Dieser Druck pflanzt sich durch die axiale Bohrung 72 im Druckübersetzerkolben
54 nun in die Fluidkammer 50 fort und belastet
die große Kolbenfläche 52 des Druckübersetzerkolbens,
wodurch dieser in Richtung auf die Steuerkammer 40 hin bewegt wird, bis das Kolbenteil
56 entweder an der Zwischenwand 62 oder an einem anderen, gegebenenfalls einstellbaren
Anschlag zur Ruhe kommt. Gleichzeitig bewegt sich dabei das Widerlager 36 für die
Schraubenfeder 34 in Richtung auf das Verschlußteil 20 und komprimiert dabei die
Schraubenfeder 34 entsprechend. In diesem zweiten Betriebszustand ist also die Vorspannung
der Schraubenfeder entsprechend dem Hub des Druckübersetzerkolbens 54 bzw. der zurückgelegten
Wegstrecke des Widerlagers 36 um einen definierten Wert erhöht.
-
Nun stellt sich das Verschlußglied 20 stets so ein, daß die Summe
aus dem in der Steuerkammer 40 herrschenden Druck, also im wesentlichen dem Druck
des mit der Hydraulikpumpe verbundenen Anschlusses, zuzüglich des durch die Verschiebung
des Druckübersetzerkolbens erhöhten Drucks durch die Federbelastung der Schraubenfeder
34 im Gleichgewicht steht mit dem im Bereich 24 vor der Stirnfläche 22 des Verschlußgliedes
20 anstehenden Druck, der durch die Hydraulikpumpe 74 aufgebaut wird.
-
Jeder Überdruck führt zu einem Abheben des Verschlußgliedes 20 von
seinem Sitz 34 und einer entsprechenden Abführung von überschüssiger Hydraulikflüssigkeit
durch den Ausgang 32 des Hydraulikkanals 28 zum Pumpenrücklauf 78, während bei einer
Tendenz zu einem niederen Druck die Hydraulikpumpe 74 jeweils die erforderliche
Hydraulikfluidmenge nachbringt. Auf diese Weise stellt sich in dem Bereich 24 des
Hydraulikkanals 28 und der Steuerkammer 40 stets genau der Druck der im zweiten
Betriebszustand komprimierten Schraubenfeder 34 ein, der gleichzeitig an der Regelblende
des Steuerventils 90, d. h. dessen Durchgangsöffnung vom Pumpenanschluß 88 zum betreffenden
Verbraucheranschluß 98 oder 100, abfällt. Durch den definierten Druckabfall und
die definierte Öffnung des Steuerschiebers ergibt sich ein definierter Mengendurchfluß
durch den Steuerschieber, und dieser läßt sich durch die Verstärkung der Kompression
der Schraubenfeder 34 gegenüber dem ersten Betriebszustand auf hohe Werte einstellen.
-
Zusammenfassend erhält man also so ihm ersten Betriebszustand, also
im Leerlaufbetrieb, eine vernachlässigbare oder gar nicht vorhandene nachteilige
Belastung des Verschlußgliedes durch Federvorspannung, im Fall der Mengenregelung
im zweiten Zustand, d. h. im Betriebszustand des Steuerschiebers 90, jedoch eine
nach Belieben hoch wählbare Federvorspannung des Verschlußgliedes 20 und damit auch
einen nach Belieben hohen Mengendurchsatz durch den Steuerschieber 90.
-
Das Druckvorsteuerventil 134 ergänzt dabei die Funktion der Druckwaage
noch durch die zusätzliche Funktion eines Sicherheitsventils.
-
Die F i g. 2 und 3 zeigen eine andere Ausführungsform eines Leerlaufventils
in verschiedenem Zusammenbau mit zusätzlichen hydraulischen Elementen.
-
In beiden Ausführungsformen dient das Leerlaufventil zugleich als
Sicherheitsventil. Nachfolgend sei zunächst der Aufbau des Leerlaufventils beschrieben.
-
Dabei werden trotz im einzelnen abweichender Details für gleichartige
Bauelemente dieselben Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 verwendet.
Für diese gleichartigen Bauelemente wird auch auf eine erneute Beschreibung verzichtet
und
statt dessen auf die entsprechende Beschreibung der Ausführungsform
gemäß Fig.1 verwiesen. Dies gilt für alle in F i g. 2 mit Bezugszeichen unter 200
bezeichneten Teile. Das ganze Lerlaufventil ist in Fi g. 2 jedoch wegen der vorhandenen
konstruktiven Abweichungen mit 210 bezeichnet. Genau dasselbe Leerlaufventil ist
auch in F i g. 3 verwendet und dort nicht nochmals beschrieben.
-
Das gleiche gilt für die Bauelemente, die an das Leerlaufventil 210
in Fig. 2 oder 3 angeschlossen sind und mit Bezugszeichen unter 200 beschrieben
sind.
-
Die wesentlichen Unterschiede gemäß der Ausführungsform gemäß F i
g. 1 sind folgende: Ein nur äußerlicher Unterschied besteht darin, daß zwei 4/3-Steuerschieber
12 vorgesehen sind. Dies wäre jedoch, ebenso wie eine höhere Anzahl von Steuerschiebern,
auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 möglich, indem man dann in der Normalstellung
die ersten Hilfssteuerkanäle 106 jeweils in dem in F i g. 2 gezeichneten Sinne hintereinanderschaltet
und so im ersten Betriebszustand stets die Steuerkammer 40 mit dem Pumpenrücklauf
110 bzw. 78 verbunden hält.
-
Der entscheidende Unterschied gegenüber der Ausführungsform gemäß
F i g. 1 besteht darin, daß in F i g. 2 das Leerlaufventil 210 nicht mehr als Differenzdruckwaage
bzw. Druckregelventil Verwendung findet, sondern lediglich noch als Leerlaufventil
mit der zusätzlichen Funktion eines Sicherheitsventils infolge des zugeschalteten
Druckvorsteuerventils 134.
-
Dementsprechend sind auch die 4/3-Steuerventile 12 in anderer Bauart
nur noch mit zwei Hauptsteueröffnungen versehen, welche paarweise den Pumpenanschluß
88 und den Rücklaufanschluß 92 mit den beiden Verbraucheranschlüssen 98 bzw. 100
verbinden und nur den einen Hilfssteuerkanal 106 aufweisen, während die beiden weiteren
Hilfssteuerkanäle 112 und 114 der Ausführungsform gemäß F i g. 1 in Fortfall gekommen
sind. Die verschiedene Bauart der 4/3-Steuerschieber 12 wird daher in Fig.2 auch
durch das neueBezugszeichen 290 kenntlich gemacht.
-
Es handelt sich also um eine vereinfachte übliche Ausführungsform
eines 4/3-Steuerschiebers.
-
Aus dem gleichen Grunde entfällt auch die Gabelung der Anschlußleitung
42 an die Steuerkammer 40 des Leerlaufventils 210.
-
Wiederum ist der Eingang des Hydraulikkanals 28 ständig mit der Hydraulikpumpe
76 und der Ausgang 32 des Hydraulikkanals 28 ständig mit dem Pumpenrücklauf 78 verbunden.
-
Bei der Ausführungsform des Leerlaufventils 210 ist jedoch im gezeichneten
ersten Betriebszustand die Modifikation dargestellt, die bereits im Zusammen hang
mit F i g. 1 angesprochen wurde, bei der nämlich die Stirnseite 22 des Verschlußgliedes
20 ständig einen solchen Abstand zum Ventilsitz 33 hat, daß auch im ersten Betriebszustand
des Leerlaufbetriebes keinerlei Drosselung am Übergang vom Bereich 24 des Hydraulikkanals
28 durch den Ringkanal 30 bis zum Ausgang 32 des Hydraulikkanals 28 erfolgt und
somit der Leerlauf nur noch durch Strömungswiderstände des Leerlaufkreislaufes belastet
ist. Die Schraubenfeder 34 ist also in der ersten Betriebsstellung völlig entlastet.
Wie man aus Fig.2 ersehen kann, ist es dabei nicht nötig, daß das Verschlußglied
20 bis zum Anschlag an der Schulter 136 kommt, wenn man auch die Anordnung so treffen
kann, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 dargelegt wurde.
-
Der entscheidende Unterschied in der Funktionsweise des Leerlaufventils
210 besteht darin, daß nicht mehr eine Umsteuerung von der Verbraucherseite her
durch einen der zusätzlichen Hilfssteuerkanäle 112 oder 114 der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 erfolgen kann, da diese Hilfssteuerkanäle ja bei den Ventüschlebern
290 nicht vorhanden sind. Statt dessen wird in beiden Arbeitszuständen des jeweiligen
Ventilschiebers 290 die Anschlußleitung 42 an die Steuerkammer 40 abgesperrt, während
sie im ersten Betriebszustand mit dem auch hier vorgesehenen Hilfssteuerkanal 106,
wie bereits erwähnt, mit dem Pumpenrücklauf 78 verbunden und dann druckentlastet
ist.
-
Zur Zuschaltung der Federbelastung des Verschlußgliedes in Schließrichtung
im zweiten Betriebszustand ist in Anpassung an die gegenüber Fig. 1 abgeänderten
Verhältnisse folgende Konstruktionsänderung vorgesehen: Während bei dem Leerlaufventil
10 gemäß F i g. 1 die Stirnfläche des Verschlußgliedes 20 geschlossen ist, ist sie
bei dem Leerlaufventil 210 mit einer Düse 212 durchbrochen, welche das durch den
Eingang 26 und über den Bereich 24 des Hydraulikkanals 28 zur Stirnseite 22 des
Verschlußgliedes geführte und dort angestaute Hydraulikfluid in einem gegenüber
dem Abfluß durch den Ausgang 32 des Hydraulikkanals 28 kleinen Nebenschluß in die
Steuerkammer 40 eintreten läßt. Im ersten Betriebszustand des Leerlaufbetriebes
ist dann der Abflußquerschnitt durch die Anschlußleitung 42 sowie die Hilfssteuerkanäle
106 zum Pumpenrücklauf 110 größer, so daß das Fluid schneller abfließt, als es zugeführt
wird, und dadurch dann in der Steuerkammer 40 annähernd ein druckentlasteter Zustand
herrscht. Wenn jedoch die Anschlußleitung 42 durch Verschiebung eines der Ventischieber
290 in eine seiner Arbeitsstellungen geschlossen wird, pflanzt sich der vor der
Stirnfläche 22 des Verschlußgliedes 20 angestaute Druck durch die Düse 212 in die
Steuerkammer 40 und über die axiale Bohrung 72 bis in die Fluidkammer 50 fort und
führt wegen der Druckübersetzung durch den Druckübersetzerkolben 54 dann zu einer
Verschiebung des Druckübersetzerkolbens 54 in Richtung zur Steuerkammer bis zum
Anschlag an der Zwischenwand 62 oder einem anderen, gegebenenfalls verstellbaren,
Anschlagglied. Dabei verschiebt sich auch das Widerlager 36 und verschiebt dabei
gegebenenfalls erst die Schraubenfeder 34 bis in Anlage am Verschlußglied 20, dann
zusammen mit dem Verschlußglied bis zu dessen Anlage am Ventilsitz 33 und schließlich
bis zu einer definierten weiteren Kompression. Dabei stellt das Druckvorsteuerventil
134 gleichzeitig die Funktion des Leerlaufventils als Sicherheitsventil sicher,
da der Druckaufbau in der Steuerkammer 40 durch das Druckvorsteuerventil 134 begrenzt
wird. Sobald alle Ventilschieber jedoch wieder in Neutralstellung überführt werden,
kann der in der Steuerkammer 40 und auch in der Fluidkammer 50 aufgebaute Druck
wieder über den Hilfssteuerkanal 106 zum Pumpenrücklauf 110 entweichen, und der
erste Betriebszustand des Leerlaufbetriebes stellt sich wieder ein. Dabei bewirkt
der Staudruck, der von der Hydraulikpumpe 74 aus auch im Leerlaufbetrieb vor die
Stirnfläche des Verschlußgliedes 20 ausgeübt wird, die Rückführung des Verschlußgliedes
20 in die in Fig. 2 gezeichnete Ausgangsstellung.
-
Bei dieser Ausführungsform läßt sich mit einem
klein
dimensionierten und ausgelegten Vorsteuerventil 134 mit dem Leerlaufventil 210 zugleich
die Funktion eines Sicherheitsventils erreichen, das bei vorgegebener Federspannung
34 den Hydraulikkanal 28 öffnet und Hydraulikfluid zum Pumpenrücklauf abfließen
läßt. Dabei wird im allgemeinen nicht wie im Fall der Differenzdruckwaage gemäß
Fig. 1 eine sehr hohe Druckdifferenz durch entsprechende Kompression der Schraubenfeder
34 aufgebaut werden müssen, vielmehr werden Vorspannungen im Bereich von etwa 5
bar ausreichen. Die Druckübersetzung ermöglicht es jedoch, einerseits im Leerlaufbetrieb
die Belastung noch weniger spürbar als bisher zu machen und andererseits mit kleineren
Federn und im ganzen kleinerer Dimensionierung Sicherheitsventile für solche Leistungen
zu schaffen, die man sonst nur mit größeren Sicherheitsventilen mit Leerlaufschaltug
erreichen konnte.
-
Es versteht sich, daß auch die verschiedenen Ventilelemente gemäß
F i g. 2 in entsprechenden Ventil-
blöcken sandwichartig zusammengeschaltet werden
können.
-
In F i g. 3 sind die Verhältnisse von F i g. 2 unter Verwendung desselben
Leerlaufventils 210 weiter abstrahiert, indem auf 4/3-Steuerschieber gänzlich verzichtet
ist und lediglich mit der Leitung 310 symbolisch ein Anschluß an irgendeinen hydraulischen
Verbraucher wiedergegeben ist. Die Steuerfunktion der Steuerkammer 40 übernimmt
hier an Stelle der Ventüschieber 290 mit ihrem Hilfssteuerkanal 106 ein einfaches
2/2-Absperrventil 312 mit Magnetbetätigung 314 gegen Federrückstellung316. Im übrigen
sind die Fuktionen des Leerlaufventils 210 voll analog denen, wie sie in Zusammenhang
mit F i g. 2 beschrieben sind.
-
Es sei noch bemerkt, daß an die Stelle der Düse 212 auch eine entsprechend
gedrosselte Nebenschluß-Verbindungsleitung im Gehäuse 16 zwischen Steuerkammer 40
und dem Bereich 24 des Hydraulikkanals 28 treten kann.