DE2533164C3

DE2533164C3 - Hydraulische Steuereinrichtung für ein Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE2533164C3
Application number: DE2533164A
Authority: DE
Inventors: Hans 4041 Delrath Breidenbach
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1975-07-24
Publication date: 1982-02-11
Also published as: IT1066587B; BE844489A; US4119016A; FR2319038A1; DE2533164A1; GB1500878A; CA1053121A; DE2533164B2; FR2319038B1; JPS5215968A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung für mindestens einen Verbraucher mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der CH-PS 78 164 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen hydraulischen Niveauregler an Pumpenanlagen, der mittels Drosselung arbeitet und als federbelasteter Schieber ausgebildet ist. Die zum Schwimmerventil führende zweite Steuerleitung verläuft bei dieser bekannten Bauart in einer Längsbohrung des Schiebers, die an dessen oberem Ende von einer mit dem Hebel des Schwimmers verbundenen, aufgesetzten und mit in den Flüssigkeitstank einmündenden Öffnungen versehenen Kappe verdeckt ist.

Bei steigendem Niveau hebt der Schwimmer über den Hebel die Kappe, die darauf die in den Flüssigkeitstank einmündenden Öffnungen schließt, wodurch sich unterhalb des Schiebers ein Druck aufbaut, der den Schieber entgegen der auf seinen oberen Kolbenabschnitt wirkenden Federkraft nach oben drängt und den Durchfluß zum Verbraucher freigibt, bis das Niveau zu steigen aufgehört hat Bei sinkendem Niveau öffnet die vom Schwimmerhebel betätigte Kappe die in den

ίο Flüssigkeitstank einmündenden öffnungen, wodurch der Druck unterhalb des Kolbenabschnitts sinkt, der Schieber durch die Federkraft abgesenkt und der Durchfluß zum Verbraucher gedrosselt wird Ein weiteres Absinken des Flüssigkeitsniveaus wird hier durch unterbrochen.

Dadurch, daß die vom Schwimmerhebel betätigte Kappe am oberen Ende des Schiebers angeordnet ist, verlangt die bekannte Bauart eine senkrechte Einbaulage in unmittelbarer Nähe des Schwimmerhebels, bei der der als Stufenkolben ausgebildete Schieber mit seinem oberen Kolbenabschnitt den Kolben für das Schwimmerventil bildet, um mit der vom Schwimmerhebel betätigten Kappe zusammenwirken zu können. Dies hat aber den entscheidenden Nachteil, daß, insbesonde re wenn die hydraulische Steuereinrichtung an einem Fahrzeug angewandt werden soll, nicht immer der nötige Einbauraum zur Verfügung steht, zumal wenn der Schwimmer an einer schwer zugänglichen Stelle im oder am Flüssgikeitstank angeordnet ist.

Hydrauliksysteme müssen gegen Auftreten unzulässiger Betriebszustände abgesichert sein. Gegen zu hohe Drücke werden sie dadurch abgesichert, daß auf der Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle ein Sicherheitsventil eingeschaltet ist Hydrauliksysteme sind aber nicht nur gegen zu hohe Drücke abzusichern, sondern auch gegen Druckflüssigkeitsverlust aufgrund eines Leitungsbruchs im Hydrauliksystem bzw. am Verbraucher, aber auch in solchen Fällen, in denen von vornherein ein zu geringes Flüssigkeitsvolumen vorhan den ist.

Bei dem aus der CH-PS 3 78 164 bekannten Niveauregler wird der Durchfluß zum Verbraucher im Falle eines absinkenden Flüssigkeitsniveaus infolge beispielsweise Leckverlust lediglich gedrosselt. Es gehl

also ständig Druckflüssigkeit verloren, was mitunter vom Fahrer eines Fahrzeugs nicht bemerkt wird. Hieran ändert sich auch nichts, wenn bei dem bekanntem Niveauregler eine vom unteren Kolbenabschnitt des Schiebers gesteuerte Rückströmöffnung vorgesehen ist, durch die bei kleinen Durchflüssen ein Teil der Flüssigkeit in den Flüssigkeitstank zurückfließen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit baulich einfachen Mitteln sowohl gegen Druckflüssigkeitsverluste infolge Leitungsbruch als auch gegen unzulässig hohe Flüssigkeitsdrücke in optimaler Weise abgesichert ist und die sich auch nachträglich einbauen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird in besonders vorteilhafter und einfacher Weise unter Verwendung äußerst weniger Bauelemente eine doppelte Absicherung des Hydrauliksystems erzielt es Durch das bei Druckabfall in der Sfeuerkammer infolge insbesondere durch Leckverluste auftretendem Flüssigkeitsmangel automatisch zur Kurzschlußleitung schaltende Sicherungsventil wird sichergestellt daß die

Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle mit deren Saugseite über die Kurzschlußleitung kurzgeschlossen ist, so daß die gesamte Druckflüssigkeit nicht nur vom angeschlossenen Verbraucher ferngehalten wird und im Kreislauf verbleibt, sondern auch eine Inbetriebnahme oder ein weiterer Betrieb nicht mehr möglich ist Durch den ständigen Durchfluß über die Kurzschlußleitung wird ein Betrieb der beispielsweise als Pumpe ausgebildeten Druckflüssigkeitsquelle und somit auch Kavitation in der Pumpe vermieden. Durch die Abtrennung des Verbrauchers bei Durchfluß über die Kurzschlußleitung ist es ohne weiteres möglich, im abgetrennten Verbraucherkreis beispielsweise Reparaturen durchzuführen, ohne daß der Gesamtbetrieb des Hydrauliksystems eingestellt werden muß.

Dadurch, daß weiterhin der Ventilkörper des Schwimmerventils an seinem dem Hebelgestänge abgewandten Ende mit einem Teil seiner Ventilfläche von dem in der zweiten Steuerleitung wirkenden Druck in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt ist, wobei diese zweite Steuerleitung mit der zur Druckseite der DnickflQssigkeitsquelle führenden ersten Steuerleitung verbunden ist, läßt sich das Schwimmerventil gleichzeitig als Oberdruckventil für einen angeschlossenen Verbraucher und damit in der zweiten Steuerleitung auftretenden hohen Spitzendruck benutzen. Kurzzeitige Druckspitzen, aber auch länger anhaltende Überbelastungen pflanzen sich über die zweite Steuerleitung bis zu dem hierfür wirksamen Teil der Ventilfläche des Ventilkörpers des Schwimmerventils fort, drücken den Ventilkörper entgegen der Wirkung der am Schwimmer angreifenden Auftriebskraft nach unten und bauen sich hierdurch ab. Bei länger anhaltenden Überdrücken auf der Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle wird zusätzlich noch ein Druckabbau am Sicherungsventil hervor- gerufen, so daß dessen Schieber durch die Wirkung der Federkraft in seine Kurzschlußstellung gebracht wird und langer anhaltende Überbelastungen der Druckflüssigkeitsquelle ebenfalls vermieden werden.

Das Schwimmerventil wird demnach unter zwei Bedingungen in seine Offenstellung gebracht, nämlich einmal durch den Schwimmer bei auftretendem Flüssigkeitsmangel mit der Folge eines Druckabbaues in der ersten Steuerkammer und Umschaltung des Sicherungsventils in den Kurzschlußbetrieb, und zum anderen durch Druckspitzen und Überlastbedingungen in der zum Ventilkörper des Schwimmerventils führenden zweiten Steuerleitung mit der Folge eines Druckabbaues zum Flüssigkeitstank hin.

Wenn in vorteilhafter Ausgestaltung die Ventilt'läche des Ventilkörpers des Schwimmerventils eine Konusfläche ist, deren unterhalb der Umfangskanten der Bohrung im Ventilgehäuse liegende Ringfläche mit der zweiten Steuerleitung in Verbindung steht, ergibt sich eine definierte Kolbenringfläche, die für Überdrücke von einer bestimmten Mindestgröße an maßgebend ist, um den Ventilkörper des Schwimmerventils entgegen der am Schwimmer angreifenden Auftriebskraft nach unten zu verschieben. Durch diese definierte Kolbenringfläche wird gewährleistet, daß das Schwimmerventil auch immer auf den gleichen Mindestwert von Spitzendrücken anspricht.

Weiten: Vorteile ergeben sich durch die handelsübliche Ausgestaltung des Schwimmerventils und des Sicherungsventils mit eigenem Ventilkörper bzw. Schieber. Dadurch ist ein nachträglicher Anbau dann möglich, wenn dies gesetzliche Vorschriften bzw. Richtlinien erfordern. Die getrennte Anordnung der beiden Ventile ermöglicnt auch eine wesentlich bessere Raumausnutzung, insbesondere dann, wenn die hydraulische Steuereinrichtung an Fahrzeugen angewandt werden soll. Dabei spielt es keine Rolle in welcher Einbaulage beide Ventile angebaut werden und wie sie zueinander ausgerichtet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Schema der hydraulischen Steuereinrichtung,

F i g. 2 eine Einzelheit eines in F i g. 1 dargestellten Schwimmerventils in vergrößertem Maßstab und

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuereinrichtung in vergrößertem Maßstab.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht die hydraulische Steuereinrichtung im wesentlichen aus einer Druckflüssigkeitsquelle in Form einer Pumpe !,deren Saugleitung

2 in einen Flüssigkeitstank 3 hineinragt und aus diesem Flüssigkeit ansaugt. Auf der Druckseite der Pumpe ist über eine Druckleitung 4 ein Sicherungsventil 5 angeschlossen, das auf seiner einen Seite unter der Wirkung einer Druckfeder 6 steht und an seiner anderen Seite über eine erste Steuerleitung 7 mit der Druckleitung 4 der Pumpe 1 verbunden ist In der ersten Steuerleitung 7 ist eine Drossel 8 angeordnet. In seiner in F i g. 1 dargestellten Lage stellt das Sicherungsventil S eine Verbindung zwischen der Druckleitung 4 und einer Zulaufleitung 9 dar, die zu einem im einzelnen nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher 11 führt, dessen Rücklaufleitung 12 in den Flüssigkeitstank 3 einmündet. Bei dem hydraulischen Verbraucher 11 kann es sich um eine beliebige hydraulische Anlage handeln.

In der zweiten Schaltstellung des Sicherungsventils 5 ist die Druckleitung 4 über einen einstellbaren Drosselquerschnitt 13 im Sicherungsventil 5 über eine Kurzschlußleitung 14 mit der Saugleitung 2 der Pumpe 1 verbunden. Die die Druckfeder 6 aufnehmende Seite des Sicherungsventils 5 ist hydraulisch entlastet

Parallel zur ersten Steuerleitung 7 ist hinter dem Ausgang der Drossel 8 eine zweite Steuerleitung 16 angeschlossen, die zu einem Schwimmerventil 17 führt. Das Schwimmerventil 17 steht über ein Hebelgestänge 18 mit einem Schwimmer 19 in Verbindung, der in Abhängigkeit von der Flüssigkeit 21 im Flüssigkeitstank

3 das Schwimmerventil 17 verstellt. Das Schwimmerventil 17 nimmt in F i g. 1 seine geschlossene Stellung ein. Bei absinkendem Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitstank 3 senkt sich der Schwimmer 19 ab, wodurch über das Hebelgestänge 18 das Schwimmerventil 17 in eine die zweite Steuerleitung 16 mit dem Inneren des Flüssigkeitstanks 3 in Verbindung bringende Offensteilung gelangt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuereinrichtung ist wie folgt:

Im Normalfall fördert die Pumpe 1 über ihre Saugleitung 2 aus dem Flüssigkeitstank 3 angesaugte Flüssigkeit über die Druckleitung 4 und das in seiner gezeichneten Stellung befindliche Sicherungsventil 5 in die Zulaufleitung 9 zum Verbraucher 11. Es sei nun angenommen, daß im Hydrauiikkreis des Verbrauchers 11 ein Leitungsbruch auftritt, so daß unter normalen Umständen die Druckflüssigkeit über die Leckstelle ins Freie austreten kann. In einem solchen Fall würde die Flüssigkeit nicht nur die Umgebung verschmutzen. Es würde auch die erhebliche Gefahr bestehen, daß die Flüssigkeit im Flüssigkeitstank unter ein solches Niveau abfällt, daß z. B. weitere angeschlossene Verbraucher, wie z. B. eine hydraulische Lenkeinrichtung, nicht mehr

ausreichend mit Druckflüssigkeit versorgt werden könnten. Solche vorrangigen hydraulischen Verbraucher müssen jedoch unter allen Umständen immer mit ausreichender Druckflüssigkeit versorgt werden. Um nun ein Entweichen der Druckflüssigkeit nach außen über das im Verbraucherkreis befindliche Leck zu vermeiden, wird die Druckseite der Pumpe 1 mit ihrer Saugseite kurzgeschlossen, und zwar über die Kurzschlußleitung 14. Dies geschieht dadurch, daß bei absinkendem Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitstank 3 der Schwimmer 19 nach unten geht und dadurch über das Hebelgestänge 18 das Schwimmerventil 17 von seiner geschlossenen Stellung in seine geöffnete Stellung gelangt. Damit kann der Druck in der Steuerleitung 16 in den Flüssigkeitstank 3 entweichen. Gleichzeitig damit fällt auch der Druck in der ersten Steuerleitung 7, so daß das Sicherungsventil 5 durch die Kraft der Feder 6 in seine andere Schaltstellung umgeschaltet wird. In der neuen Schaltstellung wird dann entsprechend der eingestellten Drossel 13 Druckflüssigkeit aus der Druckleitung 4 über die Kurzschlußleitung 14 unmittelbar wieder in die Saugleitung 2 der Pumpe 1 gefördert. Auf diese Weise wird der mit einem Leck versehene Verbraucherkreis von dem kurzgeschlossenen Antriebskreis getrennt, so daß ein weiterer Flüssigkeitsverlust nicht eintreten kann. Überdies wird ein Betrieb der Pumpe 1 ohne Flüssigkeit vermieden, so daß keine Kavitation auftritt.

Das Schwimmerventil 17 dient gleichzeitig als Überdruckventil, und zwar dadurch, daß das dem Hebelgestänge 18 abgewandte Ende eines Ventilkörpers 27 des Schwimmerventils 17 mit der zweiten Steuerleitung 16 in Verbindung steht. Tritt nämlich im Hydrauliksystem und damit in der Steuerleitung 16 ein hoher Spitzendruck auf, so wird das Schwimmerventil 17 gleichfalls in seine Offenstellung gebracht, und zwar entgegen der Wirkung der am Schwimmer 19 angreifenden Auftriebskraft. Außer einem kurzzeitigen Spitzendruckabbau ist es auch möglich, länger anhaltende Überbelastungen abzubauen, wobei dann entsprechend der Druckhöhe das Schwimmerventil 17 länger offengehalten wird, wodurch auch der Druck in der Leitung 7 abfällt und damit ein Verschieben des Sicherungsventils 5 in seine zweite Schaltstellung bewirkt wird.

Die Ausbildung des Schwimmerventils 17 ist in F i g. 2 dargestellt. Ein Ventilgehäuse 23 des Schwimmerventils 17 ist an der Wandung des Flüssigkeitstanks 3 unter Zuhilfenahme einer Dichtung 24 flüssigkeitsdicht angeflanscht. Das Ventilgehäuse 23 besitzt eine mit der Steuerleitung 16 in Verbindung stehende Zulaufbohrung 25. Eine mit dem Inneren des Flüssigkeitstanks 3 in Verbindung stehende zylindrische Bohrung 26 des Ventilgehäuses 23 ist bei mit Flüssigkeit ausreichend gefülltem Flüssigkeitstank 3 durch den Ventilkörper 27 abschließbar. Der Ventilkörper 27 steht an seinem einen Ende über das Hebelgestänge 18 mit dem Schwimmer 19 in Verbindung, der auf einer Gewindestange 28 unter Zuhilfenahme zweier Gewindemuttern 29,31 einstellbar ist, so daß die Schließkraft des Ventilkörpers 27 auf unterschiedliche Werte eingestellt werden kann. An seinem dem Hebelgestänge 18 abgewandten Ende besitzt der Ventilkörper 27 eine an den Umfangskanten ^r> der Bohrung 26 dichtend anliegende Konusfläche 32. Während ein Teil der Konusfläche 32 in die Bohrung 26 hineinragt, steht eine unterhalb der Umfangskanten der Bohrung 26 befindliche Ringfläche 33 mit der Zulaufbohrung 25 und damit mit der Steuerleitung 16 in

Ki Verbindung. Auf diese Weise kann der Ventilkörper 27 einmal durch die Wirkung des Schwimmers 29 i!>e Funktion als Schwimmerventil und zum anderen durch die Ringfläche 33 die Funktion eines Überdruckventils übernehmen.

■<'■■ Bei der Ausführungsform nach Fig.3 weist das Sicheningsventil 5 ein Ventilgehäuse 34 und einen in einer Bohrung 35 des Ventilgehäuses 34 axial verschiebbaren Schieber 36 auf. Das Ventilgehäuse 34 besitzt an einem Ende eine Stcuerkammer 37 sowie eine mit der

2(i Druckseitc der Pumpe 1 in Verbindung stehende Einlaßöffnung 39, eine zur Zulaufleitung 9 führende Auslaßöffnung 41 sowie zwei weitere Öffnungen 42 und 43. die mit dem Flüssigkeitstank 3 bzw. mit der Saugleitung 2 verbunden sind. Der Schieber 36 weist

2) zwei Steuerflächen 45 auf. Um bei der Bewegung des Schiebers 36 eine hydraulische Entlastung und eine Dämpfung zu erreichen, erstreckt sich axial durch einen Schieberbund 46 an dem der Steuerkammer 37 entgegengesetzten Ende des Schiebers 36 eine Bohrung

jo 47, die mit der öffnung 42 in Verbindung steht. Auf der gegenüberliegenden Seite sitzt im Ventilgehäuse 34 ein axial zum Schieber 36 verstellbarer Anschlagbolzen 48, durch den der Verschiebeweg des Schiebers 36 begrenzbar ist. Durch entsprechende Einstellung des

so Anschlagbolzens 48 und bei Anschlagen eines als Anschlag ausgebildeten Schieberbunds 44 am Anschlagbolzen 48 ergibt sich eine bestimmte axiale Stellung des Schiebers 36. so daß ein bestimmter Drosselquerschnitt zwischen der entsprechenden Steuerfläche 45 und dem

4(i Ventilgehäuse 34 in der Einlaßöffnung 39 entsteht. Der durch diesen Drosselquerschnitt erzeugte Staudruck muß derart hoch sein, daß sich nach Kurzschließen der Pumpe 1 über den zusammen mit der Saugleitung 2 als Kurzschlußleitung 14 dienenden Drosselquerschnitt bei 5 wieder geschlossenem Schwimmerventil 17 über die als sich parallel zum Schieber 36 durch das Ventilgehäuse 34 erstreckender Kanal ausgebildete Steuerleitung 7 und die Drossel 8 in der Steuerkammer 37 ein Druck aufbauen kann, der größer als die Kraft der Druckfeder 6 ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein Anfahrender gesamten Steuereinrichtung wieder möglicht ist d. h„ daß der Schieber 36 aus seiner in Fig.3 mit strichpunktierten Linien dargestellten Schließlage wieder in seine in Fig.3 mit ausgezogenen Linien dargestellte Offenlage zurückkehrt

Das Ventilgehäuse 34 kann als separates Bauteil ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es jedoch unmittelbar an die Pumpe 1 angeflanscht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuereinrichtung für mindestens einen Verbraucher mit einer Druckflüssigkeitsquelle, einem Flüssigkeitstank sowie einem in Abhängigkeit von dessen Flüssigkeitsstand steuerbaren Schwimmerventil, das einen Schwimmer mit Hebelgestänge aufweist, und einem auf der Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle angeordneten Sicherungsventil, dessen in einem Ventilgehäuse entgegen Federkraft hydraulisch beaufschlagbarer Schieber in axialem Abstand ziieinanderliegende Steuerflächen aufweist, sowie gegenüber einem im Ventilgehäuse eingesetzten Anschlagbolzen axial in eine eine mit der Druckflüssigkeitsquelle verbundene Einlaßöffnung mit einer zum Verbraucher führenden Auslaß-Öffnung verbindende Stellung verstellbar ist, und ferner eine auf der hydraulisch beaufschlagbaren Seite des Schiebers liegende Steuerkammer über eine eine Drossel aufweisende erste Steuerleitung mit der Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle und über eine zweite Steuerleitung mit einem Ventilkörper des Schwimmerventils verbunden ist, bei dessen Offenstellung die Druckseite der Druckflüssigkeitsquelle über eine an eine Öffnung im Ventilgehäuse angeschlossene Kurzschlußleitung mit der Saugseite der Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung steht, während bei dessen geschlossener Stellung der Durchfluß zwischen der Einlaßöffnung und der mit der Kurzschlußleitung verbundenen Öffnung abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (45) des Schiebers (36) bei geöffnetem Ventilkörper (27) den Durchfluß zwischen der Einlaßöffnung (39) und der Auslaßöffnung (41) absperren, und daß der Ventilkörper (27) in einem am Flüssigkeitstank (3) angeflanschten Ventilgehäuse (23) des Schwimmerventils (17) verschiebbar ist und an seinem dem Hebelgestänge (18) abgewandten Ende mit einem Teil seiner Ventilfläche von dem in der zweiten Steuerleitung (16) wirkenden Druck in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt ist.

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfläche eine Konusfläche (32) ist.

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drossel (8) aufweisende erste Steuerleitung (7) von einem sich parallel zum Schieber (36) durch dessen Ventilgehäuse (34) erstreckenden Kanal gebildet ist.