DE29911076U1

DE29911076U1 - Hydraulisches Lasthalteventil

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Hydraulisches Lasthalteventil

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Hydraulisches Lasthalteventil

Die Neuerung betrifft ein hydraulisches Lasthalteventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei dem aus EP-A-O 902 194 bekannten Lasthalteventil ist das Haupt-Schließelement einstückig mit dem Aufsteuerkolben verbunden, um das Lasthalteventil aus möglichst wenig Teilen zusammenzusetzen, und auch um eine hubabhängige Mengenregelfunktion (Rampenfunktion) steuern zu können, für die der verzögernde Aufsteuerkolben wichtig ist. Bei solchen Lasthalteventilen ist eine Schockventil-Funktion wünschenswert, um bei einem Druckstoß auf der Seite des zu haltenden Drucks diesen Druckstoß für das System schonend abzubauen bzw. zu dämpfen. Da jedoch der mit dem Haupt-Schließelement verbundene Aufsteuerkolben mechanisch bedingt eine rasche Schock-Reaktion des Hauptschließelementes verzögert, kommt es zu unerwünscht hohen Schockfunktions-Druckwerten, beispielsweise bei einem Arbeitsdruck von rund 200 Bar zu Spitzenwerten von rund 350 Bar.

Die gleichen Nachteile gelten auch für das Lasthalteventil gemäß GB-A-22 05 385.

Früher übliche Lasthalteventile gemäß DE-A-255 99 29 leisten eine akzeptablere Schockfunktion, weil das Haupt-Schließelement baulich von dem Aufsteuerkolben getrennt ist und diese beiden Komponenten über einen abgedichteten Stößel kooperieren. Dies ergibt jedoch einen vielteiligen und teuren Aufbau. Ferner ist es nicht möglich, eine Mengenregelung über den Öffnungshub des Haupt-Schließelementes zu steuern, weil das Haupt-Schließelement nur vom Druck und den strömungsdynamischen Kräften gegen die Regelfeder verstellt wird und den Ventilsitz relativ schnell weit freigibt.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Lasthalteventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das baulich einfach ist und dennoch eine schnell ansprechende Schockfunktion mit moderaten Schockfunktions-Druckspitzen leistet.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Da das separate Schockventil den Ventilsitz umgeht, und baulich nicht mit dem Aufsteuerkolben verbunden ist, spricht es so schnell an, daß im Falle eines Schocks bei einem Arbeitsdruck von beispielsweise ca. 200 Bar nur eine Druckspitze von 240 Bar entsteht. Der Vorteil des einfachen Aufbaus des mit dem Aufsteuerkolben verbundenen Haupt-Schließelementes bleibt beibehalten. Zufolge dieser Bauweise läßt sich bei der Öffnungsbewegung des Haupt-Schließelementes eine hubabhängige Mengenregelung steuern, bei der der Aufsteuerkolben dank seiner Hemmung mithilft, ohne die schnelle Schockfunktion zu beeinträchtigen.

Zweckmäßig bildet das Schockventil bzw. dessen Schließglied gleichzeitig den Federkraft-Aufnahmekörper, der zur Vermeidung seitlicher Kräfte am Haupt-Schließelement, und auch am Schockventil-Schließelement wichtig ist.

Günstig ist das Schockventil ein Rückschlagventil in einem den Ventilsitz des Hauptschließelements umgehenden Kanal. Als einzige nennenswerte bauliche Ergänzung benötigt deshalb das Haupt-Schließelement den Kanal, der eine einfache Axialbohrung sein kann. Das Schließglied des Schockventils ist ohnedies gleichzeitig der Federkraft-Aufnahmekörper. Auf diese Weise werden gegenüber dem eingangs erwähnten, bekannten Lasthalteventil nur sehr geringfügige Modifikationen des bewährten und kostengünstigen Bauprinzips erforderlich.

Das Schließglied des Schockventils kann eine einfache Kugel sein, während der Sitz des Schockventils unmittelbar von der Mündung der Axialbohrung im Haupt-Schließelement gebildet ist.

Um mit dem Lasthalteventil bei Öffnungs- und Schließbewegungen des Haupt-Schließelements eine Mengenregelung steuern zu können, ist in bewährter Weise im Schaft der Mengenregelkanal geformt, der mit dem Ventilsitz für das Haupt-Schließ-

element dann mengenregelnd zusammenwirkt, wenn z.B. die zunächst Leckagefreiheit gewährleistende Sitzfläche des Haupt-Schließelements vom Ventilsitz abgehoben ist.

Im Hinblick auf eine einwandfreie Mengenregelung und auch wegen einer guten Führung des Haupt-Schließelementes sollte angrenzend an den Ventilsitz eine Führungsbohrung vorgesehen sein, in der der Schaft mit einer Gleitpassung oder einer Schie-■berpassung verschiebbar ist. Dadurch wird der Mengenregelungskanal zur regelnden Zusammenarbeit mit dem Ventilsitz gezwungen, weil durch die Gleit- oder Schieberpassung keine signifikante Druckmittelmenge durchgeht.

Der Durchmesser des Schafts und damit der Durchmesser des Ventilsitzes sollte zweckmäßigerweise größer sein als der Durchmesser des Aufsteuerkolbens. Über die Differenzfläche wird eine Öffnungskraftkomponente für das Haupt-Schließelement abgeleitet, die die Wirkung des Aufsteuerkolbens unterstützt.

Baulich einfach trennt der Ventilsitz die ersten und zweiten Kammern, zwischen denen die auf den Ventilsitz gepreßte Sitzfläche die Leckagefreiheit hält.

Um die Abmessungen des Lasthalteventils gering zu halten und trotzdem für die der Lasthalterichtung entgegengesetzte Strömungsrichtung einen großen Strömungsquerschnitt mit geringem Strömungswiderstand zu erzielen, ist in der ersten Kammer ein baulich einfaches, funktionssicheres und kleinbauendes Rückschlagventil untergebracht, dessen Kreisringscheibe zweckmäßigerweise am Schaft geführt wird.

Für die Mengenregelfunktion gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, den Mengenregelungskanal als wenigstens einen in den Schaft von außen her eingearbeiteten Steuerschlitz-auszubilden, der je nach Öffnungshub des Haupt-Schließelementes einen im Verlauf genau vorherbestimmbaren Querschnitt freigibt und auf diese Weise die Menge regelt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Schaft einen Hohlraum vorzusehen, zu dem von der ersten Kammer Einlaßöffnungen

führen, und aus dem unterhalb der Sitzfläche des Haupt-Schließelementes Auslaßöffnungen mit dem Ventilsitz zusammmenarbeiten. Diese Auslaßöffnungen sollten hubabhängig variierende Öffnungsgrößen haben, um die Art und Weise, wie der Durchströmquerschnitt hubabhängig freigegeben wird, genau vorherbestimmen können. Ganz besonders zweckmäßig ist der Hohlraum gleichzeitig der Kanal des Schockventils, das somit ohnedies vorgesehene bauliche Gegebenheiten im Haupt-Schließelement auch für die Schockfunktion nutzt, nämlich den Hohlraum und die aus der ersten Kammer zum Hohlraum führenden Einlasse.

Zweckmäßigerweise sind der Ventilsitz und das Haupt-Schließelement bzw. der Aufsteuerkolben aus Stahl gefertigt, um für lange Standzeit kleine Dimensionen des Lasthalteventils auch für hohe Drücke erzielen zu können.

Anhand der Zeichnung werden Ausfühnjngsformen des Neuerungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 als Blockschaltbild einen Einsatzfall eines Lasthalteventils in Lasthaltebzw. Absperrstellung,

Fig. 2 einen Axialschnitt des Lasthalteventils, und

Fig. 3 eine Detailvariante in einem Axialschnitt.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die Ausdrücke "Schock" und "Schockventil" verwendet. Unter einem Schock ist hierbei zu verstehen, daß der von dem Lasthalteventil aufgenommene Lastdruck durch äußere Einflüsse Drucksteigerungen unterworfen wird, die es rasch abzubauen bzw. zu dämpfen gilt. Ein Schockventil öffnet bei einer Drucksteigerung ungesteuert und kann die Drucksteigerung abbauen oder dämpfen, wobei hierfür das Lasthalteventil nicht mittels des Aufsteuerkolbens aus der Absperrstellung verstellt wird. Diese Schockfunktion ist ein wünschenswerter Sicherheitsaspekt für Lasthalteventile und setzt voraus, daß das Schockventil durch

den zu haltenden Lastdruck in Öffnungsrichtung belastet ist, wie gegebenenfalls auch das Lasthalteventil selbst.

In Fig. 1 ist ein Verbraucher V, z.B. ein Hydraulikzylinder, aus einer nicht gezeigten Druckquelle über ein Wege- oder Richtungssteuerventil W und eine Arbeitsleitung 1 gegen eine Last F verstellbar. Die Arbeitsleitung 1 weist zwei Leitungsabschnitte 1a und 1b auf, zwischen denen ein Lasthalteventil L angeordnet ist. Zum Verstellen des Verbrauchers V gegen die Last F ist das Lasthalteventil L durch ein durch eine Feder 17 belastetes Rückschlagventil R in Strömungsrichtung vom Richtungssteuerventil W zum Verbraucher V umgehbar, wobei sich das Rückschlagventil R in einer Leitungsschleife 1c befindet. Üblicherweise wird das Rückschlagventil R baulich in das Lasthalteventil L integriert, obwohl es, falls zweckmäßig, auch davon getrennt angeordnet sein kann.

Im Lasthalteventil L ist ein Haupt-Schließelement H durch eine, vorzugsweise verstellbare, Feder 3 in Richtung zur gezeigten Absperrstellung beaufschlagt. Zum Verstellen des Haupt-Schließelementes H aus der Absperrstellung ist eine hydraulische Aufsteuerung 4 vorgesehen, die über eine Steuerleitung 5 mit einem variablen Steuerdruck beaufschlagbar ist. Über eine Vorsteuerleitung 2, die vom Leitungsabschnitt 1b abzweigt, wird das Haupt-Schließelement femer vom Lastdruck in Öffnungsrichtung aus der Absperrstellung beaufschlagt.

Im Falle eines Verbrauchers V, der wie in Fig. 1 als einseitig beaufschlagbarer Hydraulikzylinder ausgebildet ist, wird der Steuerdruck in der Steuerleitung 5 auf beliebige Weise erzeugt und verändert. Ist der Verbraucher V hingegen ein doppelseitig beaufschlagbarer Hydraulikzylinder oder Hydraulikmotor (nicht gezeigt), dann kann der Steuerdruck in der Steuerleitung 5 von der anderen, in Fig. 1 nicht gezeigten Arbeitsleitung abgeleitet werden, da zum Bewegen des Verbrauchers V beispielsweise unter der Last auf der Kolbenstangenseite des Kolbens Druck aufgebaut werden muß, aus dem dieser Steuerdruck abgeleitet wird.

Durch die symbolischen Doppellinien des Lasthalteventils L ist angedeutet, daß das Lasthalteventil L eine Mengenregelfunktion hat. Dies bedeutet, daß beim Öffnen des Lasthalteventils aus der Absperrstellung und beim Schließen eine Rampenfunktion gesteuert werden kann, die abhängig ist vom Hub des Haupt-Schließelements H. Ferner ist in dem Lasthalteventil L ein Schockventil S enthalten, das anhand der Fig. und 3 im Detail erläutert werden wird.

Ist in Fig. 1 der Verbraucher V gegen die Last F zu bewegen, so umgeht das über das Richtungssteuerventil W im Leitungsabschnitt 1a strömende Druckmittel das Lasthalteventil L über das dann gegen die Feder 17 öffnende Rückschlagventil R in den Leitungsabschnitt 1c. Der Verbraucher V wird aus dem Leitungsabschnitt 1b gegen die Last F verstellt.

Ist die Last F zu halten, dann sperren das Rückschlagventil R in Abströmrichtung und sperrt auch das Lasthalteventil L in Abströmrichtung. Beide Ventile L, R können als Sitzventile ausgebildet-sein und sind in ihren Absperrstellungen leckagefrei. Die Last F wird gehalten.

Ist die Last F zu senken, dann wird in der Steuerleitung 5 Druck aufgebaut, der das Haupt-Schließelement H aus der gezeigten Absperrstellung mengenregelnd in eine Öffnungsstellung verstellt, und zwar gegen die Kraft der Feder 3, so daß das Druckmittel vom Leitungsabschnitt 1b über das Lasthalteventil L und den Leitungsabschnitt 1a sowie das Richtungssteuerventil W abströmen kann. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Last F richtet sich nach der Höhe des Steuerdrucks bzw. der Einstellung der Feder 3. Der Lastdruck im Leitungsabschnitt 1 b unterstützt über die Vorsteuerleitung 2 die Regelfunktion im Lasthalteventil. Dank der Regelfunktion läßt sich eine Rampenfunktion steuern, d.h. die Last F nimmt ihre Senkbewegung ruckfrei auf und hält, sobald der Druck in der Steuerleitung 5 wieder abgebaut wird, ruckfrei an.

Kommt es zu einem Schock, d.h. einer Drucksteigerung auf der Lastseite, dann spricht das Schockventil S an, um für das System kritische Druckspitzen zu vermei-

den bzw. den Schock abzubauen oder zu dämpfen. Das Ansprechen des Schockventils S kann ohne Steuerdruck in der Steuerleitung 5 erfolgen, weil das Schockventil S auf die Druckdifferenz zwischen den Leitungsabschnitten 1a und 1b anspricht.

In Fig. 2 ist das Lasthalteventil L in einem Gehäuse 6 angeordnet, das beispielsweise das Gehäuse des in Fig. 2 nicht gezeigten Verbrauchers sein kann. Das Haupt-Schließelement H besteht aus einem Kopfteil 8, der eine kegelige Sitzfläche 9 und daran anschließend einen im wesentlichen zylindrischen Schaft 10 aufweist, der in einem Aufsteuerkolben 12 mit etwas geringerem Durchmesser als der Schaft 10 endet. Am Aufsteuerkolben 12 ist eine Dichtung 13 vorgesehen, die eine mit der Steuerleitung 5 verbundene Steuerkammer 7 von einer ersten, mit dem Leitungsabschnitt 1b verbundenen Kammer K1 trennt. Zwischen der ersten Kammer K1 und einer darüberliegenden, und mit dem Leitungsabschnitt 1a verbundenen, zweiten Kammer K2 ist ein scheibenförmiger Einsatz, z.B. aus Stahl, vorgesehen, dereine axiale, zentrische Führungsbohrung 19 enthält, die oberseitig mit einem Ventilsitz 20 für das Haupt-Schließelement endet. Außerhalb der Führungsbohrung 19 sind mehrere Strömungsdurchgänge 15 vorgesehen, die in einer kreisringförmigen Dichtfläche 14 münden, die mit einer Kreisringscheibe 16 das Rückschlagventil R bildet. Die Kreisringscheibe 16 wird durch eine schwache Schließfeder 17 in Schließrichtung beaufschlagt. Das Rückschlagventil R sperrt in Strömungsrichtung von der ersten Kammer K1 in die zweite Kammer K2.

Die Feder 3, die das Haupt-Schließelement H in Richtung auf die gezeigte Absperrstellung beaufschlagt, befindet sich in einer in das Gehäuse 6 eingeschraubten Kappe 7 und beaufschlagt das Haupt-Schließelement H über ein Federwiderlager 21 und einen mittigen Federkraft-Aufnahmekörper A, und zwar über ein Schockventil S, das aus einem vom Kopfteil 8 des Haupt-Schließelementes H bis in die erste Kammer K1 führenden Kanal 24, einen von dessen Mündung im Kopfteil 8 gebildeten Sitz 23 und einem hier als Kugel ausgebildeten Schließglied 22 gebildet wird, welches gleichzeitig den Federkraft-Aufnahmekörper A bildet.

Die Mengenregelfunktion des Lasthalteventils L wird durch wenigstens einen Mengenregelkanal M erzielt, der in Fig. 2 als in den Schaft 10 eingeformter Steuerschlitz 11 ausgebildet ist (zweckmäßigerweise mehrere solche Steuerschlitze 11 um den Umfang des Schaftes verteilt), der sich aus der ersten Kammer K1 bis knapp unterhalb der Sitzfläche 9 erstreckt. Die den Kanal 24 bildende Axialbohrung des Schockventils S kommuniziert mit dem Steuerschlitz 11, so daß bei Ansprechen des Schockventils S ohne gleichzeitige Öffnungsbewegung des Hauptschließelementes H das Schließglied 22 vom Sitz 23 abhebt und Druckmittel in die zweite Kammer K2 abströmen läßt. Dank des Durchmesserunterschiedes zwischen dem Aufsteuerkolben 12 und dem Schaft 10 bzw. dem Ventilsitz 20 wird aus dem Druck in der ersten Kammer K1 bei einem Lastdruckschock auch am Haupt-Schließelement H eine Öffnungskraftkomponente wirksam. Da jedoch der einstückig angeformte Aufsteuerkolben 12 die Öffnungsbewegung dämpft, spricht das Haupt-Schließelement H auf diesen Lastdruckschock nur verzögert oder bei kurzer Dauer des Schocks nicht an.

Mit dem den Ventilsitz 20 umgehenden Schockventil S läßt sich beispielsweise bei einem Lastdruck von rund 200 Bar ein Lastdruckschock auf rund 240 Bar begrenzen, weil das Schockventil S wesentlich rascher anspricht als das Lasthalteventil L.

Bei dem Haupt-Schließelement H in Fig. 3 ist der Mengenregelkanal M baulich anders gestaltet. Im Inneren des Schaftes 10 ist ein Hohlraum 27 vorgesehen, zu dem über den Umfang verteilte Einlasse 26 (aus der ersten Kammer K1) führen. Unterhalb der Sitzfläche 9 sind mehrere Auslässe 25 aus dem Hohlraum 27 geformt, die für die Mengenregelfunktion gebraucht werden. Der Kanal 24 des Schockventils ist hier als axiale Sackbohrung ausgebildet, die gleichzeitig den Hohlraum 27 definiert. Dies hat herstellungstechnische Vorteile. Der, zweckmäßigerweise mit einer Gleit- oder Schieberpassung in der Führungsbohrung 19 geführte, Schaft 10 ist mit Auslassen 25 unterschiedlicher Größe und in unterschiedlichen Abständen von der Sitzfläche 9 ausgebildet. Die näher bei der Sitzfläche 9 liegenden Auslässe 25 haben kleinere Querschnitte als die weiter unten liegenden. Damit läßt sich eine sehr saubere Rampenfunktion abhängig vom Öffnungshub des Haupt-Schließelementes steuern. Das

Schließglied 22 des Schockventils S arbeitet mit der Mündung des Kanals 24 bzw. der Axialbohrung zusammen, die den Sitz 23 des Schockventils S bildet.

Die Mengenregelfunktion könnte auch dadurch bewirkt werden, daß der Schaft anschließend an die Sitzfläche 9 eine kegelige oder mit einem vorbestimmten Profil allmählich eingeschnürte Kontur erhält. In diesem Falle müßte der Kanal 24 des Schockventils auf andere Weise mit der ersten Kammer K1 verbunden werden.

Das Haupt-Schließelement H und der Scheibenkörper 8 bestehen zweckmäßigerweise aus Stahl und sind vorzugsweise in den kooperierenden Bereichen gehärtet und geschliffen.

Claims

1. Hydraulisches Lasthalteventil (L), dessen mit einem Aufsteuerkolben (12) einstückiges Haupt-Schließelement (H) mit einer Sitzfläche (9) in der durch Federkraft bestimmten Absperrstellung gegen den Lastdruck an einen Ventilsitz (20) andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Haupt-Schließelement (H) ein eigenständiges, den Ventilsitz (20) umgehendes, federbelastetes Schockventil (S) vorgesehen ist.

2. Lasthalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Haupt-Schließelement (H) ein zentraler Federkraft-Aufnahmekörper (A) vorgesehen ist, daß das Schockventil (S) gleichzeitig den Federkraft-Aufnahmekörper (A) bildet, und daß die Federkraft für das Haupt-Schließelement (H) seriell das Schockventil (S) und über das Schockventil (S) das Haupt-Schließelement (H) beaufschlagt.

3. Lasthalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schockventil (S) ein Rückschlagventil mit einem Schließglied (22), einem Sitz (23) und einem von einer Seite zur anderen Seite des Ventilsitzes (20) verlaufenden Kanal (24) im Haupt- Schließelement (H) ist.

4. Lasthalteventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (22) eine Kugel ist, und daß der Sitz (23) von der Mündung einer vom Kopfteil (8) des Haupt-Schließelementes (H) ausgehenden, bis in einen den Kopfteil (8) mit dem Aufsteuerkolben (12) verbindenden Schaft (10) führenden den Kanal bildenden Axialbohrung gebildet ist.

5. Lasthalteventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schaft (10) wenigstens ein Mengenregelkanal (M) vorgesehen ist, der abhängig vom Öffnungshub des Haupt-Schließelementes (H) relativ zum Ventilsitz (20) mengenregelnd mit dem Ventilsitz (20) kooperiert, und daß der Kanal (24) des Schockventils (S) mit dem Mengenregelkanal (M) kommuniziert.

6. Lasthalteventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an den Ventilsitz (20) eine zum Aufsteuerkolben (12) gerichtete Führungsbohrung (19) vorgesehen ist, in der der Schaft (10) mit einer Gleitpassung oder einer Schieberpassung geführt ist.

7. Lasthalteventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Schafts (10) größer ist als der Durchmesser des Aufsteuerkolbens (12).

8. Lasthalteventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (10) in einer zwischen einer Steuerkammer (7) des Aufsteuerkolbens (12) und dem Ventilsitz (20) liegenden, den durch das Lasthalteventil (L) zu begrenzenden Druck enthaltenden ersten Kammer (K1) angeordnet ist, und daß die Sitzfläche (9) des Haupt- Schließelements (H) und das Schockventil-Schließglied (22) in einer an ein Richtungssteuerventil (W) angeschlossenen, die Feder (3) enthaltenden, zweiten Kammer (K2) angeordnet sind.

9. Lasthalteventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kammer (K1) ein in der Absperrstellung des Haupt-Schließelementes (H) den Ventilsitz (20) umgehendes Rückschlagventil (R) mit Sperrichtung von der ersten Kammer in die zweite Kammer angeordnet ist, das aus wenigstens einem außerhalb des Ventilsitzes (20) liegenden Verbindungskanal (15) zwischen den ersten und den zweiten Kammern (K1, K2) und einer federbelasteten, den Schaft (10) umgebenden, vorzugsweise vom Schaft (10) geführten, Kreisringscheibe (16) besteht.

10. Lasthalteventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenregelkanal (M) wenigstens ein im Schaft (10) des Haupt-Schließelements (H) unterhalb der Sitzfläche (9) angeordneter Steuerschlitz (11) ist.

11. Lasthalteventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenregelkanal (M) einen inneren Hohlraum (27) im Schaft (10) und in der Schaftwand vorgesehene Einlaßöffnungen (26) und Auslaßöffnungen (25) aufweist, daß die Auslaßöffnungen (25) in Hubrichtung unterhalb der Sitzfläche (9) verteilt angeordnet sind und in Richtung zur Sitzfläche (9) abnehmende Größen aufweisen, und daß der innere Hohlraum (27) gleichzeitig der Kanal (24) des Schockventils (S) ist.

12. Lasthalteventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (20) und das Haupt-Schließelement (H) aus Stahl bestehen.