DE3328418C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Porportional-Druckbegren­ zungsventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einem aus der Druckschrift 6 81 2000 der Firma ABEX/DENISON, 10-G 550-B, bekannten Proportional-Druckbegrenzungsventil ist das Vorsteuerventil ein Kegel-Sitzventil, dessen Kegel vom Anker des Elektromagneten in Schließrichtung beaufschlagt wird. Der Steuerdruck, aus dem das Vorsteuerventil den Hilfsdruck für das Ventilelement ableitet, ist der zu begrenzende Druck, der über eine Umgehungsleitung vom Anschluß zur Rückseite des Ventilelementes gebracht wird. Der aus dem Steuerdruck abgeleitete Hilfsdruck belastet das Ventilelement auf einer Fläche, die der vom zu begrenzenden Druck am Ventilelement belasteten Fläche gleich ist. Übersteigt der zu begrenzende Druck einen Grenzwert, so wirkt die Drucksteigerung auf der Rückseite des Ventilelementes in Schließrichtung, ehe das Vorsteuerventil anspricht und den Hilfsdruck durch Ablassen von Druckmittel so einstellt, daß das Ventilelement vom Ventilsitz abhebt und Druckmittel abströmen läßt, bis der Grenzwert des zu begrenzenden Drucks erreicht ist. Da sich Drucksteigerungen des zu begrenzenden Drucks immer vor dem Ansprechen des Vorsteuerventils durch eine Erhöhung der Schließkraft des Ventilelementes auswirken, ist die Charakteristik des Druckbegrenzungsventils unsauber, denn der zu begrenzende Druck steigt dann kurzzeitig über den Grenzwert. Das Druckbegrenzungsventil arbeitet mit einer spürbaren Hysteresis. Die gleichen Nachteile sind bei einem aus der Druckschrift A5 H 013 der Firma Hoerbiger Hydraulik GmbH, 8920 Schongau, bekannten Proportional-Druckbegrenzungsventil mit hydraulischer Vorsteuerung gegeben. Beide bekannten Druckbegrenzungsventil benötigen ferner verhältnismäßig starke Proportionalmagneten zur Beaufschlagung der Vorsteuerventile, weil die Vorsteuerventile gegen die Anzugsrichtung des Magnetankers mit dem zu begrenzenden Druck beaufschlagt werden.

Auch bei einem aus dem Fachbuch "Grundlagen der Ölhydraulik", W. Back´, 4. Auflage, 1979, Seite 243, Bild 5. 54, bekannten Druckbegrenzungsventil mit durch elektromagnetische Wegeventile geschalteten Druckstufen treten die vorerwähnten Nachteile auf, weil die Druckstufen als Vorsteuerventile Druckbegrenzungsventile enthalten, die vom zu begrenzenden Druck aufgesteuert werden müssen, so daß Drucksteigerungen gleichzeitig auch am Ventilelement des Druckbegrenzungsventils wirken und für ein kurzzeitiges Zuhalten des Druckbegrenzungsventils sorgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Proportional-Druckbegrenzungsventil mit Elektromagnet-Vorsteuerung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine saubere Charakteristik mit nur geringer Hysteresis erreichbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dieser Ausbildung ist der zum Belasten des Ventilelementes abgeleitete Hilfsdruck unabhängig von Drucksteigerungen des Steuerdrucks, weil das als Druckminderventil ausgebildete Vorsteuerventil den Hilfsdruck nur in Abhängigkeit von der Beaufschlagung durch den Elektromagneten einsteuert. Auftretende Drucksteigerungen im zu begrenzenden Druck, falls dieser als Steuerdruck dient, werden so durch das Druckminderventil abgebaut, daß der Hilfsdruck immer in der eingestellten Höhe am Ventilelement wirksam ist. Im Falle einer Drucksteigerung hebt das Ventilelement sofort zum Ventilsitz ab; überschüssiges Druckmittel strömt auf dem Hauptströmungsweg ab, der Grenzdruck wird exakt eingehalten. Die Folge sind eine saubere Charakteristik und eine bemerkenswert geringe Hysteresis des Druckbegrenzungsventils. Da sich Drucksteigerungen nicht auf den Hilfsdruck auswirken, kann in gewinnbringender Weise ein Servokolben benutzt werden, um das Ventilelement zu belasten, was den Vorteil hat, daß dann ein relativ geringer Hilfsdruck ausreicht. Das Druckminderventil hat ferner den Vorteil einer geringen Betätigungskraft, weil der zu begrenzende Druck bzw. der Steuerdruck nicht entgegen der Beaufschlagungskraft des Elektromagneten wirkt, so daß ein relativ schwacher, kleinbauender und preiswerter Elektromagnet verwendet werden kann.

Es ist zwar aus der DE-PS 26 11 216 bei einer andersartigen Vorrichtung zur Druckbegrenzung von Arbeitsflüssigkeit bekannt, eine Serie von vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen stromauf eines nichtvorgesteuerten Druckbegrenzungsventil anzuordnen und als Vorsteuerdruck den Grenzdruck des nichtvorgesteuerten Druckbegrenzungsventils in jedes vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil zurück zu übertragen. Der Vorsteuerdruck beaufschlagt dort einen Differentialkolben, der die Schließfeder des Ventilelementes spannt, bis bei allen vorgesteuerten Druckbegrenzungsventilen die gleiche Schließkraft vorliegt wie beim Ventilelement des nichtvorgesteuerten Druckbegrenzungsventils. Jeder Differentialkolben wird in Öffnungsrichtung des Ventilelements mit einem reduzierten Druck stromab des Ventilelements und in Schließrichtung auf einer vergrößerten Beaufschlagungsfläche vom Steuerdruck stromab des Ventilelementes des letzten vorgesteuertend Druckbegrenzungsventils belastet.

Ferner ist zwar aus der DE-AS 17 76 190 bei einem Steuerschieber bekannt, zur exakten Vorsteuerung des jeweiligen Hubweges des Schieberkolbens den Vorsteuerdruck über ein von einem Elektromagneten beaufschlagtes Druckminderventil zu verstellen. Jedoch ist dieses Schiebersteuerventil gattungsfremd.

Zweckmäßige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Propor­ tional-Druckbegrenzungsventils mit Elektromagnet-Vorsteuerung,

Fig. 2 einen um 90° gegenüber Fig. 1 gedrehten Vertikalschnitt in der Ebene II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt in der Ebene III-III,

Fig. 4 ein in Fig. 3 erkennbares Detail, ver­ größert und teilweise im Schnitt,

Fig. 5 die Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 in symbolhafter Darstellung, und

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform eines Proportional-Druckbegrenzungsventils mit Magnetvorsteuerung.

Aus den Fig. 1 bis 4 (und in Fig. 5 in symbolhafter Darstellung) ist ein Proportional-Druckbegrenzungs­ ventil 1 mit Magnetvorsteuerung erkennbar, das ein blockförmiges Gehäuse 2 mit einem darin angeordneten Hauptventil 3 aufweist, an dem über ein Zwischengehäuse 4 ein Proportionalmagnet 5 befestigt ist. Im Zwischen­ gehäuse 4 ist ein Vorsteuerventil in Form eines Druck­ minderventils 6 untergebracht, während im Gehäuse 2 ein weiteres, größeres Druckminderventil 7 unterge­ bracht ist. Das Gehäuse 2 wird von einer längs durch­ gehenden Bohrung 8 durchsetzt, die an einem Ende einen Innengewindeabschnitt 9 besitzt und am anderen Ende durch eine Abdeckplatte 10 verschlossen ist. In den Innengewindeabschnitt 9 ist ein Einschraubteil 11 abgedichtet eingeschraubt, das einen Druckanschluß P enthält.

Das Hauptventil 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein einfaches Sicherheitsventil mit einem Ventilele­ ment 12 in Form einer Kugel, das durch einen Halte­ stempel 13 auf einen Ventilsitz 21 auflegbar ist, der an einem Körper 14 vorgesehen ist, der Durchgänge 15 aufweist, die vom Druckanschluß P zu einer hinter dem Ventilsitz 21 liegenden Kammer 56 führen. Die Kammer 56 wird vom mittleren Abschnitt der Bohrung 8 gebildet und steht mit einem Ablaßanschluß 32 (T) in Verbindung.

Der Körper 14 ist mit einem topfförmigen Zylinder 16 versehen, in dem in einer Zylinderkammer 17 ein durch eine Feder 18 in Richtung zum Ventilelement 12 hin be­ lasteter Stabilisierungskolben 19 verschiebbar geführt ist. Der Stabilisierungskolben 19 stützt sich mit einem Stößel 20 an der Unterseite des Ventilelementes 12 ab.

Der Halteteil 13 besitzt einen Führungszapfen 23, der in eine Schraubenfeder 24 eingreift, die sich an ihrem dem Ventilelement 12 abgewandten Ende über einen Druck­ körper 25 an einer Kugel 26 abstützt, die an der Rück­ seite des Bodens eines topfförmigen Servokolbens 27 anliegt. Der Servokolben 27 ist in der Bohrung 8 abge­ dichtet verschiebbar geführt und teilt in dieser einen Zylinderraum 28 ab, der durch die Deckplatte 10 und eine Dichtung 22 nach außen hin verschlossen ist. Für den Servokolben 27 sind Hubbegrenzungen vorgesehen, wobei eine Hülse 29 in den Innengewindeabschnitt 9 ein­ geschraubt ist und die Bewegung des Servokolbens 27 in Richtung zum Ventilelement 12 hin begrenzt, während eine in die Deckplatte 10 eingeschraubte Stellschraube 30 den Hubweg des Servokolbens 27 in Richtung zur Deckplatte 10 hin begrenzt.

Aus Fig. 4 ist vergrößert und teilweise geschnitten das ein Vorsteuerventil bildende Druckminderventil 6 erkennbar. Das Druckminderventil 6 weist einen in einer Gehäusebohrung 37 abgedichtet verschiebbaren Kolben­ schieber 38 auf, der einen inneren Längskanal 39 über einen Teil seiner Längserstreckung aufweist, welcher über einen Durchgang 44 mit einer mittleren, außen umlaufenden Nut 42 in Verbindung steht. Im Bereich der Nut sind ferner längliche Ausformungen 43 vorge­ sehen, die Blendenöffnungen definieren. Von der mittle­ ren Ebene der Bohrung 37 führt ein Kanal 31 a zum Ge­ häuse 2 und wird dort durch einen Kanal 31 b fortge­ setzt, der sich bis in den Zylinderraum 28 erstreckt (Fig. 1). Beiderseits in axialem Abstand zum Kanal 31 a sind Ringkammern 34 und 35 vorgesehen, die zur Gehäuse­ bohrung 37 hin offen sind. Die Ringkammer 34 steht mit einem Druckkanal 33 in Verbindung, der (Fig. 5) an einen Kanal angeschlossen ist, durch den dem Druckminderventil 6 Druckmittel zuführbar ist.

Die Ringkammer 35 ist hingegen an eine Leitung 36 ange­ schlossen, die (Fig. 5) entweder mit dem Ablaßanschluß 32 oder direkt mit einem Reservoir verbunden ist.

Das untenliegende Ende des Kolbenschiebers 38 wird durch eine Feder 40 nach oben belastet. Das obenliegende Ende des Kolbenschiebers 38 liegt an einem Anker 41 des Proportionalmagneten 5 an.

Gemäß Fig. 3 ist bei dieser Ausführungsform der Kanal 33 mit der Ausgangsseite des weiteren Druckminderventils 7 im Gehäuse 2 verbunden. Das Druckminderventil 7 ent­ hält in einer Gehäusebohrung 45 einen verschiebbaren Kolbenschieber 46, der durch eine Regelfeder 48, deren Vorspannung durch eine Mutter 49 veränderbar ist, in Fig. 3 nach links belastet wird. Bei 50 sind Teile eines Kanals angedeutet, über den das Druckminderventil 7 (Fig. 5) entweder mit dem Druckanschluß P oder mit einer separaten Druckversorgung verbunden ist.

In Fig. 5 ist erkennbar, wie in dem Druckbegrenzungs­ ventil 1, das hier als Einheit dargestellt ist, der Kanal 50 entweder über eine Stichleitung 52 mit der Leitung 15 verbunden ist, oder alternativ dazu über eine nach außen geführte Leitung 54 mit einer getrennten Druckversorgung verbunden ist. Der Kanal 36 und auch der Ablaufkanal des weiteren Druck­ minderventils 7 (nicht bezeichnet) sind über eine Steuerölrückführleitung 53 mit der Ablaßleitung 32 verbunden, die zu einem Tank T führt. In den einzelnen Steuerleitungen sind Drosseln 55 angeordnet, mit denen die Charakteristik des Druckbegrenzungsventils 1 be­ einflußbar ist.

Aus Fig. 6 ist eine vereinfachte Ausführungsform eines Proportional-Druckbegrenzungsventils mit Magnetvor­ steuerung (1) erkennbar, bei dem das weitere Druck­ begrenzungsventil 7 gemäß den vorhergehenden Figuren weggelassen ist und das Druckminderventil 6 als Vor­ steuerventil für den Servokolben 27 unmittelbar über die Leitung 52 mit dem Druckanschluß oder über eine separate Leitung 54 mit einer separaten Druckquelle verbunden ist.

Das Druckbegrenzungsventil gemäß den Fig. 1 bis 5 ar­ beitet wie folgt:

Bei nicht erregtem Magneten 5 übt der Anker 41 keinen Druck auf den Kolbenschieber 38 des Druckminderventils 6 aus. Dieser wird durch eine Feder 40 nach oben gescho­ ben, so daß der Kanal 33 sich nicht mit der Blende 43 überschneidet, sondern die Blende 43 mit dem Ringraum 35 in Verbindung steht, so daß über die Kanäle 31 a, b der Zylinderraum 28 im wesentlichen drucklos ist. Im Druckanschluß P steht ein sich allmählich aufbauender Druck an. Dieser Druck wird, sofern das Druckminder­ ventil 7 über die Leitung 52 mit dem Druckanschluß P verbunden ist, auch im Kanal 50 am Kolbenschieber 46 des Druckminderventils 7 anstehen. In Abhängigkeit von der Vorspannung der Feder 48 regelt das Druckminder­ ventil 7, im wesentlichen unabhängig von der Höhe des Drucks im Kanal 50, im Kanal 33 einen bestimmten, ge­ minderten Druck ein, der aber - wie gesagt - zunächst in der Ringkammer 34 des Druckminderventils 6 ansteht.

Der Druck gelangt über die Durchlässe 15 auch an die Unterseite des Ventilelementes 12, das durch die Feder 24 und den an der Stellschraube 30 abgefange­ nen Servokolben 27 mit einer vorbestimmten Vorspannung auf den Ventilsitz 21 gedrückt wird. Sobald der Druck im Druckanschluß P die voreingestellte Ansprechdruck­ grenze übersteigt, vermag er das Ventilelement 12 vom Ventilsitz 21 abzuheben, so daß das Druckmittel zum Tank abströmen kann und der Druck im Druckanschluß P auf die Ansprechdruckgrenze begrenzt bleibt.

Die Vorspannung der Feder 24 kann im übrigen durch Zwischenlagen 51 verändert werden, die sich entweder auf dem Führungsteil 13 oder auch am Druckkörper 25 abstützen. Wenn die Feder 24 weggelassen und der Servo­ kolben 27 unmittelbar mit dem Ventilelement 12 gekoppelt wird, was bei kleineren Fördermengen möglich ist, kann mit solchen Zwischenlagen 51 der Abstand zwischen den Servokolben und dem Ventilelement 12 verändert werden.

Sobald nun der Magnet strombeaufschlagt wird, erzeugt er in direkter Abhängigkeit von der Strombeaufschlagung eine Betätigungskraft, die mit dem Magnetanker 41 auf den Kolbenschieber 38 des Druckminderventils 6 über­ tragen wird. Der Kolbenschieber 38 verschiebt sich daraufhin gegen die Kraft der Feder 40, bis die Blende 43 sich mit der Ringkammer 34 zu überschneiden beginnt.

Druckmittel aus dem Kanal 33 strömt in den Längskanal 39 des Kolbenschiebers 38 und belastet diesen entgegenge­ setzt zur Stellkraft des Magnetankers 41. Gleichzeitig gelangt dieses Druckmittel über den Kanal 31 a, 31 b in den Zylinderraum 28, wo der Servokolben 27 an seiner Druckfläche beaufschlagt wird. Mit steigendem Druck im Zylinderraum 28 wird der Servokolben 27 in Richtung auf die Hülse 29 hin verschoben und die Feder 24 stärker vorgespannt, so daß der zum Öffnen des Hauptventils 3 im Druckanschluß anstehende Druck ansteigt, und zwar direkt proportional zur Strombeaufschlagung des Magneten. Wenn jeweils ein Druck erreicht wird, bei dem das Ventil­ element 12 vom Ventilsitz 21 abhebt, strömt überschüssi­ ges Druckmittel in den Ablaufanschluß 32.

Bei Erreichen der Höchstdruckgrenze geht der Servo­ kolben 27 auf Anschlag an der Hülse 29. Selbst wenn dann aus unvorhersehbaren Gründen das Druckminderventil 6 eine weitere Drucksteigerung im Zylinderraum 28 ein­ steuert, wird die Höchstdruckgrenze nicht überschritten.

Wenn die Strombeaufschlagung des Magneten 5 verringert wird, schiebt der über den Längskanal 39 unterhalb des Kolbenschiebers 38 wirksame Druck den Kolbenschieber nach oben, so daß die Blende 43 die Überschneidung mit der Ringkammer 34 aufgibt und, falls der Druck im Kanal 31 a verringert werden muß - sich mit der Ringkammer 35 überschneidet, so daß Druckmittel aus der Leitung 31 a und da mit dem Zylinderraum 28 über den Kanal 36 ab­ strömen kann.

Druckänderungen im Kanal 33 werden durch den unterhalb des Kolbenschiebers 38 anstehenden Hilfsdruck kompen­ siert, der für eine Verkleinerung oder Vergrößerung der Überschneidung zwischen der Blende 43 und der Ringkammer 34 sorgt, so daß der im Kanal 31 a anstehende Druck weitgehend konstant gehalten wird.

Durch Einstellung des weiteren Druckminderventils 7 läßt sich im übrigen der dem Druckminderventil 6 zugeführte Druck vorherbestimmen.

Der Hilfsdruck, der durch das Druckminderventil 6 eingesteuert und in Abhängigkeit von der Strombeauf­ schlagung des Magneten geregelt wird, kann verhältnis­ mäßig niedrig sein, da der Servokolben 27 auf der der Druckfläche im Zylinderraum 28 abgewandten Seite praktisch keinen Gegendruck vorfindet und für eine wirkungsvolle Übersetzung sorgt, mit der auch bei einem hohen Druckbe­ reich bzw. bei großen Fördermengen die notwendige, große Kraft am Ventilelement erzeugt wird.

Claims (9)

1. Proportional-Druckbegrenzungsventil mit Elektromagnet-Vorsteuerung, mit einem vom zu begrenzenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagten, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitenden Ventilelement, auf das ein der Strombeaufschlagung des Elektromagneten proportionaler, aus einem Steuerdruck abgeleiteter Hilfsdruck in Schließrichtung wirkt, der durch ein vom Anker des Elektromagneten belastetes Vorsteuerventil einstellbar ist, wobei der Ventilsitz in einer Gehäusebohrung zwischen einem Anschluß für den zu begrenzenden Druck und einer Ablaßleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil ein Druckminderventil (6) mit einem vom Anker (41) des Elektromagneten direkt beaufschlagbaren Schieber (38) ist, das ausgangsseitig mit der Druckseite eines das Ventilelement (12) beaufschlagenden Servokolbens (27) verbunden ist.

2. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckanschluß (34) des Druckminderventils (6) mit dem zu begrenzenden Druck beaufschlagt wird.

3. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckanschluß (34) des Druckminderventils (6) an eine vom zu begrenzenden Druck unabhängige Druckversorgung (54) angeschlossen ist.

4. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerdruckanschluß (34) des Druckminderventils (6) ein weiteres, vorzugsweise einstellbares Druckminderventil (7) vorgeschaltet ist.

5. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Hubbegrenzung (30, 29) für den Servokolben (27) vorgesehen ist, mit der die Ansprechdruckgrenze und/oder die Höchstdruckgrenze einstellbar sind bzw. ist.

6. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanschlag (29) für die Höchstdruckgrenze eine in einem Innengewindeabschnitt (9) einer an die Ablaßleitung (32) angeschlossenen Kammer (56) verschraubbare Hülse ist, an der der Servokolben (27) zur Anlage bringbar ist.

7. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanschlag (30) für die Ansprechdruckgrenze eine Stellschraube ist, an der der Servokolben (27) zur Anlage bringbar ist.

8. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (27) in Schließrichtung des Ventilelementes (12) mit dem Ventilelement direkt gekoppelt ist.

9. Proportional-Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) in einem Einschraubteil (11) angeordnet ist.