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In zwei Richtungen wirkendes Bremsventil mit einem Ventilschieber
Die Erfindung betrifft ein in zwei Richtungen wirkendes Bremsventil mit einem Ventilschieber,
der von seiner Mitte aus symmetrisch aufgebaut und in einem entsprechend von der
Mittellinie symmetrisch ausgeführten Gehäuse bewegbar ist, wobei einstellbare federbelastete
Endanschläge vorgesehen sind und Regelkanten des Ventilschiebers mit Regelfräsungen
versehen sind, und das Gehäuse des Bremsventils mit zwei getrennten, aber gegensinnig
steuerbaren Anschlüssen zu einem Steuergerät einerseits und zu einem reversierbaren
Ölmotor andererseits versehen ist.
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Ein hydraulisches Regelgerät, das auch als Bremsventil einsetzbar
ist,vist in DE-GM 76 36 296 beschrieben. Dabei ist für einen hydraulischen Verbraucher,
insbesondere
als ölmotor, eine Anordnung zwischen dessen Anschlüssen
und einem Steuerschieber vorgesehen, da bei hohen Drücken eine weitestgehend schwingungsfreie
Steuerung ermöglicht werden sollte und sich ein Staudruck automatisch normalisiert.
Zu diesem Zweck ist zwischen jedem Steuerschieber-Anschluß und Verbraucher-Anschluß
eine Parallelschaltung aus einem zum Verbraucher-Anschluß öffnenden Rückschlagventil
und einem vom anderen Verbraucher-Anschluß vorgesteuerten Regelschieber für den
Abfluß vom Verbraucher vorgesehen.
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Solche bekannten Regelgeräte oder Ventile sind nicht für alle Bereiche
einsetzbar Sie besitzen in der Anwendung des Bremsventils als Vorsteuer- oder Dämpfungsräume
nur einfache zylindrische Kammern an den beiden Enden des Schiebers. In diesen ist
gegebenenfalls auch jeweils eine Rückstellfeder gelagert. Eine Ansteuerung solcher
Vorsteuer-oder Dämpfungsräume über Düsen ist bekannt. Dabei haben diese bekannten
Ausführungen den erheblichen Nachteil einer Zusetzung der Düsen aufgrund einer Verschmutzung,
weil in den bekannten Ausführungen der Düsen-Durchmesser kleiner als 0,5 mm sein
muß, um überhaupt eine in etwa schwingungsfreie Regelung zu erzielen.
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Zu berücksichtigen ist dabei, daß Fahrmotoren, insbesondere auch Schwenkmotoren
mit ihrer Kolben- bzw. Arbeitsdrehzahl einen Frequenzbereich in der Größenordnung
von 0 bis 4.500 hz durchfahren können. Dazu kann noch eine überlagerte Kettenfrequenz
bei Raupenbaggern hinzukommen. Innerhalb eines solchen Frequenzbereiches erhöht
sich die Gefahr einer Schwingung des sogenannten Ventils bzw. Schieber-Federsystems
sowie des vorgenannten Federmassensystems,
wenn die einfache oder
mehrfache Größenordnung der Eigenfrèquenz erreicht wird, so daß dann ein instabiles
Regelverhalten besonders hervorgehoben wird.
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Eine Pulsationsfrequenz läßt sich über Düsen an sich nur schwer hinwegdämpfen.
Zu diesem Zwecke entwickelte Ventile mit Schieberpassungen in der Größenordnung
von 20 bis 30 V zur Ansteuerung der Vorsteuerkammern haben den Zweck, Pulsationsfrequenzen
abzudämpfen. Dadurch ergibt sich zwar ein schwingungsfreies, aber doch sehr träges
und viskositätsabhängiges Regelverhalten. Beispielsweise bei kaltem Fluid wie Ö1
sowie beim Anfahren zur Einspannung eines Fluids- bzw. Ölmotors kommt es zu Verzögerungen,
weil die Schieberfunktion den Rücklauf nur verzögert freigibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilschieber der
eingangs angegebenen Art dadurch zu verbessern, daß schon unter Verwendung eines
in zwei Richtungen wirkenden Bremsventils mit einem Ventilschieber der eingangs
angegebenen Art und Anordnung, der Abfluß von der jeweiligen Ausgangsseite des Verbrauchers
gesteuert werden soll, wenn das Rückschlagventil geschlossen ist, so daß durch die
Anordnung eines vorgesteuerten Regelschiebers der Abfluß sehr feinfühlig gesteuert
werden kann.
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Hierbei wird einbezogen, neben regeltechnischen Abstimmungen eine
besonders günstige Dämpfungswirkung mit einer von der Schaltgeschwindigkeit des
Regelschiebers abhängigen Differenzflächen-Dämpfung zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem in zwei Richtungen wirkenden Bremsventil
dadurch gelöst, daß Vorsteuerräume in ringkammerförmige Dämpfungsräume und sie durchsetzende
Zapfen
aufgeteilt sind, wobei der gegenüber den Vorsteuerräumen
im Querschnitt verminderte Zapfen jeweils eine Ringkammer der Dämpfungsräume durchsetzt,
die die Vorsteuerräume bilden.
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Hierbei wird eine relativ schwingungsempfindliche Ansteuerung zu den
Zapfen hin über eine Düse einbezogen. Dabei liegt ein Merkmal auch darin, daß eine
solche Düse einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 1 mm hat. Dadurch werden
Zusetzungen aufgrund von Verschmutzungen weitestgehend ausgeschlossen. Die Düse
hat aber in dieser Größenordnung den Vorteil, daß der Steuerraum mit dem Zapfen
schwingungsempfindlich, d.h. schnell angesteuert werden kann, so daß dadurch ein
schnelles Ansprechvermögen erreicht wird.
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Einbezogen wird zweckmäßig, daß die Dämpfungsräume an den Enden des
Ventilschiebers durcheinfedarnabgestütztes Widerlager begrenzt sind, die einen Endanschlag
bilden. Dadurch ergeben sich durch Bemessungen der Federabstützungenweitere Steuereinflüsse.
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Bevorzugt wird auch, daß die Zapfen ein sich verjüngendes Ende besitzen,
welches jeweils in eine Ausnehmung eines federnabgestützten Widerlagers eingreift,
das eine gegenüber dem sich verjüngenden Ende der Zapfen erweiterte Abmessung aufweist.
Dadurch wird eine Differenzflächendämpfung erreicht, die in ihrer Dämpfungswirkung
auch von der Schaltgeschwindigkeit des Ventilschiebers abhängig ist und bei gleichem
Ventilaufbau besonders den Einsatz in Mobil-und Raupenbaggern ermöglicht. Darin
liegt eine bevorzugte Anwendung. Besonders vorteilhaft sind dabei die gegenüberliegenden
und gegensinnig funktionierenden Differenz flächen-Dämpfungsräume.
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Wenn in den jeweiligen Anschlüssen zu einem Steuergerät ein Zulaufdruck
den obersten Druckwert einer Bremskennlinie, d.h. im Hinblick auf die bekannte Ausführung
eine maximale Federkraft übersteigt, wird der Regelschieber in Richtung der dem
jeweiligen Dämpfungsraum, der als Vorsteuerraum dient, gegenüberliegenden Feder
verschoben, so daß eine ungedrosselte Verbindung, beispielsweise beim Fahren in
der Ebene oder bergauf, entsteht. Wenn sich der Zulaufdruck vermindert, wird der
Ventilschieber durch die Feder in einem Dämpfungsraum in die 0-Lage zurückgeführt/
daß entsprechend der Federkennlinie und dem Dämpfungsraum ein druckabhängiger Hub
entsteht, dem aber immer eine Drosselcharakteristik entsprechend den Regelfräsungen
überlagert ist. Daraus ergibt sich ein stabiles, von Druckpulsationen unabhängiges
Regelverhalten.
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Zweckmäßig ist in jedem Anschluß zum reversierbaren ölmotor ein Rückschlagventil
angeordnet, das in der Richtung zum Ölmotor hin öffnet. Dadurch wird die Sicherheit
des Betriebes wesentlich erhöht, aber eine Sperrung bei der Umkehrung der Betriebsrichtung
des ölmotors erreicht.
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Bevorzugt wird weiterhin, daß die Zapfen eine den Dämpfungsraum zum
federbelasteten Widerlager hin abschließende Dämpfungsbuchse mit einer Passung durchsetzen,
welche einen Durchgang des hydraulischen Druckmittels zuläßt. Dadurch ist gewährleistet,
daß Druckmittel zwischen die sich verjüngenden Enden und die federnabgestützten
Widerlager gelangt, wobei jedoch auch eine gedrosselte Ableitung des durchgehenden
Druckmittels vorgesehen ist. Hierbei wird einbezogen, daß Regelfräsungen an einer
Seite von Regelschieber-Ventilstegen angeordnet sind, die bei der Verlagerung im
Sinne des Rücklauf in ihre Steuerstellung kommen.
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Insbesondere ist dabei zweckmäßig an den Anschlüssen zum Steuergerät
eine Verbindung zu Zwischenräumen zwischen den Widerlagern und den Dämpfungsbuchsen
vorgesehen. Bevorzugt wird, daß in der Verbindung eine Düse angeordnet ist, welche
den Zugang in den Zwischenräumen beschränkt. Eine solche Düse,auch in der oben angegebenen
Größenordnung, bildet eine Sicherheitsvorkehrung, aber auch ein Steuerelement im
Falle eines den Durchgang überschreitenden Drucks. Dabei wird eine relativ schwingungsempfindliche
Ansteuerung des Vorsteuerraumes mit dem Zapfen über die Düsen bevorzugt.
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Ein besonders vorteilhaftes Merkmal liegt darin, daß zwischen den
Zapfen und ihren Führungsöffnungen eine Passung vorgesehen ist, über welche ein
Vorsteuer-Ölstrom unter Dämpfung in die Dämpfungsräume durchführbar ist. Durch eine
solche Passung, die im Bereich eines zehntel Millimeters liegt, wird ein Vorsteuer-Ulstrom
nur gedämpft in die Dämpfungsräume durchgelassen. Dabei sind schmutzunempfindliche,
auch größere Durchmesser für die Düsen bzw. auch andere Größenordnungen für die
Passungen wählbar, um ein schnelles Reagieren des Ventilschiebers zu ermöglichen.
Auf die erwähnten Zapfen einwirkende Druckimpulse, die an sich zu einer quasi schnellen
Bewegung des Ventilschiebers führen, erzeugen in den Dämpfungsräumen durch eine
schnelle Schieberbewegung eine Entlastung, so daß praktisch der Zapfendurchmesser
in Verbindung mit der Druckbeaufschlagung als Stellkraft wirksam wird, aber bei
langsamem und kontinuierlichem Druckaufbau tragen die Druckentwicklungen in den
Dämpfungsräumen zu den Wirkungen des Zapfendurchmessers bei.
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Insofern liegt ein vorteilhaftes Merkmal in einer Stellkraft, welche
sich aus dem Querschnitt der Dämpfungsräume und dem Durchmesser der Zapfen ergibt.
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Besonders bevorzugt wird aber eine Rückspeisung der Dämpfungsräume
über Durchgänge einer Passung aus Zwischenräumen und Düsen. Hierin liegt ein wesentliches
Merkmal der Erfindung dahingehend, daß die Rückspeisung eine Art Rückkopplung bildet,
die von der Ausgangsseite her auf die Steuerung oder Regelung zurückwirkt.
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Bevorzugt wird, daß die Zwischenräume bei kurzzeitig hoher Druckbeaufschlagung
lediglich entsprechend dem Durchmesser der vorhandenen Zapfen wirksam werden.
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Vorteilhaft sind Widerlagerschrauben vorgesehen, welche eine Hubbegrenzung
ermöglichen. Dadurch ist eine mechanische Einstellung unter dem Gesichtspunkt möglich,
ob der Ventilschieber sich aus dem Bereich der an ihm vorgesehenen Regelfräsungen
herausbewegt oder nicht. Dadurch wird eine Einstellmöglichkeit zur Abstimmung auf
bestimmte Fahrantriebe erreicht. Auch dieses ist vorteilhaft bei der Möglichkeit
des Einbaus verschiedener Federn zur Einstellung unterschiedlicher Bremskennlinien
für Mobil- und Raupenbagger.
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Es versteht sich ferner, daß zweckmäßig an den Anschlüssen zum Steuergerät
eine Verbindung zu Federgehäusen bzw. den Zwischenräumen zwischen den Widerlagern
und den Dämpfung buchsen im Sinne obiger Darlegungen vorgesehen ist und in einer
solchen Verbindung jeweils die. Düse angeordnet ist, die den Durchgang in den Zwischenräumen
beschränkt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist.
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Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt ein Ventil 1. Dieses hat in seinem
Gehäuse 2 eine Bohrung 3 für einen Ventilschieber 4. An einer Seite des Gehäuses
sind zwei Anschlüsse 5, 6 angeordnet, die mit einem Steuergerät 7 verbindbar sind,
das eine Verbindung mit einer Pumpe und einem Tank wechselweise in bekannter Weise
herstellt.
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Ferner sind am Gehäuse zwei Motoranschlüsse 8, 9 vorgesehen, die im
gezeichneten Ausführungsbeispiel über eine Adapterplatte 10 am Gehäuse 2 mit entsprechenden,
insbesondere versetzten Anschlußöffnungen 11, 1 2 mit einem reversierbaren Ölmotor
13 verbunden sind.
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Die Bohrung 3 hat im Bereich der Anschlüsse 5, 8 bzw. 6, 9 Ausdrehungen
14, 15.
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Weitere Steuer-Ausdrehungen 16, 17 sind symmetrisch zu einer Mittellinie
18 vorgesehen. Diese Steuer-Ausdrehungen 16, 17 stehen über schematisch eingezeichnete
Verbindungen 19, 20 mit Ventilräumen 21, 22 im Gehäuse 2, und zwar unmittelbar zwischen
den Motoranschlüssen 8, 9 und dem Ventilschieber 4 in Verbindung. Dabei ist erkennbar,
daß in den Motoranschlüssen 8, 9 an ihren Ausgängen Traganordnungen 23, 24 für eihen
Führungszapfen 25, 26 eines Rückschlagventilkörpers 27, 28 angeordnet sind, der
seinen Sitz am Rand des Durchganges 29, 30 zu den Ausdrehungen 14, 15 hat.
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Es wird einbezogen, den Ventilkörper 27, 28 jeweils durch eine verhältnismäßig
schwache Andruckfeder 31, 32 an
seinen Ventilsitz 33, 34 zu drücken
und ferner mit einem Leck-Durchgang 35, 36 zu versehen. Dieser Leck-Durchgang hat
den Zweck einer Entlastung der Ventilräume 21, 22.
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Der Ventilschieber ist symmetrisch zur Mittellinie 18 aufgebaut und
dort mit einem Schiebersteg 37 versehen, der abdichtend an der Bohrung läuft. Weiterhin
sind Schieberstege 38, 39 angeordnet, die mit der Bohrungswand zwischen den Steuer-Ausdrehungen
16, 17 einerseits und den Ausdrehungen 14, 15 andererseits angeordnet sind.
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Diese Schieberstege 38, 39 haben zu den Ausdrehungen 15, t6 hin Regelfräsungen
40, 41, so daß bei einer Verlagerung zur Ausdrehung 14, 15 hin eine gesteuerte Verbindung
einstellbar ist.
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An seinen beiden Enden hat der Ventilschieber 4 zentrisch fortragende
Zapfen 42, 43, welche mit einer den Druckmitteldurchfluß zulassenden Passung Bohrungen
44, 45 von Dämpfungsbuchsen 46, 47 durchsetzen. Diese sind abgedichtet in der Ventilschieber-Bohrung
3 geführt. Sie liegen an federnd abgestützten Widerlagern 48, 49 an, welche an Federn
50, 51 abgestützt sind. Diese Federn sind in an das Gehäuse 1 eingeschraubte Federngehäuse
52, 53 geführt, die in ihrer eingesetzten Stellung zugleich die Dämpfungsbuchsen
46, 47 festlegen.
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Die Endwände 54, 55 der Federngehäuse 52, 53 sind von einstellbaren
Widerlagerschrauben 56, 57 durchsetzt, deren Enden einen Endanschlag für die Bewegung
der federnd abgestützten Widerlager 48, 49 bilden.
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Die Zapfen 42, 43 haben sich verjüngende Enden 58, 59, die beispielsweise
kegelförmig, mit besonderem Vorteil kugelförmig, mit abgestumpfter Kuppe ausgeführt
sind. Sie greifen in Ausnehmungen 60, 61 in
den Widerlagern 48,
49, die einen größeren Öffnungswinkel als die sich verjüngenden Enden 58, 59 aufweisen.
In die Federgehäuse 52, 53 bzw. Zwischenräume 62, 63 zwischen den Dämpfungsbuchsen
46, 47 einerseits und Widerlagern 48, 49 andererseits mündet jeweils eine Verbindung
70, 71, die mit den Anschlüssen 5, 6 zum Steuergerät 7 in Verbindung steht. In dieser
Verbindung sind Düsen 66, 67 angeordnet, die einen bemessenen Durchgang des hydraulischen
Druckmittels in die Zwischenräume 62, 63 bz. auch eine gedämpfte Entlastung dieser
Zwischenräume gewährleisten.
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Es ist erkennbar, daß die Zapfen 42, 43 an den Funktionsenden des
Ventilschiebers befindliche Dämpfungsräume 64, 65 durchsetzen. Diese Dämpfungsräume
werden jeweils aus den Zwischenräumen 62, 63 über die durchlässige Passung 44, 45
mit Druckmitteln gespeist, so daß sich Gegendrücke aufbauen können.
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In den sogenannten Zwischenräumen 62, 63 ergibt sich aber die Wirkung,
daß eine kurzzeitige hohe Druckbeaufschlagung und damit verbundener Schieberbewegung
jeweils nur entsprechend dem Durchmesser eines Zapfens 42, 43 wirksam wird. Bei
Druckpulsationen wird ein positiver Druckimpuls nach Durchgang durch die Düsen 66,
67 und die Passungen 44, 45 nur gedämpft wirksam, vor allem aber wirkt er in erster
Linie auf den Durchmesser der Zapfen 42, 43. Daher bleibt für schnelle Lageänderungen
des Ventilschiebers 4 nur die Reaktionsfläche an den Enden der Zapfen 42, 43 maßgeblich,
während bei langsamen Lageänderungen des Ventilschiebers zunehmend druckwirksam
hydraulische Druckmittel in den sich jeweils vergrößernden Dämpfungsräumen 64 oder
65 nachgespeist werden. Bei Druck oder im umgekehrten Sinne drückt die gegenliegende
Feder 51 oder 52 das hydraulische
Druckmittel über die jeweilige
Passung 45, 44 hinaus. Es wird eine gegeneinander wirkende Stellung zweier Dämpfungsräume
64, 65 auch in der besonderen Ausgestaltung mit dem Zapfen 42, 43, den Zwischenräumen
62, 63 und den Widerlagern 48, 49 geschaffen, so daß aufgrund der gegeneinander
wirkenden Differenzflächen-Dämpfungen das gleiche Ventil bei verschiedenen Fahrzeugen
mit verschiedenen Größenleistungen, beispielsweise einem Mobil und Raupenbaggern,
einsetzbar ist.
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Die Bremskennlinie für den reversierbaren Ölmotor 13 entspricht jeweils
der Federkennlinie der Federn 50, 51. Dadurch ergibt sich z.B. beim Fahren in der
Ebene oder bergauf eine ungedrosselte Verbindung zwischen den Steuer-Ausdrehungen
16, 17 und Ausdrehungen 14, 15. Erst wenn bei-.spielsweise ein Schiebebetrieb entsteht
oder sich der zulaufende Druck vermindert, verschiebt eine Feder den Ventilschieber
in die zentrische Ausgangs- oder 0-Lage, so daß dann ein druckabhängiger Hub entsprechend
der Kennlinie der Federn 50, 51 und dem Drossel-Querschnitt in den Regelfräsungen
40, 41 entsteht.
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Die Adapterplatte 10 hat den Vorteil, das Bremsventil mit seinem Gehäuse
unmittelbar an Ölmotoren verschiedener Größe mit unterschiedlichen Anschlußabmessungen
anzuflanschen. Hierbei handelt es sich um einen zusätzlichen Vorteil.