AT521890A2 - Hydraulisches Differenzdruckventil - Google Patents

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AT521890A2 ATA51087/2019A AT510872019A AT521890A2 AT 521890 A2 AT521890 A2 AT 521890A2 AT 510872019 A AT510872019 A AT 510872019A AT 521890 A2 AT521890 A2 AT 521890A2
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Abstract

Es wird ein hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf (2, 4) angeschlossenen Steuerzylinder (1) und mit einem im Steuerzylinder (1) verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber (6) beschrieben, der mit zwei einerseits eine Steuerkante (8) für den Zulauf (2) und anderseits eine Steuerkante (13) für den Ablauf (4) bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf (2) und den Ablauf (4) verbindenden Druckraum (14) begrenzt, wobei der Steuerzylinder (1) auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum (14) strömungsverbunden Gegendruckraum (15) und auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum (17) mit einem Steueranschluss (21) zur Druckbeaufschlagung umfasst. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt des Steuerschiebers (6) einen Kolben (7) mit einer Kolbenstange (12) bildet, auf der der als Ringkolben (9) ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben (9) und die Kolbenstange (12) durch gesonderte, im Federraum (17) angeordnete Federn (18, 19) beaufschlagbar sind und dass der Steueranschluss (21) des Federraums (17) mit dem Ablauf (4) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf angeschlossenen Steuerzylinder und mit einem im Steuerzylinder verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber, der mit zwei einerseits eine Steuerkante für den Zulauf und anderseits eine Steuerkante für den Ablauf bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf und den Ablauf verbindenden Druckraum begrenzt, wobei der Steuerzylinder auf der vom Druckraum abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum strömungsverbundenen Gegendruckraum und auf der vom Druckraum abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum mit einem
Steueranschluss zur Druckbeaufschlagung umfasst.
Hydraulische Differenzdruckventile werden üblicherweise zur Ansteuerung von Aktuatoren mit einem bestimmten Volumenstrom unter Ausgleich äußerer Druckänderungen eingesetzt. Zu diesem Zweck umfasst das hydraulische Differenzdruckventil einen an einen Zu- und Ablauf angeschlossenen Steuerzylinder mit einem federbelasteten Steuerschieber, der mit zwei einerseits eine Steuerkante für den Zulauf und anderseits eine Steuerkante für den Ablauf bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf und den Ablauf verbindenden Druckraum begrenzt (DE 26 56 032 A1). Auf der vom Druckraum abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts bildet der Steuerzylinder einen mit dem Druckraum strömungsverbundenen Gegendruckraum und auf der vom Druckraum abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum, der eine den Steuerschieber im Öffnungssinn des Zulaufs und im Schließsinn des Ablaufs beaufschlagende Feder aufnimmt. Da in der Beaufschlagungsleitung zwischen dem
Steuerzylinder und dem Aktuator eine Drossel vorgesehen ist, kann der Druckabfall
vom Lastdruck zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Differenzdruckventil so auszubilden, dass der Lastdruck für die
Differenzdruckregelung nicht zur Verfügung gestellt werden muss.
Ausgehend von einem hydraulischen Differenzdruckventil der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt einen Kolben mit einer Kolbenstange bildet, auf der der als Ringkolben ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben und die Kolbenstange durch gesonderte, im Federraum angeordnete Federn beaufschlagbar sind und dass der
Steueranschluss des Federraums mit dem Ablauf verbindbar ist.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Druckverhältnisse im Federraum den Druck im Gegendruckraum bestimmen. Im Gegendruckraum herrscht somit ein Druck der nicht nur vom im Federraum anliegenden Druck im Ablauf des Steuerzylinders, sondern auch von den wirksamen Federkräften abhängt. Diese
zusätzliche Druckkomponente im Gegendruckraum entspricht der auf die
Gleichgewichtszustand an der Steuerkante des Ringkolbens ab.
Der Kolben wird durch den im Federraum auf die Kolbenstange wirkenden Federraumdruck sowie durch die die Kolbenstange beaufschlagende Feder gegensinnig zum Druck im Gegendruckraum belastet, wobei die Druckdifferenz wiederum nur von den Konstruktionsvorgaben abhängt und so gewählt wird, dass sich eine zum Ringkolben gegensinnige Steuerbewegung einstellt. Mit den Differenzdruckvorgaben ergibt sich ein bestimmter, über die Steuerkanten des Kolbens und des Ringkolbens regelbarer Druckabfall zwischen dem Zulauf und dem
Ablauf des Steuerzylinders.
Druckschwankungen im Ablaufbereich wirken sich auf das Regelverhalten des Differenzdruckventils nicht aus, weil zufolge der Verbindung des Steueranschlusses des Federraums mit dem Ablauf des Steuerzylinders diese Druckschwankungen keinen Einfluss auf den Druckabfall zwischen Zu- und Ablauf haben. Mit einer Druckänderung im Federraum ändert sich ja auch der Gegendruck im
Gegendruckraum.
Um ein Übersteuern der Steuerkante des Ringkolbens zu vermeiden, kann die Federkraft der den Ringkolben beaufschlagenden Feder größer als die Federkraft
der die Kolbenstange beaufschlagenden Feder gewählt werden, wobei jedoch die
einstellt.
Wie bereits ausgeführt wurde, hängt der Differenzdruck zwischen den zu- und ablaufseitigen Steuerkanten von den gewählten Federkräften und den von diesen Federkräften beaufschlagten Querschnittsflächen des Ringkolbens und der Kolbenstange ab. Eine zusätzliche Einflussnahme eröffnet sich, wenn der
Federraum mit einem zusätzlichen Steuerdruck beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäße hydraulische Differenzdruckventile lassen sich jedoch nicht nur zur Steuerung des Volumenstroms einsetzen, sondern beispielsweise auch zur Strömungsaufteilung auf mehrere Aktuatoren. Eine hierfür geeignete Anordnung aus wenigstens zwei hydraulischen Differenzdruckventilen zeichnet sich dadurch aus, dass die durch eine gemeinsame Pumpe beaufschlagbaren Differenzdruckventile je an einen Aktuator angeschlossenen sind und dass die Federräume der Differenzdruckventile miteinander in Strömungsverbindung stehen. Dies bedeutet, dass die Federräume der einzelnen Differenzdruckventile mit dem jeweils höchsten Ablaufdruck der Differenzdruckventile beaufschlagt wird, was eine übereinstimmende Ansteuerung der Differenzdruckventile und damit eine gleichmäßige Aufteilung des Volumenstroms auf die einzelnen Aktuatoren zur Folge hat.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es
zeigen die
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung aus mehreren
erfindungsgemäßen Differenzdruckventilen.
Ein erfindungsgemäßes hydraulisches Differenzdruckventil weist einen Steuerzylinder 1 auf, der über einen Zulauf 2 an eine Pumpe 3 angeschlossen ist und über dessen Ablauf 4 ein Aktuator 5, beispielsweise ein Arbeitszylinder oder ein Hydraulikmotor, mit hydraulischem Druckmittel versorgt wird. Im Steuerzylinder 1 ist ein Steuerschieber 6 vorgesehen, der einen Kolben 7 mit einer Steuerkante 8 für den Zulauf 2 und einen Ringkolben 9 umfasst, der zwischen einem Anschlagring 10 und einem Bund 11 auf einer Kolbenstange 12 des Kolbens 7 verschiebbar gelagert ist und eine Steuerkante 13 für den Ablauf 4 bildet. Zwischen dem Kolben 7 und dem Ringkolben 9 ergibt sich ein Druckraum 14, der in der Arbeitsstellung des Druckdifferenzventils den Zulauf 2 mit dem Ablauf 4 verbindet. Auf der dem Druckraum 14 abgewandten Seite des Kolbens 7 ergibt sich im Steuerzylinder 1 ein Gegendruckraum 15, der mit dem Druckraum 14 durch eine den Kolben 7 durchsetzende Hydraulikleitung 16 in Strömungsverbindung steht. Auf der dem Druckraum 14 gegenüberliegenden Seite des Ringkolbens 9 bildet der Steuerzylinder 1 einen Federraum 17 für zwei gesonderte Federn 18, 19 zur Beaufschlagung einerseits des Ringkolbens 9 und anderseits der Kolbenstange 12. Der Ringkolben 9 und die Kolbenstange 12 werden durch gesonderte Federn 14, 15
beaufschlagt.
Zwischen dem Aktuator 5 und dem Differenzdruckventil ist ein Schaltventil 20 vorgesehen, das in den Schaltstellungen zur Beaufschlagung des Aktuators 5 den Ablauf 4 des Steuerzylinders 1 mit einem im Federraum 17 mündenden Steueranschluss 21 des Steuerzylinders 1 verbindet. In der Schaltstellung nach der Fig. 1 sind der Aktuator 5 und die Pumpe 3 ausgeschaltet. Da auch der Steueranschluss 21 drucklos ist, wird der Steuerschieber 6 lediglich durch die
beiden Federn 18 und 19 beaufschlagt, sodass der Kolben 7 durch die Feder 19 in
11 in der Schließstellung gehalten werden.
Mit der Beaufschlagung des Zulaufs 2 durch die Pumpe 3 liegt der Pumpendruck im Druckraum 14 an, was eine Beaufschlagung des Ringkolbens 9 gegen die Kraft der Feder 18 und damit eine Verschiebung des Ringkolbens 9 entlang der Kolbenstange 12 bis zum Anschlagring 10 bedingt, bevor die Kolbenstange 12 durch den Ringkolben 9 mitgenommen wird. Der Kolben 7 schließt den Zulauf 2,
während der Ringkolben 9 den Ablauf 4 öffnet, wie dies die Fig. 2 zeigt.
Wird nun gemäß der Fig. 3 der Aktuator 5 durch das Schaltventil 20 eingeschaltet, so wird der Federraum 17 des Steuerzylinders 1 mit dem ablaufseitigen Druck beaufschlagt, der im Zusammenwirken mit den Federn 18, 19 eine Verlagerung des Ringkolbens 9 im Schließsinn des Ablaufs 4 entlang der Kolbenstange 12 und zugleich eine Verlagerung des Kolbens 7 im Öffnungssinn des Zulaufs 2 zur Folge hat. Der im Gegendruckraum 15 herrschende Druck, wird durch die Druckverhältnisse im Federraum bestimmt und entspricht dem Druck im Federraum 17, vermehrt um die auf Kolbenfläche im Gegendruckraum 15 bezogene Summenkraft der beiden Federn 18 und 19. Dieser Druck wirkt aufgrund der Hydraulikleitung 16 des Kolbens 7 auch im Druckraum 14, dessen Druck den durch die Feder 18 auf den Ringkolben 9 ausgeübten Druck um ein vorgegebenes Maß übersteigt, das ausschließlich durch die Federkräfte und die von diesen Federkräften beaufschlagten Flächen des Ringkolbens 9 und der Kolbenstange 12 bestimmt wird und somit unabhängig vom Lastdruck und vom Durchfluss ist. Auf den Ringkolben 9 wirkt somit im Öffnungssinn eine, durch die Wahl der Federkräfte und deren Beaufschlagungsflächen vorgebbare Druckdifferenz, die im
Gleichgewichtszustand an der Steuerkante 13 des Ringkolbens abfällt.
In ähnlicher Weise wird der Kolben 7 mit einer konstruktiv vorgegebenen Druckdifferenz beaufschlagt, allerdings gegensinnig, wenn die auf den Querschnitt des Ringkolbens 9 bezogene Kraft der Feder 18 kleiner als die auf den Querschnitt
der Kolbenstange 12 bezogene Kraft der Feder 19 ist. Um Übersteuerungen im
Zulauf 2 und dem Ablauf 4 sichergestellt werden kann.
Ändert sich der ablaufseitige Druck, und damit der am Steueranschluss 21 des Federraums 17 anliegende Druck, so ändert sich der Beaufschlagungsdruck des Ringkolbens 9, was zu einer Verlagerung seiner Steuerkante 13 und damit zu einem Ausgleich dieser Druckschwankungen durch eine Regelung des Druckabfalls an der Steuerkante 13 führt. Da der Ausgleich dieser Druckschwankungen lediglich mithilfe der am Ringkolben 9 wirksamen, federbedingten Druckdifferenz erfolgt, ist der Abgriff eines Differenzdruckes an einer Drossel in einer Beaufschlagungsleitung des
Aktuators nicht notwendig.
Wie in der Fig. 4 veranschaulicht ist, können erfindungsgemäße Differenzdruckventile auch zur Aufteilung eines Volumenstroms auf mehrere Aktuatoren 5 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen je einem Aktuator 5 zugeordneten Differenzdruckventile an die Druckleitung 22 einer gemeinsamen Pumpe 3 angeschlossen. Wesentlich dabei ist, dass die Federräume 17 der Steuerzylinder 1 aller Differenzdruckventile miteinander strömungsverbunden sind, sodass alle Federräume 17 mit dem höchsten in einem der Federräume 17 auftretenden Steuerdruck beaufschlagt werden. Um einen zum Öffnungshub des Ringkolbens 9 proportional ansteigenden Differenzdruck für den Ringkolben 9 sicherzustellen, weisen die Federn 18 für die Ringkolben 9 eine entsprechend ansteigende Federkennlinie auf. Damit wird es möglich, den Volumenstrom
gleichmäßig auf alle Aktuatoren 5 aufzuteilen.
Die Pumpe 3 kann über eine Steuereinrichtung 23 in Abhängigkeit vom Steuerdruck
im Federraum 17 zur Leistungsanpassung angesteuert werden, und zwar
vorgesehen ist.

Claims (1)

  1. (43066) II
    Patentansprüche
    1. Hydraulisches Differenzdruckventil mit einem an einen Zu- und einen Ablauf (2, 4) angeschlossenen Steuerzylinder (1) und mit einem im Steuerzylinder (1) verschiebbar gelagerten, federbeaufschlagten Steuerschieber (6), der mit zwei einerseits eine Steuerkante (8) für den Zulauf (2) und anderseits eine Steuerkante (13) für den Ablauf (4) bildenden Kolbenabschnitten einen den Zulauf (2) und den Ablauf (4) verbindenden Druckraum (14) begrenzt, wobei der Steuerzylinder (1) auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des zulaufseitigen Kolbenabschnitts einen mit dem Druckraum (14) strömungsverbunden Gegendruckraum (15) und auf der vom Druckraum (14) abgewandten Seite des ablaufseitigen Kolbenabschnitts einen Federraum (17) mit einem Steueranschluss (21) zur Druckbeaufschlagung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zulaufseitige Kolbenabschnitt des Steuerschiebers (6) einen Kolben (7) mit einer Kolbenstange (12) bildet, auf der der als Ringkolben (9) ausgebildete ablaufseitige Kolbenabschnitt anschlagbegrenzt verschiebbar gelagert ist, dass der Ringkolben (9) und die Kolbenstange (12) durch gesonderte, im Federraum (17) angeordnete Federn (18, 19) beaufschlagbar sind und dass der Steueranschluss (21) des Federraums (17) mit dem Ablauf (4)
    verbindbar ist.
    2. Hydraulisches Differenzdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der den Ringkolben (9) beaufschlagenden Feder (18) größer als die Federkraft der die Kolbenstange (12) beaufschlagenden Feder (19) ist, dass jedoch die auf die Querschnittsfläche des Ringkolbens (9) bezogene Federkraft der den Ringkolben (9) beaufschlagenden Feder (18) kleiner als die auf die Querschnittsfläche der Kolbenstange (12) bezogene Federkraft der
    die Kolbenstange (12) beaufschlagenden Feder (19) ist.
    beaufschlagbar ist.
    4. Anordnung aus wenigstens zwei hydraulischen Differenzdruckventilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch eine gemeinsame Pumpe (3) beaufschlagbaren Differenzdruckventile je an einen Aktuator (5) angeschlossenen sind und dass die Federräume (17) der Steuerzylinder (1) der Differenzdruckventile miteinander in Strömungsverbindung
    stehen.
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