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Dokumentenidentifikation DE102004016964B4 19.07.2007
Titel Entlastungsventil mit wählbarer Sperre
Anmelder Sauer-Danfoss Inc., Ames, Ia., US;
Deere & Company, Moline, Ill., US
Erfinder Courtright, Dennis O., Ames, Ia., US;
Tow, John P., Ames, Ia., US;
Sigl, David L., Moline, Ill., US
Vertreter FROHWITTER Patent- und Rechtsanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 06.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004016964
Offenlegungstag 18.11.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/44(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 31/60(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F16K 17/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F16K 11/076(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Entlastungsventile mit einem Sperrmodus werden dafür verwendet, bei bestimmten hydraulischen Geräten wie einem Gerätelift mit Hydraulikzylindern oder einem Stangenbohrer- oder Grabenzieherkettenantriebsmotor mehrere Betriebsarten zu ermöglichen. Beim Einsatz derartiger Technologie müssen jedoch für jede einzelne benötigte Betriebsart separate manuelle Steuerventile vorgesehen sein.

Aus der Druckschrift US 3 392 957 A ist ein Schalt- und Sicherheitsventil bekannt, mit dem die Drehrichtung eines Bohrhammers pneumatisch umgeschaltet werden kann. Im Ventil ist eine Sicherheitssperre vorgesehen, die ein Verstellen des Ventils von der Stellung für die erste Drehrichtung über eine Neutralstellung hinaus nur dann freigibt, wenn die Arbeitsleitung des Bohrhammers geschlossen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Entlastungsventil mit wählbarer Sperre bereitzustellen.

Erfindungsgemäß verfügt das Entlastungsventil mit wählbarer Sperre über drei Betriebsmodi, d.h. nicht sperrend, Dauersperre und Freigabe der Sperre.

In der nicht sperrenden Stellung kann ein Durchfluss das Entlastungsventil von einer ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung passieren und damit die Entlastungsfunktion umgehen. Durch den erzeugten Druck wird der Sperrmechanismus im Steuerventil ausgeschaltet. Solange Druck vorhanden ist, geht der Kolben immer wieder in die neutrale Stellung zurück.

In der Stellung mit Dauersperre ist der Durchfluss von einer ersten zu einer zweiten Öffnung blockiert. Da kein Durchfluss zum Ausschalten des Sperrmechanismus vorhanden ist, muss der Bediener den Kolben manuell aus der Sperrstellung heraus und zurück in die neutrale Stellung schieben.

Die Stellung mit Freigabe der Sperre lässt einen Durchfluss von einer ersten Öffnung zu einer zweiten zu, um den Sperrmechanismus im Kolben zu umgehen (d.h. freizugeben), wenn der Druck 2600 psi übersteigt. Der Kolben wird dabei automatisch in die neutrale Stellung zurückversetzt.

Bei jeder Stellung des Entlastungsventils mit wählbarer Sperre ist auch eine Arretierung im Griffaufbau vorgesehen, um sicherzustellen, dass der Betriebsmodus beibehalten wird, bis der Bediener einen neuen Modus auswählt. Der voreingestellte Modus ist der nicht sperrende Modus. Wird der Wählknopf auf einen der anderen Modi hinbewegt, dabei aber nicht vollständig gedreht, dann dreht sich das Entlastungsventil zurück auf den nicht sperrenden Modus.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.

Es zeigen:

1 eine Schnittansicht des Entlastungsventils in seiner nicht sperrenden Stellung;

1A eine Aufsicht den Wählknopf von 1;

2 eine Schnittansicht des Entlastungsventils in seiner Stellung mit Dauersperre;

2A eine Aufsicht auf den Wählknopf von 2;

3 eine Schnittansicht des Entlastungsventils in seiner Stellung zur Freigabe der Sperre;

3A eine Aufsicht auf den Wählknopf von 3; und

4 eine perspektivische Ansicht einer Kurvenscheibenvorrichtung, welche die drei Modi des Wählknopfes vorgibt.

In 1 weist das Entlastungsventil 10 eine Hülse 12 auf, die über Keilwellennuten 15 in ein Ende des Steckers 14 eingesteckt wird. Eine Führung 16 wird über Keilwellennuten 17 in den Stecker 14 eingesetzt. Ein Kolben 18 ist verschiebbar innerhalb Hülse 12 und Stecker 14 vorgesehen. In der Hülse 12 sind Öffnungen 19A und 19B vorgesehen, die bisweilen mit Öffnungen 19C im Kolben 18 ausgerichtet sind (3). Hülse 12 und Stecker 14 bilden dabei ein Ventilgehäuse.

Der Steuerschaft 20 verläuft durch das Zentrum der Führung 16 und hat ein inneres Ende 22 und ein äußeres Ende 24. Ein Passstift 25 verläuft durch einen Querschlitz 25'. Eine Lastscheibe 25A ist in der Nähe des Schlitzes 25' angeordnet (1). Wie es in 4 gezeigt ist, weist die Hülse 25B Feststellkerben 25C, 25C' und 25C'' auf. Der Stift 25 ist so ausgelegt, dass er je nach Stellung des Wählknopfes 26 in gegenüberliegenden Kerben 25C'', 25C' oder 25C liegt. Eine Mutter 28 und ein Ring 30 dienen zur Befestigung des Wählknopfes 26 am Steuerschaft 20.

Wie die 1, 2 und 3 zeigen, weist der Kolben 18 an seinem äußeren Ende ein pfeilartiges Element 32 auf. Durch eine Feder 34, die an einem nach innen verlaufenden Ende mit einem Anschlag 35 sowie an einem äußeren Ende mit einer Schulter am pfeilartigen Element 32 in Eingriff geht, wird der Kolben in Richtung nach außen gedrängt. Die Bezugsziffer 36 bezeichnet das spitzzulaufende äußere Ende des pfeilartigen Elements, welches sich schließend auf die Öffnung 38 legt und diese Öffnung 38 erst dann wieder öffnet, wenn ausreichend Flüssigkeitsdruck an der Öffnung 38 anliegt, um die Feder 34 zusammenzudrücken, woraufhin sich das spitzzulaufende äußere Ende 36 des pfeilartigen Elements aus der Kontaktstellung mit der Öffnung 38 zurückzieht.

Wie es in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Wellenfeder 40 rückwärtig der Lastscheibe 25A angebracht. Ein Drucklager 42 verläuft um den Steuerschaft 20 herum. Mehrere Dichtungen 44 sind um die Hülse 12 und den Stecker 14 herum angeordnet, um das Entlastungsventil 10 bezüglich eines (nicht dargestellten) Haltekörpers abzudichten.

Wie in den 1A, 2A und 3A zu sehen ist, bezeichnet die Bezugsziffer 46 die nicht sperrende Stellung; die Bezugsziffer 48 bezeichnet die Stellung mit Dauersperre; und die Bezugsziffer 50 bezeichnet die Stellung zur Freigabe der Sperre. Wird der Wählknopf 26 in die jeweils in den 1A, 2A bzw. 3A dargestellte Stellung gedreht, in der die Positionsindikatoren 46, 48 oder 50 jeweils mit der Modusstellung 52 ausgerichtet sind, dann entspricht dabei die Stellung der Komponenten des Entlastungsventils 10 jeweils der Darstellung der 1, 2 bzw. 3.

Wie es in 1 zu sehen ist, ist der Wählknopf 26 mit dem Steuerschaft 20 verbunden. Der Passstift 25 verbindet den Steuerschaft 20 und den Kolben 18. Die Wellenfeder 40 legt eine axiale Kraft auf die Lastscheibe 25A und den Passstift 25. Der Passstift 25 kontaktiert Paare von Feststellkerben 25, 25C' oder 25C'', durch die der Kolben in einer der drei auswählbaren Stellungen arretiert wird. Am Kolben 18 im Steuerschaft 20 ist ein Schlitz 25' vorgesehen, um eine Bewegung des Passstifts 25 entlang der Achse des Entlastungsventils 10 zu ermöglichen. Diese findet statt, wenn der Kolbens 18 innerhalb der Hülse 25B gedreht wird und sich am Profil des Endes der Hülse entlang bewegt, dessen Kurvenprofil aus den Paaren von Feststellkerben 25C, 25C' und 25C'' (4) für die Sperreigenschaften besteht. In der in 1 dargestellten, nicht sperrenden Stellung wird der Eingangsdruck von der Öffnung 38 an die Öffnung 19A umgeleitet. Da der Eingangsdruck an der Öffnung 38 auf 3000 psi hochgehen und den Kolben 18 mit hoher axialer Kraft belasten kann, wurde das Drucklager 42 hinzugefügt, um das erforderliche Drehmoment zur Drehung des Kolbens 18 zu verringern.

Wie bereits erwähnt zeigen die 1 und 1A das Entlastungsventil in der nicht sperrenden Stellung. In dieser Stellung befindet sich das Entlastungsventil 10 in einem „Umleit"-Modus. Dies ermöglicht, dass der Durchfluss durch das Entlastungsventil verläuft und dabei zu 100% der Zeit die Funktion zur Freigabe der Sperre offen hält. Infolgedessen kehrt der Kolben 18 immer wieder in eine neutrale Stellung zurück.

Wie 2 zeigt, befindet sich das Entlastungsventil 10 in der Stellung mit Dauersperre, in der der Kolben 18 den Durchfluss an der Öffnung 38 blockiert.

Bei einem Druckanstieg an der Öffnung 38 bis auf den Sprengdruck des pfeilartigen Elements 32 besteht für den Durchfluss keine Ausweichmöglichkeit, da beide Öffnungen 19A und 19B blockiert sind. Der Flüssigkeitsdruck gleicht sich auf jeder Seite des pfeilartigen Elements 32 aus und die Feder 34 setzt sich über den Druck hinweg und drückt weiterhin das pfeilartige Element verschließend auf den Sitz der Öffnung 38.

Somit ist, wie es in den 2 und 2A dargestellt ist, die Stellung mit Dauersperre wirksam. In dieser Stellung befindet sich das Entlastungsventil 10 in einem „Blockier"-Modus. Dadurch wird die Flüssigkeit am Durchströmen des Entlastungsventils gehindert. Infolgedessen hat der Kolben immer eine Sperrfunktion und die Funktion zur Freigabe der Sperre ist außer Kraft gesetzt.

In den 3 und 3A ist die Stellung zur Freigabe der Sperre dargestellt, in der der Kolben einen Durchfluss von der Öffnung 19A zur Öffnung 19B ermöglicht, wenn der Systemdruck 2600 psi übersteigt. Die Öffnungen 19C im Kolben 18 sind mit den Öffnungen 19A und 19B in der Hülse 12 ausgerichtet, wodurch sich ein Weg für das Öl ergibt. Die Öffnung 19B liegt auf Tankdruck, so dass der Entlastungsdruck vom Druck an der Öffnung 19A unabhängig ist.

In der Stellung zur Freigabe der Sperre befindet sich das Entlastungsventil 10 in seinem Entlastungsmodus. Dieser lässt den Flüssigkeitsstrom das Entlastungsventil durchströmen, wenn der Druck 2600 psi (180 bar) übersteigt. Passiert dies, wird die Funktion zur Freigabe der Sperre aktiviert. Infolgedessen geht der Kolben dann in die neutrale Stellung zurück.

Aus den voranstehenden Ausführungen ergibt sich, dass das Entlastungsventil 10 zum Betrieb eines hydraulischen Sperrmechanismus eingesetzt wird. Der Wählknopf am Entlastungsventil wird zur Erzeugung der drei Betriebsmodi verwendet, d.h. nicht sperrend, Dauersperre und Freigabe der Sperre. Es ergibt sich dabei, dass in der nicht sperrenden Stellung der Flüssigkeitsstrom das Entlastungsventil von Öffnung 38 zu Öffnung 19A durchfließen und somit die Entlastungsfunktion umgehen kann. Der so erzeugte Druck löst den Sperrmechanismus. Der Kolben 18 kehrt immer in eine neutrale Stellung zurück, solange Druck vorhanden ist. In der Stellung mit Dauersperre ist der Durchfluss von Öffnung 38 zu Öffnung 19A blockiert. Da kein Flüssigkeitsstrom zum Lösen des Sperrmechanismus vorhanden ist, muss der Bediener manuell den Kolben aus der Sperrstellung heraus und zurück in eine neutrale Stellung schieben. Die Stellung zur Freigabe der Sperre ermöglicht den Verlauf des Flüssigkeitsstroms von Öffnung 38 zu Öffnung 19A, um sich über den Sperrmechanismus im Kolben 18 hinwegzusetzen (d.h. die Sperre freizugeben), wenn der Druck 2600 psi übersteigt. Der Kolben wird automatisch wieder in eine neutrale Stellung gebracht. Jede Stellung des Entlastungsventils 10 sieht auch eine Arretierung im Aufbau des Griffs vor, um sicherzustellen, dass der Betriebsmodus beibehalten wird, bis der Bediener einen neuen Modus auswählt. Der voreingestellte Modus ist der nicht sperrende Modus. Wird der Wählknopf 26 auf einen der anderen Modi hin bewegt, dabei aber nicht vollständig gedreht, dreht sich das Entlastungsventil wieder zurück in den nicht sperrenden Modus.

Das Entlastungsventil gemäß dieser Erfindung wird dazu verwendet, unterschiedliche Betriebsarten zu ermöglichen. Jede der getrennt voneinander wählbaren Betriebsarten des Entlastungsventils erzeugt ein eindeutiges Funktionsmerkmal für den Sperrmechanismus. Auf der Grundlage der ausgewählten Funktionseinstellung lässt sich das Entlastungsventil in unterschiedlichen Sperrmodi betreiben.

Da das Entlastungsventil die „Bedienerfunktion" für den hydraulischen Sperrmechanismus übernimmt, bewirkt jeder eindeutige auswählbare Modus, dass das manuelle Entlastungsventil auf eindeutig unterschiedliche Weise funktioniert. Der Vorteil dabei ist, dass ein einziges manuelles Ventil verwendet werden kann, und nicht zusätzliche separate manuelle Steuerventile vorhanden sein müssen, um den Bedarf an mehreren Betriebsmodi erfüllen zu können. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dem Bediener einer Maschine, die gewünschte Sperrfunktion auszuwählen, indem er einfach den passenden Modus am Entlastungsventil auswählt und das Stellglied in die zugehörige Stellung bringt.

Befindet sich das Entlastungsventil in der nicht sperrenden Stellung, dann wird es unter Federkrafteinwirkung in seine neutrale Stellung zurückversetzt und kann für die Positionssteuerung eines Kranauslegers, zum Beispiel Hochfahren, Herunterfahren oder Schwenken, verwendet werden. Wird es in die Stellung des Dauersperrmodus gebracht, wird das manuelle Entlastungsventil dazu veranlasst, die Stellung zu halten, in die es der Bediener gebracht hat, und kann als Strombegrenzungsventil für einen Stangenbohrer- oder Grabenzieherkettenantriebsmotor fungieren. Ferner behält bei Verwendung der Entlastungsventileinstellung zur Freigabe der Sperre das Entlastungsventil seine eingestellte Stellung bei, bis eine Druckbegrenzungseinstellung erreicht wird, die die Sperre freigibt, wodurch es wieder auf neutrale Stellung zurückgehen kann. Dieser Modus kann zur Steuerung der Funktion eines Gerätelifts und unteren Zylinders verwendet werden.


Anspruch[de]
Entlastungsventil mit wählbarer Sperre und einem Kolben mit mehreren Funktionsmodi, wobei

eine mit dem Kolben (18) verbundene manuelle Betriebsvorrichtung vorgesehen ist, um den Kolben (18) selektiv in seine verschiedenen Funktionsmodi zu bewegen,

die Funktionsmodi einen nicht sperrenden Modus (46) umfassen, bei dem sich der Kolben (18) in einer neutralen Stellung befindet und ein Durchfluss das Entlastungsventil (10) von einer ersten Öffnung (38) zu einer zweiten Öffnung (19A) passieren kann,

die Funktionsmodi einen Modus mit Dauersperre (48) umfassen, bei welcher der Flüssigkeitsstrom am Durchfließen des Entlastungsventils (10) gehindert wird und die Funktion zur Freigabe der Sperre außer Kraft gesetzt ist,

die Funktionsmodi einen Modus zur Freigabe der Sperre (50) einschließen, bei dem der Flüssigkeitsdurchtritt durch das Entlastungsventil (10) möglich ist, und bei einem vorbestimmten Druck eine Funktion zur Freigabe der Sperre bewirkt wird, um den Kolben (18) in die neutrale Stellung zurückzubringen.
Entlastungsventil nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Druck im wesentlichen bei 2600 psi liegt. Entlastungsventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der manuellen Betriebsvorrichtung um einen arretierbaren Wählknopf (26) für den manuellen Betrieb handelt. Entlastungsventil mit wählbarer Sperre, folgendes umfassend:

– ein Ventilgehäuse (12, 14),

– einen drehbar im Ventilgehäuse (12, 14) angebrachten Kolben (18), mit dessen einem Ende (36) eine erste Öffnung (38) verschließbar ist,

– eine Vielzahl zweiter Öffnungen (19A, 19B) im Ventilgehäuse (12, 14), die dazu ausgelegt sind, sich fallweise mit Öffnungen (19C) im Kolben (18) auszurichten, um einen Flüssigkeitsstrom durch diese hindurch zu ermöglichen, in Abhängigkeit von der Drehstellung des Kolbens (18) innerhalb des Ventilgehäuses (12, 14),

– eine Vorrichtung am Kolben (18) zum selektiven Drehen des Kolbens (18) innerhalb des Ventilgehäuses (12, 14) und

– eine Sperrvorrichtung (25, ... 25C'') die mit dem Kolben (18) verbunden ist, um den Kolben in einer von mehreren Drehstellungen derart innerhalb des Ventilgehäuses (12, 14) zu halten, dass verschiedene Wege des Flüssigkeitsstroms in das Entlastungsventil (10) hinein und durch dieses hindurch sowie verschiedene Hydraulikbetriebsarten hydraulischer Komponenten einer mit dem Entlastungsventil (10) verbundenen Maschine bewirkt werden.
Entlastungsventil nach Anspruch 4, wobei der Kolben (18) ein federvorgespanntes pfeilförmiges Element (32) enthält, welches federnd die erste Öffnung (38) im Kolben (18) verschließt. Entlastungsventil nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vorrichtung zum selektiven Drehen des Kolbens (18) im Ventilgehäuse (12, 14) einen Schaft (20) und einen manuellen Wählknopf (26) aufweist, bei dem der Schaft (20) über eine Sperrvorrichtung (25, ... 25C''), die in der Lage ist, den Kolben (18) lösbar in einer von mehreren Betriebsdrehstellungen zu halten, wirksam mit dem Kolben (18) verbunden ist. Entlastungsventil nach Anspruch 6, wobei der Wählknopf (26) eine Vielzahl von Positionsindikatoren (46, 48, 50) aufweist, um einem Bediener eine visuelle Überprüfung der Drehstellung des Kolbens (18) und der eingestellten Hydraulikbetriebsart einer an das Entlastungsventil (10) angeschlossenen Maschine zu ermöglichen.






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