SE439810B - Automatisk inkopplingsventil for hydrauliksystem - Google Patents

Description

10 20 25 30 35 40 7905021 -7 2 - att vid uppnâende av den omkopplingspunkt, där de enskil- da oljeflödena omriktas, skall ventilkolven omöjligt kvar- bli i detta läge, utan påskyndat omställas med minimallns- teres också mot större, omställningen motverkande krafter (t.ex. strömningskrafter vid styrkanterna); - att åtskillnaden mellan de båda pumpkretsarna är säkerställd i varje driftstillstånd; - att omkopplingen av de enskilda anslutningarna kan ske utan funktionella nackdelar också med undertäckning, vilket inne- bär att spåren i ventilhus och ventilkolv är bredare än mellanliggande partier.

Detta ändamål uppnås genom att uppfinningen erhållit de i patentkravet l angivna särdragen.

Av fördel vid förslaget enligt uppfinningen är vidare en inte- grerad tryckhållarventil, genom vilken förhindras att huvudpump- flödet, vid t.ex. försliten huvudpump, efter bortkopplingen från förbrukaren åter kan öka genom en förekommande trycksänkning, och att styrventilen därigenom ständigt Växlar fram och tillbaka.

En ytterligare fördel är användningen av ventilanordningen vid anläggningar, där en hydraulisk förbrukare måste försörjas med ett minsta oljeflöde, dvs där omkopplingen av ventilanordnigen sker beroende av huvudpumpens flöde.

Uppfinningen beskrivs i det följande med utförinqsexempel och under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l schema- tiskt visar en ventil för flödesförsörjning av en förbrukare genom en huvud- och en reservpump, fig. 2 visar en utföringsform av ven- tilanordningen, fig. 3 visar ett stryprum i ventilanordningen enligt fig. 2, fig. 4 visar genomströmningstvärsnitten i olika ställningar av ventilkolven enligt fig. 2 och 3, fig. 5 visar en hystereskurva för ventilanordningen enligt fig. 3 och fig. 6 visar en ventilan- ordning med inbyggd tryckhållarventil.

Fig. l visar schematiskt en ventilanordning l för styrning av flödesförsörjningen av en hydraulisk förbrukare 2, som t.ex. en styrinrättning, medelst en huvudpump 3 och en reservpump 4, var- vid genom förloppet av det genom huvudpumpflödet alstrade differens- trycket i båda omkopplingsriktningarna säkerställs ett tippförhål- lande för ventilanordningen l. _ Ventilanordningen l består av en 7 -ports, 2-vägsventil.

I ventilanordningens l i fig. l visade neutralställning strömmar pumpmediet från reservpumpen 4 till förbrukaren 2 och styrs på åter- V1 _ ni -ffißflàiêfl- '* - om Q” vazfix 10 15 20 25 30 35 40 7905021-7 3 vägen från denna genom ventilanordningen 1 till reservpumpens 4 tank 6. Ett i detta ventilläge från huvudpumpen 3 strömmande flöde styrs genom ventilanordningen l under förbigång av förbrukaren 2 och över en ytterligare tryckhållarventil 7 till huvudpumpens tank 5. Genom tryckhållarventilen 7 åstadkommas, att huvudpumpen 3 i varje driftstillstând måste arbeta mot ett tryck av förbrukar- tryckets storlek. Därigenom förhindras, att huvudpumpens flöde, vid t.ex. försliten huvudpump, efter bortkopplingen från förbrukaren åter kan höjas genom en därmed förbunden trycksänkning och att ven- tilanordningen 1 därigenom ständigt kopplar fram och tillbaka. En säkerhetsventil 8 öppnar vid trycktoppar och skyddar sålunda den hydrauliska förbrukaren 2.

I den andra ventilställningen strömmar pumpmediet från huvud- pumpen 3 över förbrukaren 2 och styrs på återvägen från denna genom ventilanordningen 1 till huvudpumpens 3 tank 5. Oljeflödet från reservpumpen 4 strömmar i denna ventilställning direkt tillbaka till reservpumpens 4 tank 6. 2 visar ett utföringsexempel av ventilanordningen 1 med tillstånd och ett dynamiskt tippförhållande vid över- Fig. två stabila gång från en ställning till den andra. Ventilanordningen 1 består av ett hus 10 med en anslutning ll för huvudpumpen 3, en anslutning 12 för reservpumpen 4, en anslutning 13 för en förbrukare 2, en anslutning 14 för huvudpumpens 3 tank 5 och en anslutning 15 för reservpumpens 4 tank 6. Returflödet från förbrukaren 2 leder till en anslutning 16.

Omkopplingen mellan de olika anslutningarna sker genom en av en fjäder 17 belastad ventilkolv 18, som är axiellt förskjutbart lagrad i en borrning 20 i huset 10. I ventilanordningens 1 båda än- dar sitter dels en tillslutningsförskruvning 21, mot vars insida fjädern 17 stöder och genom vilken begränsas ett fjäderrum 22, och dels en förskruvning 23 med en invändig borrning för anslutningen ll. Anslutningarna 13, 14 och 15 står i förbindelse med tre, i borr- ningen 20 i huset 10 anordnade styrspår 25, 26 och 27. Anslutningen ll för huvudpumpen 3 är via ett stryprum 31, som innehåller en an- ordning för alstrande av tryckdifferens, och en radiell borrning 19 samt via ett ringspår 28 i Ventilkolven 18 och efter detta ord- nade borrningar 32, 33 och 34 i huset l0,förbunden med fjäderrum- et 22. Ventilkolven 18 innehåller i fjäderrummet 22 slitsar 35, genom vilka pumpmedium i det i fig. 2 visade neutralläget kan ström- ma från fjäderrummet 22 till styrspåret 26 och anslutningen 14. i fÛOR QUALITY 10 15 20 25 30 35 40 '7905021-7 I området för anslutningarna 12 och 16 uppvisar ventilkolven 18 ringspår 29 och 30. Styrspåren 25, 26 och 27 i huset 10 bildar tillsammans med ringspåren 28, 29 och 30 samt ventilkolvens 18 slitsar 35 styrkanter A, B, C, D, E och F.

I ventilkolvens 18 i fig. 2 visade neutralställning, som in- ställs genom fjädern 17, strömmar från reservpumpen-4 matat pump- medium via anslutningen 12 och den öppna styrkanten B till anslut- ningen 13 för förbrukaren 2. Returflödet från förbrukaren 2 leder över anslutningen 16 och den öppna styrkanten D till anslutningen 15 för reservpumpens 4 tank 6. Det från huvudpumpen 3 matade pump- mediet-strömmar från anslutningen ll över stryprummet 31, borrning- arna 32, 33 och 34, fjäderrummet 22 och den öppna styrkanten F till anslutningen 14 för huvudpumpens 3 tank 5. Styrkanterna A, C och E är stängda.

I det följande beskrivs ventilanordningen l enligt fig. 2 och 3 till sin vidare konstruktion och sin funktion.

Omkopplingen mellan de enskilda anslutningarna genom ventil- kolven 18 sker medelst en anordning för alstrande av ett differens- tryck i stryprummet 31, som väsentligen består av en strypfläns 36 och ett innerstycke 37. Strypflänsen 36 är stegformad och uppvisar ett mindre och ett större invändigt stryptvärsnitt 40 resp. 41.

Innerstycket 37 består av ett stift 38, över vilket är fäst en hyl- sa 39 med en hylsdiameter 24. Stiftet 38 sitter på en stjärnformig skiva 42, som i sin tur är fast förbunden med huset 10. En på stif- tet 38 axiellt rörlig tallrik 43 med utvändig diameter 44 trycks mot den stjärnformiga skivan 42 av en fjäder 45, som stöder mot insidan av hylsan 39.

Ventilens omställningsförlopp är såsom följer: Vid från 0 stigande flöde från huvudpumpen 3 strömmar pump- mediet från anslutningen ll över det av strypflänsens 36 större in- vändiga strypdiameter 41 och tallrikens 43 ytterdiameter 44 bildade genomströmningstvärsnittet. Den på detta strypställe uppkommande tryckdifferensen verkar såväl på tallrikens 43 båda sidor 46 och 47 som på ventilkolvens 18 ände 48 samt via borrningarna 32, 33 och 34 på ventilkolvens 18 ände 49. Fjädrarna 17 och 45 är så dimensione- rade, att då den av tallriksytan 46 multiplicerad med tryckdiffe- rensen resulterande kraften överskrider fjäderns 45 förspännings- kraft förskjuts till att börja med tallriken 43 mot verkan av fjä- dern 45, medan ventilkolven l8 härvid fortfarande hålls i det visa- de neutralläget genom den starkare fjädern 17. Då tallrikssidan 46 Äßffi 20% 10 l5 20 25 30 35 40 7905021-7 5 närmar sig en plan yta 50 på strypflänsen 36, så medför minskning- en av genomströmningstvärsnittet mellan den plana ytan 50 och tall- riken 43 en ytterligare höjning av tryckdifferensen över tallriken 43. Då emellertid en ökning av tryckdifferensen över tallriken 43 leder till ett ytterligare närmande av tallriken 43 mot den plana ytan 50 på strypflänsen 36 och detta närmande i sin tur har till följd en ytterligare höjning av tryckdifferensen, blir tallrikens 43 läge instabilt, dvs den rör sig allt hastigare i riktning mot strypflänsens 36 plana yta 50. Differenstrycket över tallriken 43 stiger härvid brant. Då differenstrycket över tallriken 43 genom borrningarna 32, 33 och 34 också verkar mot ventilkolven 18, medför detta, då den av differenstrycket resulterande kraften på ventil- kolven l8 överskrider fjäderns 17 förspänningskraft, att också ven- tilkolven l8 rör sig mot verkan av fjädern l7. För övervinnande av eventuella motstånd, t.ex. genom strömningskrafter, som verkar mot en förskjutning av ventilkolven 18 i riktning mot fjädern 17, står vid behov det totala huvudpumptrycket till förfogande, då genom- strömningstvärsnittet vid anliggning av tallrikens 43 yta 46 mot strypflänsens 36 plana yta 50 uppgår till O. Därigenom framtvingas en säker och snabb omställning av ventilkolven 18 mot verkan av fjädern l7.

Efter en bestämd sträcka, som tallriken 43 och ventilkolven l8 gemensamt tillryggalägger mot verkan av fjädrarna 45 resp. 17, stöter tallriken 43 mot en ändyta 52 på hylsan 39. Den mindre in- vändiga strypdiametern 40 kommer härvid fram till ett område av hylsan 39 med ett ringformigt utsprång med en större hylsdiameter 54. Det genomströmningstvärsnitt, som bildas mellan den mindre in- vändiga strypdiametern 40 och den större hylsdiametern 54, är något mindre än det mellan tallrikens 43 ytterdiameter 44 och det större invändiga stryptvärsnittet 41 bildade. Därigenom omställs ventil- kolven 18 trots fjäderns 17 genom fjäderkarakteristikan oundvikliga kraftstegring i riktning mot fjädern 17 tills det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 kommer fram till övergångsområdet mellan den större hylsdiametern 54 och den mindre hylsdiametern 24. Här har ventilkolven 18 åter uppnått ett stabilt tillstånd. Minskningen av den stora hylsdiametern 54 till den lilla hylsdiametern 24 är lämp- lig av genomströmningsmotståndsskäl. Vid ytterligare stigande flöde från huvudpumpen förstöras det minimala genomströmningstvärsnittet, som då bildas av det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 och den lilla hylsdiametern 24, med tilltagande förskjutning av ventilkol- dö iïídßfrr 10 l5 20 25 30 35 40 7905021 -7 6 ven 18 i riktning mot fjädern 17.

Viktigt för ventilens funktion är läget för övergången mel- lan den stora hylsdiametern 54 och den lilla hylsdiametern 24. Den är så belägen, att Ventilkolven 18 förskjuts så långt mot fjädern l7, att tallrikens 43 ytterdiameter 44 vid tallrikens 43 anliggning mot hylsans 39 ändyta 52 faller inom området för ventilkolvens in- vändiga diameter 56. Differenstrycket över tallriken 43 bestäms då genom genomströmningstvärsnittet mellan tallrikens 43 ytterdiame- ter 44 och ventilkolvens innerdiameter 56. Detta sistnämnda diffe- renstryck måste vara så litet, att den av tryckdifferensen och tall- rikstvärsnittet resulterande kraften är mindre än fjäderns 45 för- spänningskraft. Fjädern 45 skjuter då tallriken 43 tillbaka till dess utgångsläge, dvs tallriken 43 anligger då mot den stjärnformiga skivan 42. Ventilkolven l8 hålls opåverkad av detta förlopp i det omställda läget genom differenstrycket på det mellan det mindre in- vändiga stryptvärsnittet 40 och den lilla hylsdiametern 24 bildade strypstället.

Flödet från huvudpumpen 3 strömmar i denna ventilkolvsställ- ning från anslutningen ll över detta strypställe, den radiella borrningen l9 och den öppna styrkanten A till anslutingen 13, som leder till förbrukaren 2. Det från förbrukaren 2 återstömmande pump- mediet strömmar över anslutningen 16 och den öppna styrkanten E till anslutningen 14, som leder till huvudpumpens 3 tank 5. Det från reservpumpen 4 matade pumpmediet strömmar över anslutningen 12 och den öppna styrkanten C till anslutningen 15, som leder till reserv- pumpens 4 tank 6. I denna ventilställning är styrkanterna B, D och F stängda.

Vid avtagande huvudpumpsflöde sker återställningen av ventil- kolven 18 till det i fig. 3 visade läget såsom följer: Med sjunkande huvudpumpflöde rör sig Ventilkolven 18, beroen- de av huvudpumpens flöde, i riktning mot den stjärnformiga skivan 42 tills det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 når övergången från den större hylsdiametern 54 till den mindre hylsdiametern 24} På detta ställe inträder en förstoring av genomströmningstvärsnit~ tet, som leder till en snabb sänkning av differenstrycket, varigenom Ventilkolven 18 förskjuts tillbaka till det i fig. 2 visade utgångs- läget.

De vid omställningen av Ventilkolven 18 uppkommande genom- strömningstvärsnitten åskådliggörs schematiskt i fig. 4. Punkten a symboliserar det genomströmningstvärsnitt, som bildas mellan det :Poor Quáfirf 10 15 20 25 30 35 40 7905021-7 7 större invändiga stryptvärsnittet 41 och tallrikens 43 ytterdia- meter 44. Detta genomströmningstvärsnitt är dimensionerande för det huvudpumpflöde, vid vars överskridande ventilkolven 18 förskjuts mot fjädern l7, då tallriken 43 närmar sig den plana ytan 50 och genomströmningstvärsnittet, såsom visas i fig. 4, kan gå mot 0.

I punkten b i fig. 4 har tallriken 43 redan anslagit mot hylsans 39 ändyta 52. Tallrikens 43 ytterdiameter 44 befinner sig fortfa- rande inom området för det större invändiga stryptvärsnittet 4l och det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 befinner sig redan över den stora hylsdiametern 54. Därigenom är två strypningar serie- kopplade och ett verksamt genomströmningstvärsnitt uppkommer mot- svarande punkten b i fig. 4. Efter det att tallriken 43 av fjädern 45 har tryckts tillbaka till sitt utgångsläge, erhålls som genom- strömningstvärsnitt det fria tvärsnittet mellan den stora hylsdia- metern 54 och det mindre invändiga stryptvärsníttet 40 (punkt c i fig. 4). Ventilkolvens 18 sträcka från punkten a till punkten c är instabil, dvs ventilkolven 18 förskjuts från punkten a till punkten c. Vid ytterligare ökande huvudpumpflöde förstoras tvärsnittet för begränsning av genomströmningsmotståndet till punkten d och är häri- från oberoende av kolvförskjutningen. Genomströmningstvärsnittet motsvarar då ytan mellan det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 och den lilla hylsdiametern 24.

Om huvudpumpflödet åter avtar, så minskas genomströmningstvär- snittet från punkten d till punkten c. Inom kolvens rörelsesträcka mellan punkterna c och e förblir genomströmningstvärsnittet konstant.

Det motsvarar härvid ytan mellan det mindre invändiga stryptvär- snittet 40 och den stora hylsdiametern 54. Vid ytterligare avtagan- de huvudpumpflöde ökar genomströmningstvärsnittet till det fria tvärsnittet mellan det mindre invändiga stryptvärsnittet 40 och den lilla hylsdiametern 24 (punkten f). Därigenom blir ventilkol- vens 18 läge instabilt från punkten e, dvs ventilkolven 18 förskjuts tillbaka till punkten a. ' Differenserna mellan de olika genomströmningstvärsnitten mel- lan punkten e och punkten a bestämmer härvid den flödeshysteres, med vilken ventilen omställs.

Fig. 5 visar en karakteristika över den här beskrivna ventil- anordningen. Vid ett visst huvudpumpflöde (motsvarande punkten a i fig. 4) omställs ventilen (motsvarar punkten c i fig. 4). Om hu- vudpumpflödet avtar, så återgår ventilkolven 18 först sakta (mot- svarar punkten e i fig. 4), för att därifrån snabbt återgå (tippa) PCÛEE Quzaiz-:Pv lO l5 20 25 30 35 40 7905021 -7 till utgångsläget.

För att undvika trycktoppar vid omställningen; kan samtliga anslutningar växlas med undertäckning, dvs spåren i ventilhuset och kolven är bredare än de mellanliggande partierna. Undertäck- ningen har den fördelen, att för huvudpumpen 3 och reservpumpen 4 behövs bara en i förbrukarledningen installerad trycksäkring 8.

Genom tippförhållandet kan styrkantavstånden ha relativt grova tole- ranser, då de inom vida gränser inte påverkar ventilens funktion.

En exakt åtskillnad av de båda pumpkretsarna samt en ständig tryck- medelsförsörjning av förbrukaren är trots undertäckningen säker- ställd genom kolvens snabba växling (tippning).

Fig. 6 visar ventilanordningen 1 på samma sätt som i fig. 2, men med en extra tryckhållarventil 7. I ventilkolvens 18 visade läge strömmar huvudpumpflödet från anslutningen ll-via stryprummet 31, borrningarna 32, 33 och 34 samt fjäderrummet 22 via en axiell borrning 60 och en radiell avloppsborrning 61 i ventilkolven 18 till styrspåret 26 och från detta till anslutningen 14 för huvud- pumpens 3 tank 5. I den axiella borrningen 60 sitter en kolv 62 till tryckhållarventilen 7, på vars ändyta 67 verkar trycket till en förbrukare 2 via borrningar 63 och 64 i ventilkolven 18 samt trycket av en fjäder 65. Kolven 62 kan under detta tryck förskjutas fram till en säkringsring 66. Genom denna tryckhållarventil 7 kan huvudpumpflödet strömma tillbaka till tanken 5 endast då trycket på den andra ändytan 68 är stort nog för att förskjuta kolven 62 mot trycket av fjädern 65 och trycket till förbrukaren 2 och av- loppsborrningen 61 därigenom friges. I Genom tryckhållarventilen 7 säkerställs, att huvudpumpflödet vid t.ex. försliten huvudpump 3 efter bortkopplingen från förbruka- ren 2 inte åter kan höjas genom ett därmed förbundet tryckfall, vilket skulle medföra att ventilanordningen 1 ständigt stod och växlade fram och tillbaka. a Ytterligare utföringsformer av anordningen för alstrande av en tryckdifferens i stryprummet 31 för en påskyndad omställning av ventilanordningen l är möjliga. Därvid måste dock strypflänsen 36 och/eller innerstycket 37 vara så utfört, att vid uppnående av om- kopplingspunkten stryptvärsnittet till att börja med förminskas, för att därigenom höja tryckdifferensen och möjliggöra en säker, påskyndad omställning. Därvid är också system möjliga, vid vilka strypflänsen är fast förbunden med huset och innerstycket sitter på den växlingsbara ventilkolven eller omvänt, såsom i utföringsexemplet.

Claims (6)

79050214 P A T E N T K R A V

1. Automatisk inkopplingsventil för hydrauliksystem, i syn- nerhet för hydrauliska styrinrättningar i motorfordon, med- en i ett hus förskjutbart anordnad ventilkolv (18) och med an- slutningar för en huvudpump (3), en reservpump (4), en för- brukare (2) samt för tryckmedelbehållare (5,6), vilken ventil har två tryckrum (22,31), av vilka det ena (31) är förbundet med anslutningen (11) för huvudpumpen (3) och det andra tryck- rummet (22) innehåller en fjäder (17) för återförande av ven- tilkolven (18) till dennas neutralläge, varvid mellan tryck- rummen är anordnat ett strypställe, vars genomströmningstvär- snitt är beroende av flödet från huvudpumpen och av ventilkol- vens rörelse, k ä n n e t e c k n a d a v - att strypstället består av en strypfläns (36) och ett in- nerstycke (37), av vilka den ena delen är fast förbunden med ventilkolven (18) och den andra delen är fast förbun- den med ventilhuset (10), 7 - att innerstycket (37) och/eller strypflänsen (36) för bil- dande av olika stryptvärsnitt uppvisar stegformat ytter- resp. innertvärsnitt (24,44,54,40,41), - att en ytterligare strypning med i beroende av huvudpumpens (3) flöde föränderligt stryptvärsnitt är bildad mellan strypflänsen (36) och en relativt innerstycket (37) för- skjutbar, fjäderbelastad tallrik (43), - att strypställets genomströmningstvärsnitt av ett stigande flöde från huvudpumpen (3), utgående från ett utgângsvärde (a), först kan minskas till noll och därefter i beroende av ventilkolvens (18) rörelse stegvis ökas till ett bestämt värde (c), vid vilket ett stabilt ventiltillstånd råder, - att efter uppnâende av det stabila tillståndet uppvisar den med tallriken (43) bildade strypningens genomströmnings- tvärsnitt en sådan storlek, att den tallriken (43) belastan- de fjädern (45) övervinner den pâ detta ställe vid tall- riken rådande tryckdifferensen, och - att vid i ventilkolvens (18) förskjutna ställning minskande flöde från huvudpumpen (3) förblir genomströmningstvärsnit- tet till att börja med vid det bestämda värdet (c) tills den “AÉÜOR QIIALIW 7905021 '-7 10 sig förskjutande ventilkolven (18) stegvis styr ut ett större genomströmningstvärsnitt (f) i strypstället.

2. Ventil enligt krav 1, k ä n n e_t e c k n a d a v att innerstycket (37) ingriper i strypflänsen (36) och att innerstycket (37) består av ett stift (38), på vilket är fäst en hylsa (39) med stegformad ytterdiameter (24,54), samt en tallrik (43) som sitter på stiftet (38) och är axiellt rörlig mot en fjäder (45), som stöder mot hylsan (39).

3. Ventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att fjädern (45) är så dimensionerad i förhållande till den ven- tilkolven (18) påverkande fjädern (17), att vid ökande hu- vudpumpflöde till att börja med tallriken (43) förskjuts mot fjädern (45).

4. >Ventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a.d a v att tallrikens (43) ytterdiameter (44) är större än stryp- flänsens (36) mindre stryptvärsnitt (40).

5. Ventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att hylsdiametern (24,54) är så stegformad, att i ventil- kolvens (18) omkopplingsställning är genomströmningstvärsnit- tet större än i växlingsområdet mellan neutralställningen och omkopplingsställningen.

6. Ventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det av huvudpumpen (3) matade tryckmedlet återströmmar via ventilanordningen (1) direkt eller över förbrukaren (2) till huvudpumpens (30) tank (5) och att det av reservpumpen (4) matade tryckmedlet återströmmar via ventilanordningen (1) över förbrukaren eller direkt till reservpumpens (4) tank (6)- ÉÛÖR QUALITY