Fluidtechnik Sanfter Klick

Weiches Schalten verhindert Druckspitzen über eingestelltem Maximalwert In der Hydraulik führt das Schalten von Ventilen häufig zu einem nahezu sprunghaften Druckanstieg und somit zu einer...

Anbieter zum Thema

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

Renishaw GmbH

G+K Umformtechnik GmbH

Weiches Schalten verhindert Druckspitzen über eingestelltem MaximalwertIn der Hydraulik führt das Schalten von Ventilen häufig zu einem nahezu sprunghaften Druckanstieg und somit zu einer schlagartigen Belastung angeschlossener Komponenten. Um beide negativen Effekte zu vermeiden, hat der Spezialist Sun Hydraulik in Erkelenz ein weich schaltendes Einschraubventil entwickelt, das nicht nur den Maximaldruck begrenzt, sondern auch die maximale Geschwindigkeit des Druckanstiegs.Üblicherweise wird bei einem Druckbegrenzungsventil die Geschwindigkeit des Druckanstiegs von der Anlage bestimmt: Das Ventil bleibt geschlossen, bis der Druck den eingestellten Maximalwert erreicht. In der Praxis treten aufgrund der Reaktionszeit des Ventils somit Druckspitzen auf, die weit über dem eingestellten Maximalwert liegen können. Dagegen steigt bei Verwendung des Ventils des Herstellers der Systemdruck nicht schneller an als etwa 300 bar in der Sekunde. Daraus ergibt sich eine verringerte dynamische Belastung für die Komponenten. Der maximale Druck wird wie bei einem Standard-Druckbegrenzungsventil eingestellt. Auch die Arbeitsweise ist dieselbe. Allerdings liegt die anfängliche Einstellung des Ventils etwa 100 bar unter dem eingestellten Maximaldruck, dem so genannten Schwellwert.Wenn der anliegende Druck diesen Wert überschreitet, wird die Einstellung des Ventils automatisch mit konstanter Geschwindigkeit verändert. In 200 bis 300 ms ist die Maximaleinstellung erreicht. In dieser Zeit öffnet das Ventil, falls der anliegende Druck schneller ansteigt als die Einstellungsgeschwindigkeit des Ventils. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Druckanstiegs begrenzt. Außerdem lassen sich Druckspitzen vermeiden, weil das Ventil rechtzeitig mit ,,Vorhalt" öffnet. Folglich wird bei begrenzter Druckanstiegsgeschwindigkeit die ruckartige dynamische Belastung von Maschinenelementen begrenzt und deren Lebensdauer verlängert. Unter Umständen kann sogar der Betriebsdruck angehoben werden, ohne dass Komponenten zu verstärken sind. Ähnliche Arbeitsweise wie vorgesteuertes VentilBild 1 zeigt dieses Druckbegrenzungsventil. Es arbeitet wie ein vorgesteuertes Ventil und begrenzt die Druckdifferenz von Anschluss A (Stirnseite) zu Anschluss B. Solange das Ventil geschlossen ist, hat der Druck am Anschluss A und in der Hauptkammer den gleichen Wert. Überschreitet der Druck die Ventileinstellung, fließt Öl durch die Blende im Hauptkolben und durch eine Dämpfungsdüse in die Vorsteuerkammer. Dabei entsteht eine Druckdifferenz, die den Hauptkolben gegen die Feder schiebt. So kann das Öl von Anschluss A direkt nach Anschluss B fließen. Diese Funktion ist grundsätzlich bei allen vorgesteuerten Druckventilen gleich. Die besondere Eigenschaft des weich schaltenden Druckbegrenzungsventils ist, dass sich die Einstellung des Ventils verändert, sobald Öl in die Vorsteuerkammer fließt. Der Grund dafür liegt darin, dass Öl aus der Vorsteuerkammer über die Messblende in die Kammer zwischen der Hülse und der Verstellspindel gelangt. Dieses Öl schiebt die Hülse nach vorne und drückt so die Feder zusammen.Die Vorsteuerkammer ist mit einem zusätzlichen kleinen Druckbegrenzungsventil ausgestattet. Es begrenzt den Druck in der Vorsteuerkammer auf etwa 35 bar. Auf diese Weise sind auch der Druckdifferenz über der Messblende Grenzen gesetzt, und es wird eine konstante Verstellgeschwindigkeit eingehalten - unabhängig von Einstellungen des Ventils und den Volumenströmen. Die obere Grenze der Ventileinstellung ist dann erreicht, wenn die Hülse gegen den Anschlag in der Verstellspindel stößt. Dieser Anschlag lässt sich durch Drehen der Verstellspindel verschieben, wodurch auch der Schwellwert verändert wird. Folglich gibt es eine konstante Differenz zwischen dem Schwellwert und der maximalen Einstellung des Ventils.Begrenzte Geschwindigkeit des DruckanstiegsBild 3 zeigt einen Vergleich zwischen dem Verhalten eines Standard-Druckbegrenzungsventils und der Ausführung von Sun Hydraulik. Beim Test steigt der Druck am Anschluss A des Ventils schnell an und erreicht die Einstellung des Ventils. Das Standardventil zeigt die typische Druckspitze über die Einstellung des Ventils hinaus. Die Höhe dieser Druckspitze hängt von der Druckanstiegsgeschwindigkeit in der Hydraulikanlage, der Ventilreaktionszeit und dem Volumenstrom ab.Unter exakt gleichen Bedingungen zeigt dagegen das weich schaltende Druckbegrenzungsventil keine Druckspitze über den Maximalwert hinaus. Oberhalb des Schwellwerts begrenzt es außerdem die Geschwindigkeit des Druckanstiegs. Bild 3 zeigt auch, wie schnell sich wieder die Einstellung des Ventils in umgekehrter Richtung ändert, nachdem kein Druck mehr an Anschluss A anliegt. Die Einstellung des Ventils ,,fällt" sofort. Damit können auch kurz aufeinanderfolgende Druckstöße abgefangen werden.Ein interessanter Betriebspunkt ist der, bei dem der anliegende Druck zwischen dem Schwellwert und der Einstellung des Ventils liegt und sich nur langsam ändert. In diesem Betriebspunkt gibt es einen Steuerölstrom, der die Einstellung des Ventils auf einem Wert hält, der ziemlich genau dem anliegenden Druck entspricht. Die Einstellung des Ventils ,,folgt" dem tatsächlichen Druck. Der Steuerölstrom beträgt etwa 0,15 bis 0,4 l/min, abhängig von der Ventileinstellung und dem anliegenden Druck. Dieser Steuerölstrom reicht aus, die Einstellung des Ventils dem anliegenden Druck folgen zu lassen. Er reicht jedoch nicht aus, die Hauptstufe zu öffnen. Die Hauptstufe öffnet erst, wenn der anliegende Druck schneller ansteigt, als die Einstellung des Ventils folgen kann.Die Einstellung des Ventils kann mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 400 bar in der Sekunde steigen. Das Ventil lässt keinen schnelleren Druckanstieg am Anschluss A zu. Auf diese Weise ,,dämpft" es Druckschwankungen in der hydraulischen Anlage. Es mag möglich sein, das Ventil anstelle eines Speichers zu benutzen. Der Vorteil ist eine zuverlässige Funktion in einem verstellbaren Arbeitsbereich.Gemeinsamer Anstieg von Druck und ÖlstromAls ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil zeigt es den zu erwartenden flachen Druckanstieg über dem Volumenstrom. Bei der Konstruktion wurde darauf geachtet, dass der Druck in allen Betriebspunkten mit dem Volumenstrom ansteigt. Eine abfallende Kennlinie würde unter Umständen ein instabiles Verhalten bedeuten. Das Ventil ist derzeit nur in Serie 2 mit einem Nennvolumenstrom von 200 l/min erhältlich. Dennoch gibt es eine Reihe potenzieller Anwendungen:- Das Ventil kann Pumpen und andere Komponenten gegen schnelle Druckänderungen und gegen Druckspitzen schützen. Das ist insbesondere bei Verstellpumpen der Fall, weil sie teuer sind und deren Druckbegrenzung, welche die Pumpe zurückschwenken lässt, auf Änderungen relativ langsam reagiert.- Hydrostatische Antriebe (geschlossene Kreisläufe) können gegen Druckspitzen geschützt werden. Diese Druckspitzen treten bei plötzlichen Lastwechseln auf oder wenn die Drehrichtung schnell geändert wird (reversieren).- Das Druckbegrenzungsventil kann Proportionalventile ersetzen. Oft werden Proportionalventile nur eingesetzt, weil sie sich mit Hilfe der Elektronik rampenförmig öffnen lassen. Mit einem weich schaltenden Druckbegrenzungsventil am Motor ist es unter Umständen möglich, ein einfaches schaltendes Wegeventil zu benutzen. Am Zylinder oder Motor sorgt es für weiches Anfahren und Abbremsen. Druckspitzen bei Lastwechseln werden vermieden.- Das Druckbegrenzungsventil eignet sich als Anfahrventil. Oft werden kleine Pumpen einfach gegen ein Druckbegrenzungsventil gestartet. Ein weich schaltendes Ventil verlängert die Pumpenlebensdauer.