DE2804045C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung für wenigstens einen hydraulisch betriebenen Verbraucher mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Merkmalen.

Aus der GB-PS 14 01 602 ist eine derartige Steuervorrichtung für lastunabhängige Durchflußregulierung bekannt, bei welcher der Schieber des Wegeventils außer einer Neutralstellung lediglich zwei über Bereiche sich erstreckende Arbeitsstellungen einnehmen kann, bei denen die erste Steuerleitung voll zugesteuert wird, während die vom Schieber gebildete, verstellbare Drosselstelle proportional zum Hub des Schiebers mehr oder weniger stark aufgesteuert ist. Dabei wird der Lastdruck jeweils über eine zweite Steuerleitung zur Druckwaage geleitet. Nachteilig bei dieser Steuervorrichtung ist, daß die Steuerleitung zur Last nicht voll abgesperrt werden kann und keine Drosselung der ersten Steuerleitung in einem Feinsteuerbereich möglich ist. Daher ist es nicht möglich, zur Erzielung eines maximalen Durchflußstroms zum Verbraucher die wirksame Druckdifferenz zu erhöhen. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Strömung des Steueröls zur Last über Drosselrückschlagventile vorgenommen wird. Dies führt bei Parallelbetätigung zu einem allerdings begrenzten Lastabfall sowie zu zusätzlichem Aufwand.

Weiterhin ist aus der DE-AS 19 59 764 eine Steuervorrichtung für einen hydraulisch betriebenen Verbraucher und für lastunabhängige Durchflußregulierung bekannt, bei der jedoch keine vom Pumpenkanal über eine Drossel und den Schieber zum Tank geführte Steuerleitung vorhanden ist. Dies bedeutet, daß auch in den Endlagen des Schiebers der Einfluß der Lastkompensation nicht voll ausschaltbar ist und somit auf die Druckwaage anstelle des Lastdruckes nicht der volle Pumpendruck, sondern ein davon mehr oder weniger stark abweichender Zwischendruck einwirkt. Dabei muß dieser Steuerdruck über ein verzweigtes, enges Kanalsystem zur Druckwaage geleitet werden. Zwar könnte hier erreicht werden, daß in Endstellungen der volle Pumpenstrom zum Verbraucher geleitet würde, wenn die den Druckwaagekolben belastende Feder entsprechend stark ausgelegt wird; dies hätte jedoch beträchtliche Energieverluste in Neutralstellung des Schiebers zur Folge. Außerdem baut das Wegeventil dieser Steuervorrichtung mit Hohlschieber und innenliegenden Rückschlagventilen relativ aufwendig. Zudem hat die Steuervorrichtung den Nachteil, daß durch die Lage der Rückschlagventile der Lastdruck an einer Stelle abgegriffen wird, wo der Druck um die vom Rückschlagventil verursachte Druckdifferenz niedriger liegt als der eigentliche Lastdruck und somit die Druckwaage entsprechend höher eingestellt sein muß, was auch zu Energieverlusten führt.

Ferner ist aus der DE 25 14 624 A 1 eine Steuervorrichtung für lastunabhängige Durchflußregulierung bekannt, die mit einem Steuerkreis arbeitet, bei dem Steueröl stromabwärts der verstellbaren Drosselstelle im Schieber aus den Verbraucheranschlüssen entnommen wird. Dieses Steueröl wird einerseits zu einer dem einzelnen Schieber zugeordneten Druckwaage und andererseits zu einer System-Druckwaage geführt, wobei der Lastdruck im Steuerkreis einerseits gesteuert über den Schieber bei dessen Schalten und andererseits ständig über eine Drossel zum Tank abgebaut werden kann. Nachteilig ist somit, daß eine vom Pumpenkanal abzweigende Steuerleitung nicht vorliegt und daß in Arbeitsstellung ständig ein Steuerölstrom zum Tank abfließt, der nicht nur einen Energieverlust darstellt, sondern vor allem die Arbeitsweise im Feinsteuerbereich empfindlich stören kann.

Ausgehend von der eingangs genannten Steuervorrichtung ist es Aufgabe der Erfindung, diese Steuervorrichtung möglichst einfach so auszubilden, daß bei energiesparender Arbeitsweise neben einer lastdruckkompensierten Steuerung in einem Feinsteuerbereich ein maximaler Durchfluß in einem Endstellungsbereich erzielbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichenteil des Anspruches 1 näher angegebenen Merkmalen.

Auf diese Weise wird neben einer energiesparenden, lastdruckkompensierten Steuerung im Feinsteuerbereich ein Endstellungsbereich ermöglicht, in dem die lastkompensierte Steuerung aufgehoben und ein maximaler Durchfluß zum Verbraucher gesteuert wird. Dabei werden zudem in Neutralstellung die Energieverluste niedrig gehalten, indem die Druckwaage von einer schwachen Feder belastbar ist und somit die Pumpe bei einem niedrigen Druck entlastet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuervorrichtung möglich, die vor allem deren einfache Bauweise unterstützen. Zweckmäßig läßt sich die Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8 ausbilden, wodurch die Schieber kompakt und einfach bauen und sich die zweite Drossel leicht unterbringen läßt, wobei jedoch die Energieverluste in Neutralstellung etwas höher werden, so daß sich diese Bauart besonders dann eignet, wenn die Einschaltzeit des Neutralumlaufs im Betrieb niedrig liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Steuervorrichtung,

Fig. 2 ein Schaltschema der Steuervorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltschema einer zweiten Steuervorrichtung und

Fig. 4 ein Schaltschema einer dritten Steuervorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine Steuervorrichtung 10 mit einer Anschlußplatte 11 einem ersten (12) und zweiten Wegeventil 13 und einer Endplatte 14. Die beiden Wegeventile 12, 13 sind untereinander gleich, so daß nur auf das erste Wegeventil 12 näher eingegangen wird.

Das erste Wegeventil 12 nimmt in einer Gehäuse-Längsbohrung 15 einen Schieber 16 auf, der in üblicher Weise die Verbindungen zwischen fünf Arbeitskammern für den Zulauf 17, die Verbraucher 18, 19 und den Rücklauf 21, 22 steuert. Dabei bildet der Schieber 16 mittels Feinsteuerfasern verstellbare Drosselstellen 23, 24, die jeweils in dem zum Verbraucher geleiteten Druckmittelstrom wirksam werden. Angrenzend an eine Rücklaufkammer 21 liegen eine erste (25), zweite (26) und dritte Steuerkammer 27. In die dritte Steuerkammer 27 wird über Bohrungen 28 im Schieber 16 der jeweilige Lastdruck geleitet. Am Schieber 16 sind zwei den Steuerkammern 25, 26 zugeordnete Steuerbunde 29, 31 ausgebildet, welche die Verbindung zwischen der ersten (25) und zweiten Steuerkammer 26 beeinflussen und die jeweils eine als Kerbe am Umfang ausgebildete zweite Drossel 32, 33 aufweisen.

Die Steuervorrichtung 10 hat einen Pumpenkanal 34, von dem Zulaufkanäle 35, 36 mit Rückschlagventilen 37 zu den Zulaufkammern 17 beider Wegeventile 12, 13 führen. Ferner hat sie einen verzweigten Rücklaufkanal 38, der alle Rücklaufkammern 21, 22 verbindet. Vom Pumpenkanal 34 zweigt in der Anschlußplatte 11 eine erste Steuerleitung 39 ab, die über eine erste Drossel 41 und die jeweils zweite (26) und erste Steuerkammer 25 beider Wegeventile 12, 13 zum Rücklaufkanal 38 in der Endplatte 14 führt. Ferner ist zwischen den Pumpenkanal 34 und den Rücklaufkanal 38 in der Anschlußplatte 11 eine Druckwaage 42 geschaltet, deren Steuerkolben 43 einerseits vom Druck im Pumpenkanal 34 und andererseits vom Druck in der ersten Steuerleitung 39 - stromabwärts der ersten Drossel 41 und stromaufwärts von dem Schieber 16 - und der Kraft einer Feder 44 beaufschlagt wird. Zugleich ist diese federbelastete Seite über eine zweite Steuerleitung 45 mit dem jeweiligen Lastdruck beaufschlagbar, indem im Wegeventil 12 von der dritten Steuerkammer 27 über ein Rückschlagventil 46 ein Kanal 47 zu dem durch beide Wegeventile 12, 13 verlaufenden Kanalabschnitt der zweiten Steuerleitung 45 führt. Ein Druckbegrenzungsventil 48 sichert die federbeaufschlagte Stirnseite der Druckwaage 42 ab.

Wie Fig. 2 als vereinfachte Darstellung der Steuervorrichtung 10 nach Fig. 1 deutlich zeigt, weist der Schieber 16 eine Neutralstellung 51 auf, an die sich bei Auslenkung nach beiden Seiten jeweils eine erste Stellung 52 anschließt, während in Endstellungen der Schieber 16 zweite Stellungen 53 aufweist. In der ersten Stellung 52 ist jeweils die Drosselstelle 23 bzw. 24 wirksam und zugleich wird über eine der Bohrungen 28 der Lastdruck abgegriffen. Außerdem liegt in der ersten Steuerleitung 39 eine der zweiten Drosseln 33 bzw. 32. In der zweiten Stellung 53 ist die Drosselstelle 23 bzw. 24 nicht mehr wirksam und die jeweilige Verbindung voll aufgesteuert; gleichzeitig ist aber die erste Steuerleitung 39 unterbrochen. Die erste Stellung 52 erstreckt sich über einen beträchtlichen Bereich des Schieberhubes, der praktisch den Bereich der Feinsteuerung darstellt, während die zweite Stellung 53 nur einen kleinen Teil des Schieberhubes ausmacht und praktisch seiner jeweiligen Endstellung entspricht.

Die Wirkungsweise der Steuervorrichtung 10 ist wie folgt:

Befinden sich die Schieber 16 beider Wegeventile 12, 13 in ihrer Neutralstellung, so fließt das von der Pumpe 54 geförderte Öl über die Druckwaage 42 in der Anschlußplatte 11 zurück in den Rücklaufkanal 38. Dabei bestimmt die Feder 44 am Steuerkolben 43 den von der Pumpe 54 aufzubringenden Druck.

Wird ein Schieber 16 eines Wegeventils 12 aus seiner Neutralstellung 51 heraus bewegt, so wird über eine der Drosselstellen 23 bzw. 24 die Zulaufkammer 17 mit einer Verbraucherkammer 18 bzw. 19 verbunden, während die andere Verbraucherkammer 19 bzw. 18 zur Rücklaufkammer 21 bzw. 22 entlastet wird. Gleichzeitig wird aber über die Bohrungen 28 im Schieber 16 die gerade mit der Zulaufkammer 17 verbundene Verbraucherkammer 18 bzw. 19 mit der dritten Steuerkammer 27 verbunden, die über die zweite Steuerleitung 45 und Rückschlagventil 46 mit der federbeaufschlagten Stirnseite des Steuerkolbens 43 Verbindung hat. Zudem wird noch die erste Steuerleitung 39, die in Neutralstellung offen war, durch eine der zweiten Drosseln 33 bzw. 32 gedrosselt. Das über die erste Drossel 41 von Pumpenkanal 34 einströmende Öl kann nicht mehr ungedrosselt über die erste Steuerleitung 39 zum Tank abfließen, sondern nur angedrosselt. Die Drossel 33 bzw. 32 wird vorteilhaft so groß ausgelegt, daß sich - unter der Voraussetzung, daß in keiner der Verbraucherkammern 18, 19 ein Lastdruck ansteht - in der zweiten Steuerkammer 26 und damit am Steuerkolben 43 nur ein Druck ausbildet, der zu einem im Feinsteuerbereich gewünschten Druckgefälle an der Drosselstelle 23 bzw. 24 führt. Da dieser Druck die Kraft der Feder 44 an der Druckwaage 42 unterstützt, schließt der Steuerkolben 43 soweit, bis in dem Pumpenkanal 34 ein Druck angestaut ist, der zum Anheben der Last erforderlich ist. Dabei fließt zusätzliches Öl infolge der Last aus der vom Zulaufdruck beaufschlagten Verbraucherkammer 18 bzw. 19 über die Bohrungen 28 im Schieber 16 in die dritte Steuerkammer 27 und weiter in die zweite Steuerleitung 45. Da aber die Drossel 33 unverändert bleibt, wird auch in der zweiten Steuerleitung 45 ein höherer Druck angestaut, der auf die Druckwaage 42 einwirkt. Sobald sich dann aber die Last bewegt, entsteht in der zulaufseitig gelegenen Verbraucherkammer 18 bzw. 19 ein Druckabfall, der sich über die Bohrungen 28 auf das Steuerölsystem auswirkt und den weiteren Druckanstieg verhindert. Über einen dem Feinsteuerbereich entsprechenden Hub des Steuerschiebers 16, in dem also die Drosselstelle 23 bzw. 24 proportional zur Auslenkung aufgesteuert werden kann, ist somit eine lastkompensierte Steuerung des Verbrauchers möglich.

Wird gegen Hubende des Schiebers 16 die zweite Stellung 53 erreicht, so wird die erste Steuerleitung 39 durch die den Steuerbunden 29, 31 benachbarten Kolbenabschnitte vollständig abgesperrt. Gleichzeitig ist die Drosselstelle 23 bzw. 24 nicht mehr wirksam und die Verbindung zum Verbraucher damit voll aufgesteuert. Nun schließt der druckausgeglichene Steuerkolben 43 unter der Kraft der Feder 44 die Verbindung zum Rücklaufkanal 38. Die gesamte von der Pumpe 54 geförderte Menge fließt somit zum Verbraucher bei - entsprechend der Auslegung - minimal möglichem Druckgefälle, wobei die Lastkompensation ausgeschaltet ist.

Auf diese Weise wird eine Steuerung möglich, die in Neutralstellung die gesamte Pumpenmenge bei möglichst niedrigem Druckgefälle zum Tank leitet, im Feinsteuerbereich eine lastkompensierte Steuerung mit niedrigen Leistungeverlusten und proportionaler Durchströmung der Öffnungsquerschnitte erlaubt und in Endstellungen bei ausgeschalteter Lastkompensation eine maximale Ölversorgung des Verbrauchers gestattet.

Bei Parallelbetätigung der Schieber 16 beider Wegeventile 12, 13 werden im Feinsteuerbereich der ersten Stellung 52 zwei Drosseln 33 bzw. 32 hintereinandergeschaltet, wodurch sich der Steuerdruck entsprechend erhöht. Eine Erhöhung des Steuerdrucks und damit der Durchflußmenge läßt sich auch erreichen, wenn die den Drosselstellen 23, 24 zugeordneten Lastabgriffs- Bohrungen so gelegt werden, daß im Verlaufe des Hubes die anfänglich zugesteuerte Bohrung in die Zulaufkammer 17 eintaucht und dann einen um das Druckgefälle zwischen Zulaufkammer 17 und Verbraucherkammer 18 erhöhten Lastdruck an die Druckwaage 42 meldet. Das Druckbegrenzungsventil 48 dient der Maximaldruck- Absicherung. Die Rückschlagventile 46 verhindern bei Parallelbetätigung eine Strömung vom hohen zum niedrigen Lastdruck.

Fig. 3 zeigt eine zweite Steuervorrichtung 60 mit einem ersten Wegeventil 61, das sich vom Wegeventil 12 nach Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß die zweite Drossel 62 nicht mehr im Schieber 63 selbst, sondern in der ersten Steuerleitung 39 stromaufwärts vom Schieber 63 im Gehäuse angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine einfachere Bauweise der Steuervorrichtung 60, insbesondere die Steuerbunde am Schieber entfallen. Durch die in Neutralstellung nicht abschaltbare, zweite Drossel 62 ergibt sich jedoch ein höherer Neutralumlaufdruck. Das zweite Wegeventil 64 weist nun keine zweite Drossel auf, da deren Funktion von der Drossel 62 im Gehäuse übernommen wird. Selbstverständlich kann die zweite Drossel 62 auch in der Anschlußplatte 11 untergebracht werden.

Fig. 4 zeigt eine dritte Steuervorrichtung 70, die sich von der Steuervorrichtung 60 nach Fig. 3 vor allem wie folgt unterscheidet:
Die zweite Drossel 71 liegt stromabwärts vom ersten (72) und zweiten Wegeventil 73 in der ersten Steuerleitung 39 in der Endplatte 74. Zudem entfällt die zweite Steuerleitung 45 in der in Fig. 3 gezeichneten Form; der Lastdruck wird unmittelbar im Schieber 75 über ein Rückschlagventil 76 in die erste Steuerleitung 39 geführt. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst einfache und raumsparende Bauart; jedoch benötigt sie im Schieber angeordnete Rückschlagventile und die Wirkung der zweiten Drossel 71 kann in Neutralstellung des Schiebers auch nicht ausgeschaltet werden.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Steuervorrichtung möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann anstelle der in Fig. 1 gezeigten zweiten Steuerleitung 45, bei der die Lastdrücke parallel abgegriffen werden, der jeweilige Kanal 47 unmittelbar im gleichen Gehäuse, stromaufwärts von der zweiten Steuerkammer 26 in die erste Steuerleitung 39 geführt werden. Ebenso kann eine Wegeventilbauart verwendet werden, bei der die Bohrungen 28 ins Gehäuse verlegt sind. Anstelle von Wegeventilen mit zwei Verbraucheranschlüssen sind auch solche mit einem Verbraucheranschluß einsetzbar. Auch die Anordnung der Arbeits- und Steuerkammern kann beliebig sein, ebenso sind die Steuerkanten und Drosseln am Schieber anders ausführbar, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (7)

1. Steuervorrichtung für wenigstens einen hydraulisch betriebenen Verbraucher und für lastunabhängige Durchflußregulierung, mit wenigstens einem Wegeventil, das ein Gehäuse mit einer Arbeitskammern aufweisenden Bohrung hat, in der ein axial verschiebbarer, einen Pumpenkanal mit dem Verbraucher und/oder den Verbraucher mit einem Rücklaufkanal zum Tank über wenigstens eine verstellbare Drosselstelle verbindender Schieber angeordnet ist, sowie mit einer Druckwaage, deren Steuerkolben zur Aufrechterhaltung einer konstanten Druckdifferenz am Schieber von einer Feder und in Gegenrichtung von der Druckdifferenz dieser durch den Schieber verstellbaren Drosselstelle beaufschlagt wird, und mit einer vom Pumpenkanal über eine Drossel und den Schieber zum Tank geführten Steuerleitung, die stromabwärts von der Drossel und stromaufwärts vom Schieber mit der federbelasteten Stirnseite des Steuerkolbens Verbindung hat, wobei die federbelastete Stirnseite über eine zweite Steuerleitung mit dem jeweiligen, mit die Druckdifferenz bildenden Lastdruck im Verbraucher beaufschlagbar ist und der Schieber neben einer Neutralstellung mindestens eine erste Arbeitsstellung aufweist, in der die verstellbare Drosselstelle wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Arbeitsstellung die Steuerleitung (39) zum Tank hin offen ist und in der Steuerleitung (39) eine zweite, eine Druckerhöhung auf die federbelastete Stirnseite des Steuerkolbens (43) bewirkende Drossel (32, 33; 62) liegt und daß der Schieber (16) mindestens eine zweite Arbeitsstellung (53) aufweist, in der die verstellbare Drosselstelle (23, 24) voll geöffnet und die Steuerleitung (39) unterbrochen ist und daß die erste Arbeitsstellung (52) zwischen der Neutralstellung (51) und der zweiten Arbeitsstellung (53) liegt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drossel (32, 33) am Schieber (16) angeordnet ist und in der Neutralstellung (51) und in der zweiten Arbeitsstellung (53) in der Steuerleitung (39) unwirksam und in der ersten Arbeitsstellung (52) wirksam ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (39) im Bereich des Schiebers (16) über zwei nebeneinanderliegende Steuerkammern (25, 26) geführt ist und der Schieber (16) wenigstens einen, die Verbindung zwischen den beiden Steuerkammern steuernden Bund (29, 31) aufweist, an dem die zweite Drossel (32, 33) ausgebildet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drosselstelle (32, 33) als eine am Umfang des Bundes (29, 31) angeordnete Kerbe ausgebildet ist.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerkammern (25, 26) und den Arbeitskammern (17, 18, 19, 21, 22) des Wegeventils (12) eine dritte Steuerkammer (27) angeordnet ist, die über Bohrungen (28) im Schieber (16) mit stromabwärts der verstellbaren Drosselstelle (23, 24) liegenden Bereichen der Arbeitskammern verbindbar ist und die über die zweite Steuerleitung (45) mit einem die dritte Steuerkammer (27) absichernden Rückschlagventil (46) mit der Druckwaage (42) Verbindung hat.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drossel (62) stromabwärts von der ersten Drossel (41) und der Abzweigung zur Druckwaage (42) sowie stromaufwärts vom Schieber (63) in die Steuerleitung (39) geschaltet ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drossel (71) stromabwärts vom Wegeventil (72, 73), insbesondere in einer Endplatte (74), in die Steuerleitung (39) geschaltet ist.