EP0935714B1 - Ventilanordnung mit druckwaage - Google Patents

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EP0935714B1
EP0935714B1 EP97945768A EP97945768A EP0935714B1 EP 0935714 B1 EP0935714 B1 EP 0935714B1 EP 97945768 A EP97945768 A EP 97945768A EP 97945768 A EP97945768 A EP 97945768A EP 0935714 B1 EP0935714 B1 EP 0935714B1
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EP
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pressure
valve
piston
control
spool
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EP97945768A
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Burkhard KNÖLL
Winfried RÜB
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Bosch Rexroth AG
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Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for Pressure and volume flow adapted supply at least a consumer according to the preamble of the claim 1.
  • Double-acting cylinders are often used Front linkages used by agricultural tractors.
  • the rear linkage have so far been in most cases single-acting cylinders, due to the versatile uses of modern tractors however, one is increasingly concerned about this, including the Rear linkage with double-acting cylinders.
  • Peripheral devices such as packers, Couple plows, cultivators, rollers etc. to a tractor and press.
  • valve arrangements In mobile hydraulics, the valve arrangements are endeavored run as compact as possible, so that this often in panel construction or as a compact or monoblock be carried out.
  • the Valve plate or compact block the required Connections, such as pump connection, control connection, Work connection, tank connection and the one for admission the control elements of the valve assembly required Housing bores formed.
  • load-sensing systems are used by which a load pressure independent Flow current and thus a sensitive speed control of the consumer is reached.
  • the pressure difference across the directional control valve is kept constant, by placing individual pressure scales in the consumer connections are switched, the system pressure, i.e. the pressure of the highest load in the system on the respective Reduce consumer pressure.
  • DE 36 34 728 C2 describes a valve arrangement for load-independent control of several double-acting hydraulic Consumer revealed at the orifice performed by fine control grooves of the directional spool valve is and downstream of this orifice plate an individual pressure compensator received in a valve housing bore is, via which the hydraulic fluid depending on the control of the Directional valve spool a first or a second work connection is feedable.
  • the individual pressure compensator has a piston that moves in the opening direction with the pressure the orifice plate and in the closing direction by a spring and a control pressure is applied.
  • a disadvantage of this embodiment is that in the Housing of the valve assembly has a mounting hole for the Pistons of the individual pressure compensator and corresponding line systems to supply the control pressure to the Piston back must be designed so that a considerable manufacturing effort for the creation the valve body is required.
  • Another disadvantage is that when using another individual pressure compensator possibly the valve housing bore must be changed so that there is a need different valve housing types are available put.
  • DE-OS 36 05 312 discloses a valve arrangement, where the directional valve spool as a hollow spool is carried out from both end sections Blind holes for receiving one piston each an individual pressure compensator are provided.
  • the orifice plate of the directional valve is through a jacket bore of the Directional valve spool and through an annulus of the valve housing formed, which is connected to the pump connection is. Through this jacket hole, the hydraulic fluid can after control of the directional spool in one of the Blind holes enter so that the corresponding Piston of the individual pressure compensator against a spring preload postponed and the corresponding work connection is driven to the consumer, in this case a double-acting hydraulic cylinder, with hydraulic fluid to supply.
  • the invention is based on the object a valve arrangement for pressure and volume flow to create customized care through which at minimal device-related effort a safe control a consumer is guaranteed.
  • the piston of the individual pressure compensator to lead into a hollow slide valve with a jacket bore is provided, on the one hand by the axial displacement of the pressure compensator piston openable and on the other hand, depending on the position of the directional valve spool (Hollow slide) a connection to a first or a produces a second working connection, the device-related Effort compared to the one described above Solutions can be reduced considerably because neither its own mounting hole for the individual pressure compensator Corresponding devices in the valve housing to hold a second pressure compensating piston must be provided in the directional valve spool.
  • the invention thus makes it possible Valve housing extremely compact, all essential Control and connecting lines in the Directional valve spool or in the piston of the individual pressure compensator are formed while pump connection, tank connection, Control connection etc. provided in the valve housing become.
  • the latter can thus remain essentially unchanged with a variety of different valve arrangements used during the individual adjustments relatively simple by varying the directional spool and the pressure compensator piston can be carried out are.
  • the end faces of the directional valve spool with the control pressure be, for example, the individual load pressure of the Consumer, one derived from it, for example artificially increased pressure or the highest system load pressure can be, so that it is ensured that on both directional control sides the same control pressure prevails.
  • a separate control line for controlling the individual pressure compensator piston can be saved by using the control pressure applied to the control sides of the directional valve spool through a control passage to the spring side of the Pressure compensator piston is guided.
  • the pressure compensator piston with a connecting hole be carried out at a predetermined axial displacement of the pressure compensator piston the pressure compensator piston spring chamber with the piston front is connectable, so that the individual load pressure also the back (spring chamber) of the pressure compensator piston. Due to the tax passage in the This individual load pressure becomes the main valve spool also passed on to the control sides of the directional valve spool, so that it is ensured that the control pressure corresponds to the highest system load pressure in each case.
  • the pressure compensator piston fulfills the function of a Shuttle valve, as used in conventional solutions to transmit the highest load pressure in the system.
  • the axial movement in the closing direction is particularly easy simply limit by using the pressure compensator piston a radial collar is provided, which corresponds to a trained shoulder of the valve slide bore in Plant can be brought.
  • This shoulder can be used at the same time Open the connection hole can be used, so that the shoulder has a double function.
  • a particularly versatile valve arrangement has two directional spool, each of which is a hollow spool with an individual pressure compensator piston inside is executed so that only in the valve housing nor the work connections, the tank connection, the Working connection, the corresponding channels and the connecting channels to apply the control pressure to the Hollow slide end faces must be trained.
  • the supply line to the consumer can be leak oil-free by providing an electrically unlockable check valve shut off, only in the valve housing the screw-in section for the check valve must be provided.
  • Fig. 1 is a starting example of an inventive Valve arrangement 1 shown in plate construction, wherein in a valve plate 2, a pump connection P, a Tank connection T and a control connection LS are executed. Furthermore, two are electrical in the valve plate actuated, continuously adjustable directional valves 4, 6 added, via which the pump connection P and the Tank connection T optionally with work connections A1, B1, A2 or B2 is connectable. These are work connections for example via work lines not shown with the two cylinder chambers of a double-acting hydraulic cylinder connected to a hoist.
  • Each directional control valve 4, 6 are an individual pressure compensator 16 and 18 and a measuring aperture 19 assigned, via which the System pressure, i.e. the contact at the pump connection P. Pressure on the respective individual consumer pressure (Load pressure) is throttled.
  • the directional valve 6 has a valve spool 12, which in a valve bore 14 of the valve plate 2 axially displaceable is led.
  • valve spool 12 The axial displacement of the valve spool 12 takes place via abutting electromagnets 15 arranged on both sides, 17, the plunger 21, 23 on the two front or Control sides 20, 22 of the valve spool 12 act.
  • On this end face 20, 22 is a spring plate 24, 26 is supported, on each of which in turn a compression spring 28, 30 attacks the inner bore of a Screw-in section of the electromagnets 15 and 17 supported are.
  • valve slide 12 In the initial position specified by the spring preload the valve slide 12 are the spring plate 24, 26 with a radial flange on one shoulder the valve bore 14.
  • the valve spool 12 is designed with a blind hole Axial bore 32 provided in the in Fig. 2nd left end 22 of the valve spool 12 opens. There this end face (22) is designed as an annular end face is, the associated plunger 23 acts on a stop disc 34 on a shoulder of the axial bore 32 is present, and for example via a lock washer (not shown) in the axial direction in the axial bore 32 is set.
  • the valve bore is with annular spaces 35, 36, 38, 40, 42, 44, 46 and 48, the annular spaces 35 and 48 connected to the connection LS via a load reporting channel 50 are.
  • Fig. 1 are about Load reporting channels 50 and a dash-dotted connection channel 51 and the associated annular spaces 35 and 48 (Fig. 2) all end faces 20, 22 of the valve slide 12 connected to each other, so that a uniform Control pressure is present.
  • the remaining ring bridge between the two ring spaces 36, 38 is designed as an aperture bore 52 which together with a valve spool section 54 Form orifice 19.
  • the valve spool portion 54 is provided with fine control notches 56 so that the cross-section of the metering orifice by appropriate energization of the electromagnets 15, 17 is continuously adjustable. Via the orifice plate 52, 54 thus becomes the hydraulic fluid volume flow supplied to the consumer set so that, for example the extension speed of a hoist adjustable is.
  • the jacket of the valve spool 12 In the area of the annular space 38 is the jacket of the valve spool 12 with an inlet bore 57 (Bore star) provided, which opens into the axial bore 32.
  • the two annular spaces 40 and 46 are via a tank channel 58 connected to the tank connection T.
  • the two annular spaces 42 lying between the annular spaces 46 and 40, 44 are via connecting channels 60 and 62 with the Work ports A1 and B1 connected.
  • the connections B1 and B2 are double connections with two parallel connection bores 64 executed.
  • Each of the annular spaces 36 to 48 is a corresponding one Assigned to the annular groove on the outer circumference of the valve slide 12, 2 for the sake of clarity Have received reference numerals. About these ring grooves by moving the valve spool 12 a connection between the adjacent channels, i.e. between Working connection and tank connection or pump connection getting produced. In the corner areas of the Annuli 36ff. there are notches or adjustments, an optimal opening of the respective connections allows.
  • a pressure compensator piston 66 is located in the axial bore 32 added, the in its basic position shown Sheath bore star 64 closes.
  • the pressure compensator piston hereinafter referred to as piston 66, has at its in Fig. 2 left end portion of a radial collar 68 on the a control spring 70 engages the stop washer 34 is supported. In the starting position shown the piston 66 via the control spring 70 with its radial collar 68 biased against a shoulder of the axial bore 32.
  • the piston 66 also has a connecting bore, the one from a longitudinal bore 72 and one intersecting radial throttle bore 74 is formed.
  • the Longitudinal bore 72 is designed as a blind hole and opens into the right end of the piston in Fig. 2 66.
  • the radial throttle bore 74 has a smaller one Cross section as the longitudinal bore and serves as a damping throttle.
  • the stop plate 34 and the spring plate 26 are provided with a control passage (not shown) over the pressure in the spring chamber of the compression spring 28 also on the Spring space for the control spring 70 is transmitted so that the piston 66 by the action of the control spring 70 and by the control pressure acting on the control connection LS its stop position (Fig. 2) is pressed.
  • connection A1 with hydraulic fluid supplied and the connection B1 with the tank T are connected, the electromagnet 15 is energized, so that the plunger 21 depending on the current makes a stroke to the left.
  • This stroke is directly on the control slide 12 transferred so that the aperture bore 52 through the 2 to the left moving valve spool section 54 is controlled.
  • the hydraulic fluid can then from the pump connection P in the annulus 38 flow and from there through the inlet bore 57 in reach the interior of the axial bore 32.
  • the fluid flowing back from the consumer comes from Working connection B1 via the connecting channel 62 and the assigned annular groove of the valve spool 12 in the annular space 40 and from there into the tank channel 58 and then to Tank connection T.
  • control orifice with the radial bore star 64 and the piston 66 Through the pressure compensator (control orifice with the radial bore star 64 and the piston 66) the prevailing system pressure, i.e. the pressure in the axial bore 32 on the Throttled load pressure of the connected consumer, so that the pressure drop across the orifice (orifice bore 52, valve spool section 54) remains constant and thus a volume flow independent of load pressure is guaranteed. Since the control spring 70 has a very low spring rate, corresponds to the pressure upstream of the piston 66 in first approximation about the load pressure at the working connection A1 (B1)
  • piston 66 In the event that the system pressure (load pressure) is greater than that prevailing in the spring space for the control spring 70 Control pressure, piston 66 is moved to the left as far as until the radial throttle bore 74 from the as a stop for the radial collar 68 acting axial bore shoulder is opened so that the higher pressure upstream of the piston 66 also on the spring side of the Piston 66 and thus also in the spring chamber of the compression spring 28 is transmitted.
  • the piston 66 acts in this way practical as a shuttle valve that ensures is that the highest load pressure in each case in the load reporting channels 50, 51 and thus on the control connection LS.
  • A1 is in the working connection a check valve 8 is provided.
  • This check valve was published in parallel application 196 ... (11MA7196) described by the applicant, so that in terms of construction Details are referred to this application, the Disclosure to the present application is to be counted.
  • check valve 8 shown in FIG. 1 is a check valve with pre-opening, the pre-opening cone 78 directly with the anchor of a Electromagnet is connected. By energizing this The check valve 8 can be electromagneted unlock so that the main cone 76 when flowing from the consumer to the work connection A1 from its valve seat lifts off and thus a backflow to Tank T enables.
  • the check valve 8 is with a Radial connection 80 can be pivoted about the longitudinal valve axis provided an extremely flexible adaptation to the connection conditions the valve assembly 1 allowed.
  • the Check valve 10 (connection A1) has the same structure.
  • FIG. 3 is a schematic of the essential Elements of the valve arrangement shown in FIG. 1.
  • valve groups are in the valve plate 2, each consisting of the continuously adjustable directional valves 4, 6 and the pressure compensators 16 assigned to them, 18 trained.
  • the directional valve spools are each by the two compression springs 28, 30 and the control pressure (Load signaling pressure) in the load signaling channel 50 in their basic position biased.
  • the control pressure Load signaling pressure
  • the inlet pressure of the pressure compensator 16 (pressure after the orifice of the directional valve 4) is on the right control side of the pressure compensator 16 in FIG. 3, while on the left side of the control the load signal pressure is applied.
  • This causes the piston 66 to the left (Fig. 2) pushed so that the control panel (Sheath bore star 64, piston 66) opened and that Hydraulic fluid via the directional valve 4 to the work connection A1 is headed.
  • valve spool 12 Hydraulic fluid bypassing the pressure compensator from Consumers via connection B1 and directional valve 4 to Tank connection T directed. If the The pressure at the inlet of the pressure compensator 16 becomes the piston 66 pushed further to the left until the connecting hole (72, 74) opened and the inlet pressure of the pressure compensator is fed into the load reporting channel 50, so that this pressure now acts as a control pressure.
  • In 3 are the check valves for simplicity 8, 10 omitted.
  • the invention Solution is characterized by a very simple and compact structure, in particular the overall length is reduced to a minimum as an essential Part of the pressure compensator and the load pressure reporting line can be integrated into the hollow slide.
  • a valve arrangement for pressure and volume flow is disclosed adapted supply of at least one consumer, which is continuously adjustable via two work connections
  • Directional control valve can be supplied with hydraulic fluid or can be connected to a tank.
  • the two work connections the valve arrangement is a common pressure compensator assigned, the piston in an axial bore of the Directional valve spool is guided axially, so that optionally with suitable control of the directional valve one of the two working connections with the pump connection is connectable.
  • On both ends of the directional valve spool and on the spring side of the pressure compensator piston each acts a control pressure that, for example, the highest system load pressure, the individual load pressure or corresponds to a pressure derived therefrom.

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Abstract

Offenbart ist eine Ventilanordnung (1) zur Druck- und Volumenstrom angepassten Versorgung zumindest eines Verbrauchers, der über zwei Arbeitsanschlüsse (A1, B1, A2, B2) eine stetig verstellbaren Wegeventils (4, 6) mit Hydraulikfluid versorgbar oder mit einem Tank (T) verbindbar ist. Den beiden Arbeitsanschlüssen (A1, B1, A2, B2) der Ventilanordnung (1) ist eine gemeinsame Druckwaage (16, 18) zugeordnet, deren Kolben (66) in einer Axialbohrung (32) des Wegeventilschiebers (12) axial verschiebbar geführt ist, so dass bei geeigneter Ansteuerung des Wegeventils (4, 6) wahlweise einer der beiden Arbeitsanschlüsse (A1, B1, A2, B2) mit dem Pumpenanschluss (P) verbindbar ist. An beiden Stirnseiten des Wegeventilschiebers (12) und an der Federseite des Druckwaagen-Kolbens (66) wirkt jeweils ein Steuerdruck (25), der beispielsweise dem höchsten Systemlastdruck, dem Individuallastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Druck- und Volumenstrom angepaßten Versorgung zumindest eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Ventilanordnungen werden beispielsweise in der Mobilhydraulik zur Ansteuerung von Verbrauchern, insbesondere von einfach- und doppelwirkenden Zylindern eingesetzt. Doppeltwirkende Zylinder werden häufig bei Frontkrafthebern von Ackerschleppern verwendet. Die Heckkraftheber wurden bisher in den meisten Fällen mit einfachwirkenden Zylindern ausgeführt, aufgrund der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten moderner Schlepper geht man jedoch in zunehmendem Maße dazu über, auch die Heckkraftheber mit doppeltwirkenden Zylindern auszuführen. Mit Hilfe dieser Kraftheber lassen sich unterschiedliche Peripheriegeräte, wie beispielsweise Packer, Pflüge, Grubber, Walzen etc. an einen Schlepper ankoppeln und betätigen.
In der Mobilhydraulik ist man bestrebt, die Ventilanordnungen möglichst kompakt auszuführen, so daß diese häufig in Plattenbauweise oder auch als Kompakt- oder Monoblock ausgeführt werden. Dazu werden im Grundkörper der Ventilplatte bzw. des Kompaktblocks die erforderlichen Anschlüsse, wie beispielsweise Pumpenanschluß, Steueranschluß, Arbeitsanschluß, Tankanschluß und die zur Aufnahme der Stellelemente der Ventilanordnung erforderlichen Gehäusebohrungen ausgebildet.
Bei handbetätigten Ventilanordnungen wird der mechanische Schieber aus dem Ventilgehäuse (Platte, Block) herausgeführt und diese außenliegende Kammer der Ventilachse mit dem Tank verbunden. Um dem Baukastenprinzip genüge zu tun, wird diese für mechanisch betätigte Ventilanordnungen vorgesehene Bauweise auch bei elektrisch betätigten Ventilen übernommen, so daß ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand betrieben werden muß, um die außenliegenden Druckkammern und die entsprechenden Verbindungsleitungen zum Tank auszubilden.
In der Mobilhydraulik werden Load-Sensing-Systeme eingesetzt, durch die ein lastdruckunabhängiger Durchflußstrom und damit eine feinfühlige Geschwindigkeitssteuerung des Verbrauchers erreicht wird. Dabei wird die Druckdifferenz über dem Wegeventil konstant gehalten, indem in die Verbraucheranschlüsse Individualdruckwaagen geschaltet werden, die den Systemdruck, d.h. den Druck der höchsten Last im System auf den jeweiligen Verbraucherdruck abdrosseln.
Bei derartigen Load-Sensing-Systemen müssen die Individualdruckwaagen und deren Steuerleitungen demgemäß ebenfalls in dem Ventilgehäuse (Platte, Block) der Ventilanordnung untergebracht werden.
In der DE 36 34 728 C2 wird eine Ventilanordnung zum lastunabhängigen Steuern mehrerer doppeltwirkender hydraulischer Verbraucher offenbart, bei der die Meßblende durch Feinsteuernuten des Wegeventilschiebers ausgeführt ist und stromabwärts dieser Meßblende eine Individualdruckwaage in einer Ventilgehäusebohrung aufgenommen ist, über die das Hydraulikfluid je nach Ansteuerung des Wegeventilschiebers einem ersten oder einem zweiten Arbeitsanschluß zuführbar ist. Die Individualdruckwaage hat einen Kolben, der in Öffnungsrichtung mit dem Druck nach der Meßblende und in Schließrichtung durch eine Feder und einen Steuerdruck beaufschlagt ist.
Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, daß in dem Gehäuse der Ventilanordnung eine Aufnahmebohrung für den Kolben der Individualdruckwaage und entsprechende Leitungssysteme zur Zuführung des Steuerdrucks an die Kolbenrückseite ausgebildet sein müssen, so daß ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand zur Erstellung der Ventilgehäuse erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei Verwendung einer anderen Individualdruckwaage unter Umständen die Ventilgehäusebohrung verändert werden muß, so daß die Notwendigkeit besteht, unterschiedliche Ventilgehäusebauarten zur Verfügung zu stellen.
In der DE-OS 36 05 312 ist eine Ventilanordnung offenbart, bei der der Wegeventilschieber als Hohlschieber ausgeführt ist, bei dem von beiden Endabschnitten her Sacklochbohrungen zur Aufnahme jeweils eines Kolbens einer Individualdruckwaage vorgesehen sind. Die Meßblende des Wegeventils wird durch eine Mantelbohrung des Wegeventilschiebers und durch einen Ringraum des Ventilgehäuses gebildet, der mit dem Pumpenanschluß verbunden ist. Durch diese Mantelbohrung kann das Hydraulikfluid je nach Ansteuerung des Wegeventilschiebers in eine der Sacklochbohrungen eintreten, so daß der entsprechende Kolben der Individualdruckwaage gegen eine Federvorspannung verschoben und der entsprechende Arbeitsanschluß aufgesteuert wird, um dem Verbraucher, in diesem Fall einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder, mit Hydraulikfluid zu versorgen.
Bei dieser Variante muß zwar im Gegensatz zur oben beschriebenen Konstruktion keine eigene Ventilgehäusebohrung zur Aufnahme der Individualdruckwaagen ausgebildet werden. Die aus dem DE-OS 3 605 312 bekannte Variante hat jedoch den Nachteil, daß jedem Arbeitsanschluß eine eigene Individualdruckwaage zugeordnet ist, so daß der Hohlkolben sehr kompliziert aufgebaut ist. Desweiteren ist es bei einer derartigen Konstruktion erforderlich, daß die Toleranzen bei der Herstellung der beiden Individualdruckwaagen sehr eng gewählt werden, um in beiden Arbeitsanschlüssen ein identisches Ansprechverhalten zu erzielen. Etwaige Unterschiede im Ansprechverhalten könnten zu Instabilitäten bei der Ansteuerung des Verbrauchers führen, die bei den heutzutage anzusetztenden Qualitätskriterien keinesfalls akzeptabel sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zur Druck- und Volumenstrom angepaßten Versorgung zu schaffen, durch die bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand eine sichere Ansteuerung eines Verbrauchrs gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Maßnahme, den Kolben der Individualdruckwaage in einen Hohlschieber zu führen, der mit einer Mantelbohrung versehen ist, die einerseits durch die Axialverschiebung des Druckwaagen-Kolbens aufsteuerbar und andererseits je nach Stellung des Wegeventilschiebers (Hohlschieber) eine Verbindung zu einem ersten oder einem zweiten Arbeitsanschluß herstellt, kann der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen ganz erheblich verringert werden, da weder eine eigene Aufnahmebohrung für die Individualdruckwaage im Ventilgehäuse noch entsprechende Einrichtungen zur Aufnahme eines zweiten Druckwaage-Kolbens im Wegeventilschieber vorgesehen werden müssen.
Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht, das Ventilgehäuse äußerst kompakt auszuführen, wobei alle wesentlichen Steuer- und Verbindungsleitungen im Wegeventilschieber oder im Kolben der Individualdruckwaage ausgebildet sind, während Pumpenanschluß, Tankanschluß, Steueranschluß etc. im Ventilgehäuse vorgesehen werden. Letzteres kann somit im wesentlichen unverändert bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Ventilanordnungen verwendet werden, während die individuellen Anpassungen verhältnismäßig einfach durch Variation des Wegeventilschiebers und des Druckwaagenkolbens durchführbar sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stirnseiten des Wegeventilschiebers mit dem Steuerdruck beaufschlagt werden, der beispielsweise der individuelle Lastdruck des Verbrauchers, ein davon abgeleiteter, beispielsweise künstlich erhöhter Druck oder der höchste Systemlastdruck sein kann, so daß sichergestellt ist, daß an beiden Wegeventilsteuerseiten der gleiche Steuerdruck herrscht.
Eine eigene Steuerleitung zur Ansteuerung des Individualdruckwaagenkolbens läßt sich einsparen, indem der an den Steuerseiten des Wegeventilschiebers anstehende Steuerdruck durch einen Steuerdurchlaß zur Federseite des Druckwaagenkolbens geführt ist.
Für den Fall, daß der individuelle Lastdruck am jeweiligen Verbraucher größer ist als der anstehende Steuerdruck, kann der Druckwaagenkolben mit einer Verbindungsbohrung ausgeführt werden, über die bei einer vorbestimmten Axialverschiebung des Druckwaagenkolbens der Druckwaagenkolbenfederraum mit der Kolbenvorderseite verbindbar ist, so daß der individuelle Lastdruck auch an der Rückseite (Federraum) des Druckwaagenkolbens anliegt. Aufgrund des vorher beschriebenen Steuerdurchlasses im Hauptventilschieber wird dieser individuelle Lastdruck auch an die Steuerseiten des Wegeventilschiebers weitergegeben, so daß sichergestellt ist, daß der Steuerdruck dem jeweils höchsten Systemlastdruck entspricht. In diesem Fall erfüllt der Druckwaagenkolben die Funktion eines Wechselventils, wie es bei herkömmlichen Lösungen verwendet wird, um den höchsten Lastdruck im System weiterzuleiten.
Die Axialbewegung in Schließrichtung läßt sich besonders einfach begrenzen, indem der Druckwaagenkolben mit einem Radialbund versehen wird, der an eine entsprechend ausgebildetete Schulter der Ventilschieberbohrung in Anlage bringbar ist. Diese Schulter kann gleichzeitig zum Aufsteuern der Verbindungsbohrung verwendet werden, so daß der Schulter eine Doppelfunktion zukommt.
Eine besonders vielseitig anwendbare Ventilanordnung hat zwei Wegeventilschieber, von denen jeder als Hohlschieber mit einem darin geführten Individualdruckwaagenkolben ausgeführt ist, so daß im Ventilgehäuse lediglich noch die Arbeitsanschlüsse, der Tankanschluß, der Arbeitsanschluß, die entsprechenden Kanäle und die Verbindungskanäle zum Anlegen des Steuerdrucks an die Hohlschieberstirnseiten ausgebildet werden müssen.
Die Zuleitung zum Verbraucher läßt sich leckölfrei durch Vorsehen eines elektisch entsperrbaren Rückschlag-Einbauventils absperren, wobei im Ventilgehäuse lediglich der Einschraubabschnitt für das Rückschlag-Einbauventil vorgesehen sein muß.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung mit zwei Wegeventilen;
  • Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Wegeventils der Ventilanordnung aus Fig. 1;
  • Fig. 3 einen schematischen Schaltplan eines Teils der Ventilanordnung aus Fig. 1; und
    • In Fig. 1 ist ein Ausgangsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 in Plattenbauweise dargestellt, wobei in einer Ventilplatte 2 ein Pumpenanschluß P, ein Tankanschluß T und ein Steueranschluß LS ausgeführt sind. In der Ventilplatte sind desweiteren zwei elektrisch betätigte, stetig verstellbare Wegeventile 4, 6 aufgenommen, über die der Pumpenanschluß P und der Tankanschluß T wahlweise mit Arbeitsanschlüssen A1, B1, A2 oder B2 verbindbar ist. Diese Arbeitsanschlüsse sind beispielsweise über nicht dargestellte Arbeitsleitungen mit den beiden Zylinderräumen eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders eines Hubwerks verbunden.
    Jedem Wegeventil 4, 6 sind eine Individualdruckwaage 16 bzw. 18 und eine Meßblende 19 zugeordnet, über die der Systemdruck, d.h. der am Pumpenanschluß P anliegende Druck auf den jeweiligen individuellen Verbraucherdruck (Lastdruck) abgedrosselt wird.
    In die Arbeitsanschlüsse A1, A2 wird jeweils ein elektrisch betätigtes Rückschlagventil 8, 10 eingeschraubt, das in Patronenbauweise ausgeführt ist.
    Der identische konstruktive Aufbau der beiden Wegeventile 4, 6 wird im folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben, die das Wegeventil 6 in vergrößerter Ansicht zeigt.
    Das Wegeventil 6 hat einen Ventilschieber 12, der in einer Ventilbohrung 14 der Ventilplatte 2 axial verschiebbar geführt ist.
    Die Axialverschiebung des Ventilschiebers 12 erfolgt über beidseitig angeordnete stoßende Elektromagnete 15, 17, deren Stößel 21, 23 auf die beiden Stirn- oder Steuerseiten 20, 22 des Ventilschiebers 12 wirken. An dieser Stirnseite 20, 22 ist jeweils ein Federteller 24, 26 abgestützt, an dem wiederum jeweils eine Druckfeder 28, 30 angreift, die an der Innenbohrung eines Einschraubabschnitts der Elektromagneten 15 bzw. 17 abgestützt sind.
    In der durch die Federvorspannung vorgegebenen Ausgangsstellung des Ventilschiebers 12 liegen die Federteller 24, 26 mit einem Radialflansch an einer Schulter der Ventilbohrung 14 an.
    Der Ventilschieber 12 ist mit einer als Sackloch ausgeführten Axialbohrung 32 versehen, die in der in Fig. 2 linken Stirnseite 22 des Ventilschiebers 12 mündet. Da diese Stirnseite (22) als Ringstirnfläche ausgebildet ist, wirkt der zugeordnete Stößel 23 auf eine Anschlagscheibe 34, die an einer Schulter der Axialbohrung 32 anliegt, und beispielsweise über eine Sicherungsscheibe (nicht gezeigt) in Axialrichtung in der Axialbohrung 32 festgelegt ist.
    Die Ventilbohrung ist mit Ringräumen 35, 36, 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, wobei die Ringräume 35 und 48 über einen Lastmeldekanal 50 mit dem Anschluß LS verbunden sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind über die Lastmeldekanäle 50 sowie einen strichpunktierten Verbindungskanal 51 und die zugeordneten Ringräume 35 und 48 (Fig. 2) sämtliche Stirnseiten 20, 22 der Ventilschieber 12 miteinander verbunden, so daß an diesen ein einheitlicher Steuerdruck anliegt.
    Der verbleibende Ringsteg zwischen den beiden Ringräumen 36, 38 ist als Blendenbohrung 52 ausgebildet, die gemeinsam mit einem Ventilschieberabschnitt 54 die Meßblende 19 bilden. Der Ventilschieberabschnitt 54 ist mit Feinsteuerkerben 56 versehen, so daß der Meßblendenquerschnitt durch entsprechende Bestromung der Elektromagnete 15, 17 stetig verstellbar ist. Über die Meßblende 52, 54 wird somit der dem Verbraucher zugeführte Hydraulikfluidvolumenstrom eingestellt, so daß beispielsweise die Ausfahrgeschwindigkeit eines Hubwerks einstellbar ist.
    Im Bereich des Ringraums 38 ist der Mantel des Ventilschiebers 12 mit einer Eingangsbohrung 57 (Bohrungsstern) versehen, die in der Axialbohrung 32 mündet. Die beiden Ringräume 40 und 46 sind über einen Tankkanal 58 mit dem Tankanschluß T verbunden. Die beiden zwischen den Ringräumen 46 und 40 liegenden Ringräume 42, 44 sind über Verbindungskanäle 60 bzw. 62 mit den Arbeitsanschlüssen A1 bzw. B1 verbunden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Anschlüsse B1 und B2 als Doppelanschluß mit zwei parallel liegenden Anschlußbohrungen 64 ausgeführt. Zwischen den den beiden Arbeitsanschlüssen A1 und B1 zugeordneten Ringräume 42 und 44 ist eine Mantelbohrung oder genauer gesagt, ein Mantelbohrungsstern 64 im Ventilschieber 12 ausgebildet, der ebenfalls in der Axialbohrung 32 mündet.
    Jedem der Ringräume 36 bis 48 ist eine entsprechende Ringnut am Außenumfang des Ventilschiebers 12 zugeordnet, wobei diese der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 keine Bezugszeichen erhalten haben. Über diese Ringnuten kann durch Verschieben des Ventilschiebers 12 eine Verbindung zwischen den nebeneinanderliegenden Kanälen, d.h. zwischen Arbeitsanschluß und Tankanschluß oder Pumpenanschluß hergestellt werden. In den Eckbereichen der Ringräume 36ff. sind Kerben oder Anpassungen ausgebildet, die ein optimales Aufsteuern der jeweiligen Verbindungen ermöglicht.
    In der Axialbohrung 32 ist ein Druckwaagen-Kolben 66 aufgenommen, der in seiner gezeigten Grundstellung den Mantelbohrungsstern 64 verschließt. Der Druckwaagen-Kolben, im folgenden Kolben 66 genannt, hat an seinem in Fig. 2 linken Endabschnitt einen Radialbund 68, an dem eine Steuerfeder 70 angreift, die an der Anschlagscheibe 34 abgestützt ist. In der gezeigten Ausgangsposition wird der Kolben 66 über die Steuerfeder 70 mit seinem Radialbund 68 gegen eine Schulter der Axialbohrung 32 vorgespannt.
    Der Kolben 66 hat desweiteren eine Verbindungsbohrung, die aus einer Längsbohrung 72 und eine diese schneidende Radialdrosselbohrung 74 gebildet ist. Die Längsbohrung 72 ist als Sacklochbohrung ausgeführt und mündet in der in Fig. 2 rechten Stirnseite des Kolbens 66. Die Radialdrosselbohrung 74 hat einen geringeren Querschnitt als die Längsbohrung und dient als Dämpfungsdrossel.
    Die Anschlagscheibe 34 und der Federteller 26 sind mit einem Steuerdurchlaß versehen (nicht gezeigt) über den der Druck im Federraum der Druckfeder 28 auch auf den Federraum für die Steuerfeder 70 übertragen wird, so daß der Kolben 66 durch die Wirkung der Steuerfeder 70 und durch den am Steueranschluß LS wirkenden Steuerdruck in seine Anschlagposition (Fig. 2) gedrückt wird.
    Soll nun beispielsweise der Anschluß A1 mit Hydraulikfiuid versorgt und der Anschluß B1 mit dem Tank T verbunden werden, so wird der Elektromagnet 15 bestromt, so daß der Stößel 21 in Abhängigkeit von der Stromstärke einen Hub nach links ausführt.
    Dieser Hub wird unmittelbar auf den Steuerschieber 12 übertragen, so daß die Blendenbohrung 52 durch den sich in der Darstellung nach Fig. 2 nach links bewegenden Ventilschieberabschnitt 54 aufgesteuert wird. Das Hydraulikfluid kann dann vom Pumpenanschluß P in den Ringraum 38 strömen und von dort durch die Eingangsbohrung 57 in den Innenraum der Axialbohrung 32 gelangen.
    Die benachbarte Stirnfläche des Kolbens 66 wird dann mit dem stromabwärts der Blendenbohrung 52 herrschenden Druck beaufschlagt und gegen die Kraft der Steuerfeder 70 und den herrschenden Steuerdruck nach links verschoben bis sich ein Gleichgewicht einstellt.
    Durch diese Axialverschiebung des Kolbens 66 wird der Mantelbohrungsstern 64 aufgesteuert, so daß das Hydraulikfiuid durch die vom Kolben 66 und dem Radialbohrungsstern 64 gebildete Regelblende der Druckwaage 18 (Fig. 1) hindurch in den Verbindungskanal 60 und weiter zum Anschluß A1 strömt.
    Das vom Verbraucher zurückströmende Fluid tritt vom Arbeitsanschluß B1 über den Verbindungskanal 62 und die zugeordnete Ringnut des Ventilschiebers 12 in den Ringraum 40 und von dort in den Tankkanal 58 und dann zum Tankanschluß T.
    Bei Bestromung des Elektromagneten 17 wird entsprechender Weise der Arbeitsanschluß B1 mit dem Pumpenanschuß P und der Arbeitsanschluß A1 mit dem Tankanschluß T verbunden.
    Durch die Druckwaage (Regelblende mit dem Radialbohrungsstern 64 und dem Kolben 66) wird der herrschende Systemdruck, d.h. der Druck in der Axialbohrung 32 auf den Lastdruck des angeschlossenen Verbrauchers abgedrosselt, so daß der Druckabfall über der Meßblende (Blendenbohrung 52, Ventilschieberabschnitt 54) konstant bleibt und somit ein lastdruckunabhängiger Volumenstrom gewährleistet ist. Da die Steuerfeder 70 eine sehr geringe Federrate hat, entspricht der Druck stromaufwärts des Kolbens 66 in erster Näherung etwa dem Lastdruck am Arbeitsanschluß A1 (B1)
    Für den Fall, daß der Systemdruck (Lastdruck) größer als der im Federraum für die Steuerfeder 70 herrschende Steuerdruck ist, wird der Kolben 66 soweit nach links bewegt, bis die Radialdrosselbohrung 74 von der als Anschlag für den Radialbund 68 wirkenden Axialbohrungsschulter aufgesteuert wird, so daß der höhere Druck stromaufwärts des Kolbens 66 auch auf die Federseite des Kolbens 66 und damit auch in den Federraum der Druckfeder 28 übertragen wird. Auf diese Weise wirkt der Kolben 66 praktisch als Wechselventil, durch das sichergestellt ist, daß der jeweils höchste Lastdruck in den Lastmeldekanälen 50, 51 und damit am Steueranschluß LS anliegt.
    Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist im Arbeitsanschluß A1 ein Rückschlagventil 8 vorgesehen. Dieses Rückschlagventil wurde in der parallelen Anmeldung 196... (11MA7196) der Anmelderin beschrieben, so daß hinsichtlich konstruktiver Details auf diese Anmeldung verwiesen wird, deren Offenbarung zur vorliegenden Anmeldung zu zählen ist.
    Bei dem in Fig. 1 dargestellten Rückschlagventil 8 handelt es sich um ein Rückschlagventil mit Voröffnung, wobei der Voröffnungskegel 78 direkt mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist. Durch Bestromung dieses Elektromagneten läßt sich das Rückschlagventil 8 entsperren, so daß der Hauptkegel 76 bei einer Durchströmung vom Verbraucher zum Arbeitsanschluß A1 hin von seinem Ventilsitz abhebt und somit eine Rückströmung zum Tank T ermöglicht. Das Rückschlagventil 8 ist mit einem um die Ventillängsachse verschwenkbar Radialanschluß 80 versehen, der eine äußerst flexible Anpassung an die Anschlußbedingungen der Ventilanordnung 1 erlaubt. Das Rückschlagventil 10 (Anschluß A1) hat den gleichen Aufbau.
    In Fig. 3 ist schematisch ein Schaltplan der wesentlichen Elemente der Ventilanordnung aus Fig. 1 dargestellt.
    Demgemäß sind in der Ventilplatte 2 zwei Ventilgruppen, jeweils bestehend aus den stetig verstellbaren Wegeventilen 4, 6 und den diesen zugeordneten Druckwaagen 16, 18 ausgebildet. Die Wegeventilschieber werden jeweils durch die beiden Druckfedern 28, 30 und den Steuerdruck (Lastmeldedruck) im Lastmeldekanal 50 in ihre Grundposition vorgespannt. Bei Bestromung beispielsweise des Elektromagneten 30 wird der entsprechende Wegeventilschieber in der Darstellung nach Fig. 3 nach links verschoben, so daß der am Pumpenanschluß P anliegende Druck zur Druckwaage 16 geleitet wird. Der Eingangsdruck der Druckwaage 16 (Druck nach der Meßblende des Wegeventils 4) wird an die in Fig. 3 rechte Steuerseite der Druckwaage 16 gelegt, während an der linken Steuerseite der Lastmeldedruck anliegt. Dadurch wird der Kolben 66 nach links (Fig. 2) geschoben, so daß die Regelblende (Mantelbohrungsstern 64, Kolben 66) aufgesteuert und das Hydraulikfluid über das Wegeventil 4 zum Arbeitsanschluß A1 geleitet wird.
    In dieser Stellung des Ventilschiebers 12 wird das Hydraulikfluid unter Umgehung der Druckwaage vom Verbraucher über den Anschluß B1 und das Wegeventil 4 zum Tankanschluß T geleitet. Beim weiteren Ansteigen des Drucks am Eingang der Druckwaage 16 wird der Kolben 66 weiter nach links geschoben, bis die Verbindungsbohrung (72, 74) aufgesteuert und der Eingangsdruck der Druckwaage in den Lastmeldekanal 50 eingespeist wird, so daß dieser Druck nun in der Folge als Steuerdruck wirkt. In Fig. 3 sind der Einfachheit halber die Rückschlagventile 8, 10 weggelassen.
    Die vorher beschriebenen Ventilanordnungen lassen sich beispielsweise als Hubwerksventile für Konstantstromanlagen (Konstantpumpe) mit einfach- und doppeltwirkenden Hubwerkzylindern oder für Hubwerkventile für druck-/förderstromgeregelte Systeme oder, noch allgemeiner, für Wegeventile in Load-Sensing-Systemen verwenden, wie sie beispielsweise bei Hubstaplern, Traktoren und Landmaschinen Anwendung finden. Die erfindungsgemäß Lösung zeichnet sich durch einen sehr einfachen und kompakten Aufbau aus, wobei insbesondere die Baulänge auf ein Minimum reduziert wird, da ein wesentlicher Teil der Druckwaage und der Lastdruckmeldeleitung in den Hohlschieber integriert werden kann.
    Offenbart ist eine Ventilanordnung zur Druck- und Volumenstrom angepaßten Versorgung zumindest eines Verbrauchers, der über zwei Arbeitsanschlüsse eines stetig verstellbaren Wegeventils mit Hydraulikfluid versorgbar oder mit einem Tank verbindbar ist. Den beiden Arbeitsanschlüssen der Ventilanordnung ist eine gemeinsame Druckwaage zugeordnet, deren Kolben in einer Axialbohrung des Wegeventilschiebers axial verschiebbar geführt ist, so daß bei geeigneter Ansteuerung des Wegeventils wahlweise einer der beiden Arbeitsanschlüsse mit dem Pumpenanschluß verbindbar ist. An beiden Stirnseiten des Wegeventilschiebers und an der Federseite des Druckwaagen-Kolbens wirkt jeweils ein Steuerdruck, der beispielsweise dem höchsten Systemlastdruck, dem Individuallastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck entspricht.

    Claims (10)

    1. Ventilanordnung zur Druck- und Volumenstrom angepaßten Versorgung zumindest eines Verbrauchers, der über zwei Arbeitsanschlüsse (A1, B1, A2, B2) eines stetig verstellbaren Wegeventils (4, 6) mit Hydraulikfluid versorgbar oder mit einem Tank T verbindbar ist, wobei dem Wegeventil (4, 6) eine Druckwaage (16, 18) zugeordnet ist, deren Kolben (66) in Öffnungsrichtung durch den Druck stromabwärts einer durch das Wegeventil (4, 6) ausgebildeten Meßblende (19) und in Schließrichtung durch eine Steuerfeder (70) und einen Steuerdruck beaufschlagt ist,
          dadurch gekennzeichnet,    daß ein Ventilschieber (12) des Wegeventils (4, 6) ein Hohlschieber ist, in dem der Kolben (66) der Druckwaage (16, 18) geführt ist, durch dessen Axialbewegung eine Mantelbohrung (64) des Ventilschiebers (12) derart aufsteuerbar ist, daß je nach Ventilschieberstellung wahlweise eine Verbindung zu einem der beiden Arbeitsanschlüsse (A1, B1, A2, B2) durch die Mantelborung (64) herstellbar ist.
    2. Ventilanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerseiten des Ventilschiebers (12) mit dem Steuerdruck beaufschlagt sind.
    3. Ventilanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (66) eine Verbindungsbohrung (72, 74) hat, über die bei einer vorbestimmten Axialverschiebung des Kolbens (66) die Kolbenstirnseite mit dem Kolbenfederraum verbindbar ist.
    4. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende (19) durch eine Blendenbohrung (52) und einen Kolbenabschnitt (54) am Außenumfang des Ventilschiebers (12) gebildet ist und stromabwärts der Meßblende (19) eine in eine Axialbohrung (32) des Ventilschiebers mündende Eingangsbohrung (57) ausgebildet ist, über die die Stirnseite des Kolbens (66) mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist.
    5. Ventilanordnung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (66) mit einem Radialbund (68) gegen eine Schulter der Axialbohrung (32) vorgespannt ist, wobei die Schulter als Steuerkante zum Aufsteuern der Verbindungsbohrung (72, 74) wirkt.
    6. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Federseite des Kolbens (66) benachbarte Ventilschieber-Stirnseite (22, 34, 26) mit einem Steuerdurchlaß versehen ist, über den der Steuerdruck an dieser Ventilschieber-Stirnseite (22) zur Kolbenfederseite führbar ist.
    7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck ein individueller Lastdruck des Verbrauchers ist.
    8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche mit zwei elektrisch betätigten Wegeventilen (4,6), denen jeweils eine Druckwaage (16, 18) zugeordnet ist, wobei im Ventilgehäuse (2) ein gemeinsamer Pumpenanschluß P, ein gemeinsamer Tankanschluß T und ein gemeinsamer Steuerdruckanschluß LS ausgebildet sind, sowie jedem Wegeventil (4, 6) zumindest zwei Arbeitsanschlüsse (A1, B1, A2, B2) zugeordnet sind und die Stirnseiten der Wegeventilschieber (12) mit dem gleichen Steuerdruck beaufschlagt sind.
    9. Ventilanordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck der höchste Lastdruck ist.
    10. Ventilanordnung nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangsanschluß (A1, B1) ein elektrisch betätigbares Rückschlag-Einbauventil (8, 10) eingeschraubt ist.
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