DE10121924A1 - Hydraulische Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit und Wegeventil dafür - Google Patents
Hydraulische Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit und Wegeventil dafürInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden Hydrozylinders mit einem proportional verstellbaren Wegeventil, das in einem Ventilgehäuse eine Kolbenbohrung mit einer mittleren Zulaufkammer, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern und üblicherweise zwei Ablaufkammern aufweist. Ein Steuerkolben ist in der Kolbenbohrung durch eine willkürlich vorgegebene Ansteuerkraft von einer Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine zweite Richtung verschiebbar. Mit dem Steuerkolben wirkt ein Meßkolben derart zusammen, daß durch eine Druckbeaufschlagung des Meßkolbens und bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung eine gegen die Ansteuerkraft gerichtete Kompensationskraft auf den Steuerkolben ausübbar ist. DOLLAR A Eine bekannte derartige Steueranordnung dient zur Steuerung eines doppelwirkenden Hydrozylinders. Durch den Meßkolben wird bei vorgegebener auf den Steuerkolben wirkender Ansteuerkraft mit steigendem Lastdruck des Hydrozylinders dessen Geschwindigkeit verringert. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die skizzierte hydraulische Steueranordnung so weiterzuentwickeln, daß auch bei einem einfachwirkenden Hydrozylinder mit einfachen Mitteln ein starker Anstieg der Senkgeschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers mit zunehmendem Lastdruck vermieden wird. DOLLAR A Das angestrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Meßkolben bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung ...
Description
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung, die zur Steue
rung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers, insbesondere eines
einfachwirkenden Hydrozylinders, hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit vor
gesehen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf
weist.
Eine solche hydraulische Steueranordnung ist zum Beispiel aus der DE 196 31 803
bekannt und umfaßt ein Wegeventil, das in einem Ventilgehäuse eine Kol
benbohrung mit einer mittleren Zulaufkammer, der Druckmittel von einer Druck
mittelquelle zuführbar ist, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern und eine
Ablaufkammer, über die Druckmittel zu einem Tank abführbar ist, hat. Üblicher
weise sind zwei Ablaufkammern vorhanden. Das Wegeventil besitzt außerdem ei
nen Steuerkolben, der durch eine willkürlich vorgegebene Ansteuerkraft von einer
Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine dazu entgegengesetzte zweite
Richtung verschiebbar ist und der mit ersten Feinsteuernuten zum Aufsteuern ei
ner Verbindung zwischen der Zulaufkammer und einer ersten der beiden Verbrau
cherkammern bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in eine erste Richtung
und mit zweiten Feinsteuernuten zum Aufsteuern der Verbindung zwischen der
ersten Verbraucherkammer und der Ablaufkammer bei einer Verschiebung aus
der Mittelstellung in die zweite Richtung versehen ist. Mit dem Steuerkolben wir
ken vom Lastdruck beaufschlagbare Meßkolben derart zusammen, daß bei einer
Verschiebung des Steuerkolbens aus der Mittelstellung eine der Ansteuerkraft
entgegengerichtete und mit zunehmendem Lastdruck zunehmende Kompensati
onskraft auf den Steuerkolben ausübbar ist.
Die bekannte hydraulische Steueranordnung dient zur Steuerung eines doppelt
wirkenden hydraulischen Verbrauchers, zum Beispiel eines Differentialzylinders
und ist eine sogenannte Load-Sensing-Steuerung. Hier wird eine Verstellpumpe
oder die im Bypass zu einer Konstantpumpe geschaltete Druckwaage derart gere
gelt, daß sich in einer Pumpenleitung, in die die Pumpe fördert, ein Pumpendruck
einstellt, der um eine bestimmte Druckdifferenz, das sogenannte Pumpen-Δp, über
dem höchsten Lastdruck aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher
liegt. Das Druckmittel fließt über proportional verstellbare und durch Steuernuten
am Steuerkolben gebildete Zumeßblenden dem einen oder dem anderen An
schluß des hydraulischen Verbrauchers zu. Damit nicht nur die dem lastdruck
höchsten, sondern auch die den anderen gleichzeitig angesteuerten hydraulischen
Verbrauchern zufließende Druckmittelmenge lastdruckunabhängig nur von dem
Durchflußquerschnitt der Zumeßblende abhängt, ist den beiden Zumeßblenden
eines hydraulischen Verbrauchers eine sogenannte Individualdruckwaage vorge
schaltet, deren Regelkolben in Schließrichtung von dem Druck vor den Zumeß
blenden und in Öffnungsrichtung vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen
Verbrauchers und von einer Regelfeder beaufschlagt ist. Die Druckwaage hält ei
ne dem Druckäquivalent der Regelfeder entsprechende Druckdifferenz über die
gerade aktive Zumeßblende aufrecht.
Durch die mit dem Steuerkolben zusammenwirkenden Meßkolben wird nun er
reicht, daß der Durchflußquerschnitt einer Zumeßblende bei einer vorgegebenen
auf den Steuerkolben wirkenden Ansteuerkraft um so kleiner ist, je höher der
Lastdruck ist. Da die Druckwaage eine konstante Druckdifferenz über die Zumeß
blende aufrechterhält, wird die dem hydraulischen Verbraucher zufließende
Druckmittelmenge und damit die Geschwindigkeit, mit der sich der hydraulische
Verbraucher bewegt, mit zunehmendem Lastdruck kleiner. Letztendlich vermögen
in Abhängigkeit von der Ansteuerkraft verschieden hohe Lastdrücke die Zumeß
blende ganz zu schließen, so daß der Lastdruck nicht weiter ansteigen kann. Die
auf diese Weise mögliche Momenten- oder Kraftsteuerung des hydraulischen Ver
brauchers ist bisher der wesentliche Grund für das Vorsehen der Meßkolben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit
den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwic
keln, daß auch bei einem einfachwirkenden hydraulischen Verbraucher, insbeson
dere bei einem einfachwirkenden Hydrozylinder, bei einer vorgegebenen auf den
Steuerkolben wirkenden Ansteuerkraft mit einfachen Mitteln ein starker Anstieg
der Senkgeschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers mit zunehmendem
Lastdruck vermieden wird.
Das angestrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei der hydrau
lischen Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 der Meßkolben bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite
Richtung von dem in der ersten Verbraucherkammer herrschenden Druck beauf
schlagbar ist. Es wird also der Meßkolben, der bei der Verwendung des Wege
ventils für die Betätigung eines doppeltwirkenden hydraulischen Verbrauchers mit
dem in der zweiten Verbraucherkammer anstehenden Lastdruck beaufschlagt
wird, beim Senken mit der ersten Verbraucherkammer verbunden und damit beim
Senken mit dem Lastdruck beaufschlagt. Die dadurch erzeugte Kompensations
kraft steigt mit zunehmendem Lastdruck an und verschiebt den Steuerkolben im
Sinne einer Verkleinerung des Durchflußquerschnitts von der ersten Verbraucher
kammer zur Ablaufkammer. Auf diese Weise kann eine durch einen zunehmenden
Lastdruck zunehmende Druckdifferenz über den Durchflußquerschnitt durch des
sen Verkleinerung teilweise oder ganz oder sogar überkompensiert und damit die
Senkgeschwindigkeit begrenzt werden. Dies geschieht auf wesentlich einfachere
Weise als zum Beispiel mit einer Druckwaage in einem von der Ablaufkammer
wegführenden Ablaufkanal.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuer
anordnung kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Grundsätzlich ist es denkbar, zwischen der ersten Verbraucherkammer und der
zweiten Verbraucherkammer, von der aus der Meßkolben vorteilhafterweise ge
mäß Patentanspruch 2 mit Lastdruck beaufschlagt wird, eine fluidische Verbin
dung außerhalb des Ventilgehäuses zu schaffen. Besonders bevorzugt wird je
doch die einfache Lösung gemäß Patentanspruch 3, wonach die fluidische Ver
bindung zwischen der ersten Verbraucherkammer und der zweiten Verbraucher
kammer ganz innerhalb des Ventilgehäuses besteht. Der Aufwand für die Verbin
dung ist bei den Ausbildungen gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 besonders
gering.
Gemäß Patentanspruch 6 weist der Steuerkolben eine der Meldung des Lastdruc
kes des hydraulischen Verbrauchers dienende Axialbohrung auf, die bei einer
Verschiebung des Steuerkolbens in die erste Richtung über eine erste Querboh
rung zu der ersten Verbraucherkammer und bei einer Verschiebung des Steuer
kolbens in die zweite Richtung über eine zweite Querbohrung zu der zweiten Ver
braucherkammer geöffnet wird. Bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die
erste Richtung wird der Druck aus der Axialbohrung über eine dritte Querbohrung
in eine Lastmeldekammer gegeben. Der Meßkolben ist in dem Steuerkolben ge
führt und im Innern des Steuerkolbens dem in der Axialbohrung anstehenden
Druck ausgesetzt und außen an einem Anschlag des Ventilgehäuses abstützbar.
Diese an sich zum Beispiel aus der DE 196 31 803 bekannte Gestaltung kann
somit aufgrund der fluidischen Verbindung der zweiten Verbraucherkammer mit
der ersten Verbraucherkammer ohne weiteres beibehalten werden, um den Meß
kolben bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung mit dem
in der ersten Verbraucherkammer anstehenden Druck zu beaufschlagen.
Beim Absenken des hydraulischen Verbrauchers wird für diesen kein Druckmittel
von der Hydropumpe benötigt. Damit diese nicht durch den Lastdruck des hydrau
lischen Verbrauchers aufgeregelt wird, ist gemäß Patentanspruch 7 bei einer Ver
schiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung die Axialbohrung von der
Lastmeldekammer getrennt. Vorteilhafterweise erreicht man dies durch die Aus
gestaltung gemäß Patentanspruch 8.
Die Erfindung ist auch in einem Wegeventil gemäß Patentanspruch 9 verkörpert,
das die wegeventilspezifischen Merkmale aus den Patentansprüchen 1 bis 3 auf
weist und das gemäß den Patentansprüchen 4 bis 8 vorteilhaft ausgestaltet wer
den kann.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranord
nung mit einem erfindungsgemäßen Wegeventil ist in den Zeichnungen darge
stellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher er
läutert.
Es zeigen
Fig. 1 die hydraulische Steueranordnung einschließlich des Wegeventils als
Schaltbild,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Wegeventil mit dem Steuerkolben in der
Mittelstellung und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Wegeventil mit dem Steuerkolben nach einer
Verschiebung im Sinne eines Ablaufs von Druckmittel aus dem
hydraulischen Verbraucher.
Nach Fig. 1 können von einer Verstellpumpe 10 über einen Wegeventilblock 11
mehrere hydraulische Verbraucher mit Druckmittel, üblicherweise Mineralöl, ver
sorgt werden können. Im Schaltbild explizit dargestellt ist lediglich ein einfachwir
kender Hydrozylinder 12 und eine Wegeventilscheibe 13, mit der die Druckmittel
wege zwischen dem Hydrozylinder, der Verstellpumpe und einem Tank 14 steuer
bar sind. Die Verstellpumpe ist strombedarfsgesteuert und weist einen Load-
Sensing-Regler 15 auf, dem über einen Anschluß LS eines Eingangselements 16
der Wegeventilblocks 11 der höchste Lastdruck aller gleichzeitig angesteuerter
hydraulischer Verbraucher gemeldet wird. Die Verstellpumpe saugt Druckmittel
aus dem Tank 14 an und gibt es in eine zu einem Pumpenanschluß P des Ein
gangselements führende Druckleitung 17 ab. Sie fördert dabei jeweils soviel
Druckmittel, daß in der Druckleitung 17 ein um das Pumpen-Δp, das üblicherweise
auf einen Wert zwischen zehn und zwanzig bar eingestellt ist, über dem höchsten
Lastdruck liegender Pumpendruck erzeugt wird.
Die Wegeventilscheibe 13 umfaßt ein proportional verstellbares Wegeventil 20
und eine einer Zumeßblende 21 des Wegeventils vorgeschaltete Druckwaage 22,
die mit ihrem Eingang mit dem Pumpenanschluß P verbunden ist. Mit dem Wege
ventil und der Druckwaage kann der Hydrozylinder für das Ausfahren der Kolben
stange lastdruckunabhängig betätigt werden. Für die Wegefunktionen und die
Funktion der Zumeßblende geht durch ein Ventilgehäuse 30 eine Kolbenbohrung
31 hindurch, in der ein Steuerkolben 32 axial bewegbar ist. Die Länge des Steuer
kolbens 32 stimmt mit der Länge der Kolbenbohrung 31 von der einen Stirnseite
33 bis zur anderen Stirnseite 34 des Ventilgehäuses 30 überein. Die Kolbenboh
rung 31 ist von fünf axial voneinander beabstandeten Steuerkammern umgeben.
Drei davon dienen dem Zufluß von Druckmittel zu und dem Abfluß von Druckmittel
aus dem Hydrozylinder 12. Die fluidischen Verbindungen unter den drei Steuer
kammern werden von dem Steuerkolben 32 gesteuert. Es sind jedoch fünf Steuer
kammern vorhanden, weil ein auch für die Steuerung von doppeltwirkenden hy
draulischen Verbrauchern gegossenes Ventilgehäuse verwendet wird. Die mittlere
Steuerkammer 35 der fünf Steuerkammern ist die Zulaufkammer. Dieser strömt
Druckmittel über einen Kanal 36 von der auch in Fig. 2 nur schaltbildmäßig dar
gestellten Druckwaage 22 her zu. Beidseits der Zulaufkammer befindet sich je
weils eine Verbraucherkammer 38 bzw. 39, von denen jede mit einer am Ende ei
nes Verbraucherkanals 40 bzw. 41 befindlichen Verbraucheranschlußgewindeboh
rung 42 bzw. 43 der Ventilscheibe verbunden ist. Die beiden Verbraucherkanäle
40 und 41 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Kol
benbohrung 31. Auf jede Verbraucherkammer 38 bzw. 39 folgt noch eine Ablauf
kammer 44 bzw. 45, die zu einem von zwei durch das Ventilgehäuse 30 hindurch
gehenden Tankkanälen 46 offen ist.
Der Steuerkolben 32 nimmt aufgrund von zwei Zentrierfedern 47, die in an den
Stirnseiten 33 und 34 des Ventilgehäuses 30 befestigten und die Kolbenbohrung
31 nach außen verschließenden Deckeln 48 untergebracht sind, eine Mittelstel
lung ein, aus der er in eine erste Richtung und eine dazu entgegengesetzte zweite
Richtung stetig verstellt werden kann. Bei maximalem Hub schlägt er jeweils an
einem verstellbaren Hubbegrenzer 49 an. Der Steuerkolben 32 besitzt einen Kol
benhals 57, der in der Mittelstellung zur Zulaufkammer 35 zentriert ist. Die beiden
Kolbenbunde 58 und 59 beidseits des Kolbenhalses 57 sind so lang, daß sich in
der Mittelstellung des Steuerkolbens ihre eine Stirnseite in einem Abstand von der
Zulaufkammer 35 und ihre andere Stirnseite in der Ablaufkammer 44 bzw. 45 be
findet. Der Kolbenbund 58 hat Steuernuten 60, die an der der Zulaufkammer 35
zugekehrten Stirnseite axial offen sind, und Steuernuten 61, die an der der Ablauf
kammer 44 zugekehrten Stirnseite axial offen sind. In der Mittelstellung des Steu
erkolbens 32 sind die Steuernuten 60 und 61 von dem zwischen den Steuerkam
mern 35 und 44 befindlichen Gehäusesteg überdeckt, so daß über die Steuernu
ten keine offene fluidische Verbindung zwischen einzelnen Steuerkammern be
steht. Der Kolbenbund 59 besitzt keine Steuernuten und trennt die Verbraucher
kammer 39 in jeder Stellung des Steuerkolbens sowohl von der Zulaufkammer 35
als auch von der Ablaufkammer 45. Auf den Kolbenbund 59 folgt nach einem kur
zen weiteren Hals ein weiterer Kolbenbund, der den Federraum in dem einen
Deckel 48 gegen die Ablaufkammer 45 abdichtet.
Der Abstand zwischen der Ablaufkammer 44 und der Stirnseite 33 des Ventilge
häuses 30 ist größer als der Abstand zwischen der Ablaufkammer 45 und der
Stirnseite 34. Zwischen der Ablaufkammer 44 und der Stirnseite 33 befinden sich
in der Kolbenbohrung 31 drei axial voneinander beabstandete Kammern 63, 64
und 65, wobei die mittlere dieser drei Kammern als Lastmeldekammer 64 be
zeichnet sei. Die Kammer 65 ist vorliegend ohne jede Funktion. In der in der Fig.
2 gezeigten Mittelstellung des Steuerkolbens 32 reicht ein Kolbenabschnitt 67 von
der Stirnseite 33 des Ventilgehäuses 30 aus bis in den Bereich des Gehäusesteges
zwischen der Kammer 63 und der Ablaufkammer 44. In diesen Kolbenab
schnitt ist eine flache Ringnut 69 eingedreht, über die in der gezeigten Mittelstel
lung des Steuerkolbens 32 die Lastmeldekammer 64 mit der Kammer 63 verbun
den ist. Außerdem besitzt der Kolbenabschnitt 67 an einer der Ablaufkammer 44
zugekehrten Außenkante eines Kolbenbundes 71, der sich zwischen der Ringnut
69 und einem Kolbenhals im Bereich der Ablaufkammer 44 befindet, eine Einker
bung 70, die die wirksame Breite des Kolbenbundes 71 kleiner als die Breite der
Kammer 63 macht und durch die die Kammer 63 und die Ablaufkammer 44 mit ei
nem kleinen Öffnungsquerschnitt zueinander offen sind, wenn sich der Steuerkol
ben 32 in seiner Mittelstellung befindet. Erst nach einem bestimmten Weg des
Steuerkolbens aus seiner Mittelstellung heraus in die zweite Richtung wird diese
fluidische Verbindung zwischen der Ablaufkammer 44 und der Kammer 63 und
damit der Kammer 64 verschlossen. Auch bei einer Verstellung des Steuerkolbens
32 aus der Mittelstellung in die erste Richtung wird erst nach einem bestimmten
Hub die fluidische Verbindung zwischen der Kammer 64 über die Kammer 63 zur
Ablaufkammer 44 unterbrochen, indem der Kolbenbund 71 in den Bereich des
Gehäusesteges zwischen den beiden Kammern 63 und 64 gelangt. Die Ringnut
69 ist nur so breit, daß sie nach einem kurzen Anfangshub des Steuerkolbens 32
in die zweite Richtung aus dem Bereich der Lastmeldekammer 64 herauskommt
und von dieser getrennt ist. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens aus der Mit
telstellung in die erste Richtung bleibt die fluidische Verbindung zwischen der
Ringnut 69 und der Lastmeldekammer 64 über den gesamten Hub des Steuerkol
bens erhalten.
Durch den gesamten Steuerkolben 32 hindurch verläuft eine Axialbohrung 74, die
von zwei Querbohrungen 75 und 76 gekreuzt wird, von denen sich die Querboh
rung 75 im Kolbenbund 58 und die Querbohrung 76 im Kolbenbund 59 des Steu
erkolbens 32 jeweils an einer solchen Stelle befindet, daß sie in der Mittelstellung
des Steuerkolbens von der Wand der Kolbenbohrung 31 überdeckt ist. Bei einer
Bewegung des Steuerkolbens 32 aus der Mittelstellung heraus in die erste Rich
tung wird die Querbohrung 75 zur Verbraucherkammer 38 hin und bei einer Bewegung
des Steuerkolbens in die zweite Richtung die Querbohrung 76 zur Ver
braucherkammer 39 hin offen. Über eine weitere Querbohrung 77, die im Bereich
der Ringnut 69 bis zur Axialbohrung 75 in den Steuerkolben 32 eingebracht ist, ist
die Axialbohrung zur Ringnut 69 offen.
Die Druckwaage 22 besitzt einen Regelkolben 23, der in nicht näher dargestellter
Weise in eine zur Kolbenbohrung 31 parallel verlaufende und von der Stirnseite 34
in das Ventilgehäuse 30 eingebrachte Sackbohrung eingesetzt ist. Der Ausgang
der Druckwaage ist über den Kanal 36 mit der Zulaufkammer 35 der Kolbenboh
rung 31 verbunden ist. Der Regelkolben 23 wird im Sinne einer Vergrößerung des
Durchflußquerschnitts der Druckwaage von dem in der Lastmeldekammer 64
herrschenden Druck, der bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die erste
Richtung gleich dem Lastdruck des Hydrozylinders 12 ist, und von einer Druckfe
der 78 beaufschlagt, deren Druckäquivalent im Bereich zwischen 10 und 20 bar
liegt. Im Sinne einer Verkleinerung des Durchflußquerschnitts wird der Regelkol
ben vom Druck in der Zulaufkammer 35 der Kolbenbohrung 31 beaufschlagt.
Zu beiden Enden des Steuerkolbens 32 hin ist die Axialbohrung 74 in einer Stufe
erweitert. In die jeweilige Erweiterung ist eine Buchse 79 bzw. 80 eingeschraubt,
in der ein Meßkolben 81 bzw. 82 in der Achse des Steuerkolbens beweglich ge
führt ist. Der Führungsdurchmesser der Meßkolben beträgt etwa ein Siebtel des
Durchmessers des Steuerkolbens, der die Fläche bestimmt, an der ein Steuer
druck auf den Steuerkolben wirkt. Mit seinem äußeren Ende können sich die Meß
kolben an den Hubbegrenzern 49 abstützen. An seinem Ende im Innern des Steu
erkolbens 32 hat jeder Meßkolben 80 ein Kopf, durch den er unverlierbar in der
eingeschraubten Buchse gehalten ist und der den Meßkolben in der Mittelstellung
des Steuerkolbens und bei dessen Bewegung in die eine Richtung im Abstand zu
dem jeweiligen Hubbegrenzer hält.
Wie schon erwähnt, sind in der Mittelstellung des Steuerkolbens 32 die Steuernu
ten 60 und 61 an dem Kolbenbund 58 überdeckt, so daß über sie keine fluidische
Verbindung zwischen den Steuerkammern besteht. Wird der Steuerkolben 32
durch Beaufschlagung des Federraums in einem Deckel 48 mit einem Steuerdruck
aus seiner Mittelstellung weit genug in die erste Richtung verschoben, so wird zu
nächst nach kurzem Anfangshub die Querbohrung 75 zur Verbraucherkammer 38
geöffnet und dann über die Steuernuten 60 am Kolbenbund 58 ein Durchflußquer
schnitt zwischen der Zulaufkammer 35 und der Verbraucherkammer 38 aufge
macht, wobei sich der Durchflußquerschnitt mit zunehmendem Hub des Steuer
kolbens vergrößert. Dem Hydrozylinder 12 fließt über den Verbraucherkanal 40
und den Anschluß 42 des Ventilgehäuses 30 Druckmittel zu. Der Lastdruck des
Hydrozylinders 12 steht über die Querbohrung 75, über die Axialbohrung 74 und
über die Querbohrung 77 in der Lastmeldekammer 64 und damit an der einen
Seite der Druckwaage 22 an und wird außerdem, sofern er dar höchste Lastdruck
ist, über ein aus Fig. 1 ersichtliches Wechselventil 83 an den Pumpenregler 15
gemeldet. Durch den Durchflußquerschnitt an den Steuernuten 60 des Kolben
bunds 58 ist die Zumeßblende 21 aus Fig. 1 realisiert, über die eine Druckdiffe
renz abfällt, die durch die Druckwaage 22 konstant gehalten wird und die dem
Druckäquivalent der Druckfeder 78 entspricht. Die dem hydraulischen Verbraucher
zufließende Druckmittelmenge wird somit nur noch vom Durchflußquerschnitt der
Zumeßblende bestimmt.
Allerdings wird dieser Durchflußquerschnitt für das dem hydraulischen Verbrau
cher zufließende Druckmittel auch vom Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers
beeinflußt. Der Lastdruck beaufschlagt nämlich die beiden Meßkolben 81 und 82,
von denen sich nach einer Verschiebung des Steuerkolbens 32 in die erste Rich
tung über einen Anfangshub hinaus der Meßkolben 81 am entsprechenden Hub
begrenzer 49 abstützt, während der Meßkolben 82 mit seinem Kopf an der Buchse
79 anliegt. Der Lastdruck erzeugt deshalb am Steuerkolben 32 eine in die zweite
Richtung und damit gegen die durch den Steuerdruck erzeugte Ansteuerkraft ge
richtete Kraft. Die Fläche, an der der Steuerdruck wirkt ist dabei etwa vierzig mal
so groß wie die Fläche, an der der Lastdruck angreift. Die vom Lastdruck erzeugte
Kraft ist um so größer, je höher der Lastdruck ist, so daß sich bei einem bestimmten
Steuerdruck eine vom Lastdruck abhängige Stellung des Steuerkolbens 32 er
gibt. Der Abstand dieser Stellung von der Mittelstellung und damit die Zumeßblen
de ist um so kleiner, je höher der Lastdruck ist.
Zur Verschiebung des Steuerkolbens 32 aus seiner Mittelstellung wird ein Feder
raum in einem der beiden Deckel 48 mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Dazu
dienen zwei elektromagnetisch betätigbare Pilotventile 84 und 85, die in nicht nä
her dargestellter Weise an der Ventilscheibe 13 sitzen und die als proportional
verstellbare Druckreduzierventile ausgebildet sind. Auf einen maximalen Steuer
druck von z. B. 30 bar begrenzt, wird den beiden Pilotventilen 84 und 85 Steueröl
über einen Kanal 86 in der Ventilscheibe 13 zugeführt, während Steueröl über ei
nen Kanal 87 abfließen kann.
Um Druckmittel aus dem einfachwirkenden Hydrozylinder 12 zum Tank abfließen
zu lassen, wird der Steuerkolben 32 durch Druckbeaufschlagung an seiner ande
ren Stirnseite in die zweite Richtung verstellt und dadurch über die Steuernuten 61
am Kolbenbund 58 ein Durchflußquerschnitt zwischen der Verbraucherkammer 38
und der Ablaufkammer 44 geöffnet. Bei Vorgabe eines bestimmten Steuerdrucks,
mit dem der Steuerkolben beaufschlagt wird, soll die Senkgeschwindigkeit des hy
draulischen Verbrauchers mit zunehmendem Lastdruck weniger ansteigen als es
bei konstantem Durchflußquerschnitt durch die Zunahme der Druckdifferenz über
den Durchflußquerschnitt bedingt wäre. Zu diesem Zweck sind die beiden Ver
braucherkanäle 40 und 41 und damit die beiden Verbraucherkammern 38 und 39
über eine Bohrung 90 fluidisch miteinander verbunden, die parallel zu der Ventil
bohrung 31 verläuft und die durch eine Stufenbohrung 91 des Ventilgehäuses 30
in dieses eingebracht werden kann, die der Aufnahme eines zwischen dem Ver
braucherkanal 40 und einem Tankkanal 46 angeordneten Sekundärdruckbegren
zungs- und Nachsaugventils 92 dient bzw., da der hydraulische Verbraucher ein
fachwirkend ist, durch einen Stopfen 93 verschlossen ist. Da nur Steueröl durch
die Verbindungsbohrung 90 fließt, kann deren Durchmesser klein sein. An sich
kann der Fluidpfad zur Anbindung der Verbraucherkammer 39 an den Druckmittelweg
zwischen der Verbraucherkammer 38 und dem hydraulischen Verbraucher
auch außerhalb des Ventilgehäuses 30 liegen und über den Anschluß 43 führen.
Die Verbindung innerhalb des Ventilgehäuses erscheint jedoch wesentlich einfa
cher. Der Anschluß 43 ist dann durch einen Stopfen 94 verschlossen.
Bei einer Verstellung des Steuerkolbens 32 in die zweite Richtung wird nach ei
nem kurzen Anfangshub die Querbohrung 76 zu der Verbraucherkammer 39 ge
öffnet, in der wegen der Verbindungsbohrung 91 der Lastdruck des Hydrozylinders
12 ansteht. Der Lastdruck wirkt sodann auch in der Axialbohrung 74 und beauf
schlagt die beiden Meßkolben 81 und 82, von denen sich der Meßkolben 82 am
Hubbegrenzer 49 und der Meßkolben 81 mit seinem Kopf am Steuerkolben 32 ab
stützt. Der Lastdruck erzeugt somit eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete
Kompensationskraft am Steuerkolben. Erst wenn die Ansteuerkraft die Summe
aus Kompensationskraft und Federkraft übersteigt, bewegt sich der Steuerkolben
über den Anfangshub hinaus. Jetzt erst, also nach Öffnung der Querbohrung 76,
öffnen die Steuernuten 61 einen Durchflußquerschnitt zwischen den beiden Steu
erkammern 38 und 44. Letztendlich nimmt der Steuerkolben eine Stellung ein, in
der zwischen der Ansteuerkraft einerseits und der Summe aus der Kompensati
onskraft und der Kraft der einen Zentrierfeder 47 ein Gleichgewicht herrscht. Der
Steuerkolben ist weniger weit aus der Mittelstellung verschoben als bei einem
Ventil ohne Kompensationskraft, in der der Steuerkolben bei einem vorgegebenen
Steuerdruck jeweils eine solche Stellung einnimmt, in der die Ansteuerkraft gleich
der Federkraft ist. Entsprechend ist der Durchflußquerschnitt zwischen der Ver
braucherkammer 38 und der Ablaufkammer 44 über die Steuernuten 61 kleiner.
Durch entsprechende Formgebung der Steuernuten kann erreicht werden, daß bei
vorgegebenem Steuerdruck und zunehmendem Lastdruck die Zunahme der
Druckdifferenz über den Durchflußquerschnitt durch eine Verringerung des Durch
flußquerschnitts weitgehend ausgeglichen wird.
Anstelle einer hydraulischen Betätigung des Steuerkolbens ist das Vorsehen eines
oder mehrerer Meßkolben grundsätzlich auch bei einer direkten Betätigung durch
Proportionalmagnete möglich.
Claims (9)
1. Hydraulische Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden
hydraulischen Verbrauchers, insbesondere eines einfachwirkenden Hydrozylin
ders (12), hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit
mit einem Wegeventil (20), das aufweist in einem Ventilgehäuse (30) eine Kolben bohrung (31) mit einer mittleren Zulaufkammer (35), der Druckmittel von einer Druckmittelquelle (10) zuführbar ist, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern (38, 39) und eine Ablaufkammer (44), über die Druckmittel zu einem Tank (14) abführbar ist, aufweist,
in der Kolbenbohrung (31) einen Steuerkolben (32), der durch eine willkürlich vor gegebene Ansteuerkraft von einer Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine dazu entgegengesetzte zweite Richtung verschiebbar ist und der erste Steuernu ten (60) zum Aufsteuern einer Verbindung zwischen der Zulaufkammer (35) und einer ersten Verbraucherkammer (38) bei einer Verschiebung aus der Mittelstel lung in eine erste Richtung und zweite Steuernuten (61) zum Aufsteuern der Ver bindung zwischen der ersten Verbraucherkammer (38) und der Ablaufkammer (443) bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in die zweite Richtung hat, und einen mit dem Steuerkolben (32) derart zusammenwirkenden Meßkolben (82), daß durch eine Druckbeaufschlagung des Meßkolbens (82) und bei einer Ver schiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete Kompensationskraft auf den Steuerkolben (32) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (82) bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung von dem in der ersten Verbraucher kammer (38) herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
mit einem Wegeventil (20), das aufweist in einem Ventilgehäuse (30) eine Kolben bohrung (31) mit einer mittleren Zulaufkammer (35), der Druckmittel von einer Druckmittelquelle (10) zuführbar ist, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern (38, 39) und eine Ablaufkammer (44), über die Druckmittel zu einem Tank (14) abführbar ist, aufweist,
in der Kolbenbohrung (31) einen Steuerkolben (32), der durch eine willkürlich vor gegebene Ansteuerkraft von einer Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine dazu entgegengesetzte zweite Richtung verschiebbar ist und der erste Steuernu ten (60) zum Aufsteuern einer Verbindung zwischen der Zulaufkammer (35) und einer ersten Verbraucherkammer (38) bei einer Verschiebung aus der Mittelstel lung in eine erste Richtung und zweite Steuernuten (61) zum Aufsteuern der Ver bindung zwischen der ersten Verbraucherkammer (38) und der Ablaufkammer (443) bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in die zweite Richtung hat, und einen mit dem Steuerkolben (32) derart zusammenwirkenden Meßkolben (82), daß durch eine Druckbeaufschlagung des Meßkolbens (82) und bei einer Ver schiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete Kompensationskraft auf den Steuerkolben (32) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (82) bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung von dem in der ersten Verbraucher kammer (38) herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
2. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein an eine Meßfläche des Meßkolbens (82) angrenzender Druckraum
(74) fluidisch mit der zweiten Verbraucherkammer (39) verbindbar ist und diese
fluidisch dauernd mit der ersten Verbraucherkammer (38) verbunden ist.
3. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die fluidische Verbindung zwischen der ersten Verbraucherkammer (38)
und der zweiten Verbraucherkammer (39) ganz innerhalb des Ventilgehäuses (30)
besteht.
4. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß innerhalb des Ventilgehäuses (30) zwei von den beiden Verbraucher
kammern (38, 39) ausgehende Verbraucherkanäle (40, 41) im wesentlichen senk
recht zur Kolbenbohrung (31) und parallel zueinander zu zwei Anschlußbereichen
(42, 43) des Ventilgehäuses (30) verlaufen und daß die Verbraucherkanäle (40,
41) durch einen im wesentlichen parallel zur Kolbenbohrung (31) verlaufenden
Verbindungskanal (90) miteinander verbunden sind.
5. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (30) eine Aufnahme (91) für ein Sekundär
druckbegrenzungsventil (92) aufweist und daß der Verbindungskanal (90) durch
die Aufnahme (91) hindurch für ein Bohrwerkzeug zugänglich ist.
6. Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkolben (32) eine der Meldung des
Lastdruckes des hydraulischen Verbrauchers (12) dienende Axialbohrung (74)
verläuft, die bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die erste Richtung
über eine erste Querbohrung (75) zu der ersten Verbraucherkammer (38) und bei
einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung über eine
zweite Querbohrung (76) zu der zweiten Verbraucherkammer (39) geöffnet wird,
daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die erste Richtung der
Druck aus der Axialbohrung (74) über eine dritte Querbohrung (77) in eine
Lastmeldekammer (64) gebbar ist und daß der Meßkolben (82) in dem Steuerkol
ben (32) geführt ist und im Innern des Steuerkolbens (32) dem in der Axialbohrung
(74) anstehenden Druck ausgesetzt und außen an einem Anschlag (49) des Ven
tilgehäuses (30) abstützbar ist.
7. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung die
Axialbohrung (74) von der Lastmeldekammer (64) trennbar ist.
8. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Steuerkolben (32) im Bereich der ersten Verbraucherkammer (38) ei
nen ersten Kolbenbund (58) mit ersten Steuernuten (60) und zweiten Steuernuten
(61), an den ersten Kolbenbund (58) anschließend im Bereich der Ablaufkammer
(44) einen erste Ringnut, daran anschließend einen weiteren Kolbenbund (71) und
daran anschließend eine weitere Ringnut (69) aufweist, in die die dritte Querboh
rung (77) mündet, daß, von der Ablaufkammer (44) durch einen Gehäusesteg ge
trennt, um die Kolbenbohrung (31) ein Ringraum (63) umläuft, dessen Breite grö
ßer als die wirksame Breite des weiteren Kolbenbundes (71) ist und dem nach ei
nem weiteren Gehäusesteg die Lastmeldekammer (64) folgt, daß der weitere Kol
benbund (71) und der Ringraum (63) derart zueinander liegen, daß die weitere
Ringnut (49) in der Mittelstellung des Steuerkolbens (32) über den Ringraum (63)
zur Ablaufkammer (44) offen, nach einem kurzen Weg des Steuerkolbens (32) aus
der Mittelstellung heraus durch den weiteren Kolbenbund (71) von Ablaufkammer
(44) getrennt ist, und daß die Breite der weiteren Ringnut (69) nur so groß ist, daß
bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung die weitere
Ringnut (32) durch den weiteren Gehäusesteg von der Lastmeldekammer (64)
getrennt wird.
9. Wegeventil mit den Merkmalen aus einem der Ansprüche 3 bis 8.
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