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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil zur Steuerung
eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden doppelt
wirkenden Arbeitszylinders, wobei das in Kolbenschieberbauweise
ausgebildete Steuerventil vier externe Anschlüsse mit zugeordneten, im Ventilgehäuse ausgebildeten
Ringkanälen,
nämlich
einen Pumpenanschluss P, einen Anschluss A für eine Zu- und Abfuhrleitung
zum großen
Hubraum des Arbeitszylinders, einen Anschluss B für eine Zu-
und Abfuhrleitung zum kleinen Hubraum des Arbeitszylinders sowie
einen zum Tank führenden
Tankanschluss T, aufweist und die Anschlüsse durch einen längsverschiebbar angeordneten,
mittels in diesem angeordneter Ausnehmungen ausgebildete Kolbenbunde
aufweisenden Steuerkolben über
entsprechende, über
den Umfang der Kolbenbunde verlaufende Steuerkanten freigegeben
beziehungsweise gesperrt werden, und wobei eine Einrichtung zur
Rückspeisung
des beim Ausfahren der Kolbenstange aus dem kleinen Hubraum des
Arbeitszylinders verdrängten
und zum Anschluss B des Steuerventils geführten Fluides in den großen Hubraum
des Arbeitszylinders vorgesehen ist.
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Ein
Steuerventil mit den vorgenannten Merkmalen ist in der
DE 30 00 260 C2 beschrieben.
Die daraus bekannte Ausbildung des Steuerventils soll ein Verfahren
des Kolbens des Arbeitszylinders mit Differentialwirkung, das heißt mit einer
schnellen Kolbenbewegung, ermöglichen,
indem eine Rückspeisung
des beim Arbeitshub des Differentialzylinders, das heißt beim
Ausfahren der Kolbenstange, aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders
verdrängten
Fluids in die vom Steuerventil zum großen Hubraum des Arbeitszylinders
führende
Leitung vorgesehen ist, so dass die Pumpe sowohl beim Arbeitshub des
Arbeitszylinders als auch bei dessen Rückhub mit einem Einfahren der
Kolbenstange jeweils nur die gleiche Fördermenge liefern muss. Da
zusätzlich beim
Rückhub
des Arbeitszylinders die aus dem großen Hubraum verdrängte Fluidmenge
größer ist
als die beim Arbeitshub des Arbeitszylinders aus dem kleinen Hubraum
verdrängte
Fluidmenge sind bei dem aus der
DE 30 00 260 C2 bekannten Steuerventil sechs
externe Anschlüsse
ausgebildet. Zusätzlich zu
den Standard-Anschlüssen
P, A, B, T eines Standard-Kolbenschieberventils ist an dem Gehäuse zunächst ein
zweiter externer Anschluss A2 ausgebildet, der über eine zusätzliche
ventilexterne Leitungsverbindung an die vom Anschluss A zum größeren Hubraum
des Arbeitszylinders führende
Zu- und Abfuhrleitung angeschlossen ist, um beim Arbeitshub des
Arbeitszylinders die aus dem kleinen Hubraum verdrängte Flüssigkeit
unter Umgehung der Pumpe rückspeisen
zu können.
Weiterhin ist ein zweiter externer Anschluss T2 vorgesehen, um den
beim Rückhub
des Arbeitszylinders aus dem großen Hubraum verdrängten Fluidstrom
aufteilen und über
das Steuerventil abführen
zu können.
Entsprechend weist das Steuerventil einen speziellen Steuerkolben
mit drei Kolbenbunden auf, da zur Steuerung der jeweiligen Anschlussverbindungen
mindestens fünf
Steuerkanten erforderlich sind.
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Mit
dem bekannten Steuerventil ist der wesentliche Nachteil verbunden,
dass das Steuerventil ein von der Standardausführung entsprechender Kolbenschieberventile
abweichendes Lochbild mit sechs externen Anschlüssen aufweist, sowie ferner
einen speziell dafür
ausgebildeten Steuerkolben. Nachteilig ist weiterhin die außerhalb
des Steuerventils zum Arbeitszylinder hin vorzusehende Leitungsverbindung. Insgesamt
sind somit Herstellung und Montage des bekannten Steuerventils in
Verbindung mit einem Differentialzylinder aufwendig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Steuerventil
so auszugestalten, dass die Standard-Ausführung eines Ventilgehäuses mit
lediglich vier externen Anschlüssen beibehalten
werden kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche
dieser Beschreibung nachgestellt sind.
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Die
Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass im Ventilgehäuse ein
fünfter
interner und bei einer zugeordneten Steuerstellung des Steuerkolbens
mit dem Anschluss B verbundener Ringkanal V ausgebildet ist, der über eine
im Ventilgehäuse ausgebildete
interne Brücke
mit dem zum Anschluss A gehörigen
Ringraum verbunden ist, und dass die die Verbindung der Anschlüsse A und
T herstellende Ausnehmung im Steuerkolben mindestens doppelt so
groß bemessen
ist wie die in der betreffenden Steuerstellung des Ventilkolbens
die Anschlüsse
P und A beziehungsweise B sowie B und V verbindenden Ausnehmungen.
Erfindungsgemäß erfolgt
somit die Einspeisung des aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders
verdrängten
Fluids in den zum Anschluss A gehörigen Ringraum, damit hinter
die zwischen den Anschlüssen
P und A wirksame Steuerkante des Steuerkolbens. Somit herrscht im
kleineren Hubraum des Arbeitszylinders im wesentlichen der gleiche
Druck wie in dessen großem
Hubraum.
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Mit
der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass durch die Anordnung
eines lediglich internen zusätzlichen
Ringkanals ohne dessen Verbindung nach außen und die ebenfalls ventilinterne
Verbindung dieses Ringkanals mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringkanal über die
ventilinterne Brücke ein
weiterer Gehäuseanschluss
vermieden ist. Der Notwendigkeit einer über das Steuerventil beim Rückhub des
Arbeitszylinders zum Tank zu führenden
Fluidmenge wird durch die entsprechend groß bemessene Ausnehmung im Steuerkolben
Rechnung getragen. Somit kann in vorteilhafter Weise das Standard-Lochbild
eines üblichen
Ventilgehäuses
mit vier externen Anschlüssen
verwendet werden, wobei gleichzeitig keine externen zusätzlichen
Leitungsverbindungen zwischen dem Steuerventil und dem Arbeitszylinder
beziehungsweise den dahin führenden Zu-
und Abfuhrleitungen erforderlich sind. Weiterhin kann ein im wesentlichen
standardmäßig ausgebildeter
Steuerkolben mit zwei Kolbenbunden verwendet werden, bei dem lediglich
eine äußere Ausnehmung eine
entsprechend größere Abmessung
erhalten muss. Ventilintern sind bei dem Ventilgehäuse lediglich
der fünfte
Ringkanal und die gehäuseinterne
Brücke
anzubringen. Insgesamt bedeuten insoweit die an einem Standardventil
in Kolbenschieberbauweise vorzunehmenden Änderungen im Vergleich zu den im
Stand der Technik beschriebenen Lösungen keinen erheblichen Mehraufwand.
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Bei
derartigen Steuerungen von Differentialzylindern tritt als zusätzliche
Forderung auf, zumindest am Ende des Arbeitshubes bei ausgefahrener Kolbenstange
die volle von der Pumpe zur Verfügung gestellte
Kraft nicht mehr zum Bewegen des Kolbens, sondern als Haltekraft
einzusetzen. Hierzu ist bei der in der
DE 30 00 260 C2 beschriebenen
Anordnung zusätzlich
in die zwischen dem Anschluss A2 des Steuerventils und der zum größeren Hubraum
des Arbeitszylinders führenden
Zu- und Abfuhrleitung verlaufende Verbindungsleitung ein Wegeventil
mit zwei Schaltstellungen eingeschaltet. Wenn sich die Kolbenstange
in der ausgefahrenen Stellung befindet, schaltet das Wegeventil
in eine Stellung um, in welcher die über das Steuerventil realisierte
Rückspeisungs-Verbindung
zwischen dem kleinen Hubraum und dem großen Hubraum des Arbeitszylinders unterbrochen
und nunmehr der kleine Hubraum des Arbeitszylinders unmittelbar
an den Tank angeschlossen ist. Bei einer solchen Schaltstellung
des Wegeventils wirkt dem an der großen Fläche des Kolbens des Arbeitszylinders
im großen
Hubraum wirkenden Druck kein Druck in dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders
mehr entgegen, so dass die Haltekraft gegenüber dem Zustand beim Ausfahren
der Kolbenstange jedenfalls bei symmetrischer Ausbildung des Arbeitszylinders
auf das Doppelte erhöht ist.
Mit dieser bekannten Ausführung
ist der Nachteil verbunden, dass das zusätzliche Wegeventil einen vermehrten
Aufwand bei der entsprechenden Ausgestaltung der Steuerung insgesamt
bedeutet, insbesondere auch deswegen, weil dieses Wegeventil auf die
gleiche Nenngröße ausgelegt
sein muss wie das der Hauptsteuerung des Arbeitszylinders dienende Steuerventil,
soweit in dem angesprochenen Funktionsfall des Anschlusses des kleinen
Hubraumes des Arbeitszylinders an den Tank der gleiche Durchlass an
Fluid über
das Wegeventil zu führen
ist, wie dies für
das Steuerventil gilt.
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Hierzu
ist es aus der
WO 98/01677 wie
auch der
WO 98/01678 jeweils
bekannt, das hydraulische Steuerventil zu modifizieren, indem ein
weiterer siebter externer Anschluss vorgesehen und der Ventilkolben
entsprechend mit sieben Steuerkanten ausgebildet ist. Gleichzeitig
ist eine weitere externe Verbindungsleitung vorgesehen. Bei dieser
Modifikation ist zwar das zusätzliche
Wegeventil entfallen, jedoch zeichnet sich das modifizierte Steuerventil
durch eine noch kompliziertere Ausgestaltung von Ventilgehäuse und
Steuerkolben aus. Nachteilig ist weiterhin, dass der Zeitpunkt des
Umschaltens zwischen der schnellen Kolbenbewegung und dem Aufbringen
der vollen Haltekraft von der konstruktiven Auslegung des Steuerkolbens
abhängig
ist.
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Insofern
sieht die Erfindung in einer besonderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prinzips
zur Beibehaltung von nur vier externen Anschlüssen vor, dass die vom fünften internen
Ringkanal V wegführende
gehäuseinterne
Brücke
sowohl an den zum Anschluss A gehörigen Ringraum als auch an
den zum Tankanschluss T gehörigen
Ringraum angeschlossen ist, wobei in eine hierzu zwischen der gehäuseinternen
Brücke
und dem zum Anschluss A gehörigen
Ringraum ausgestaltete Verbindungsbohrung ein ventilinternes Rückschlagventil mit
einer zum Anschluss A gerichteten Durchlassrichtung und in dem stromabwärts der
von der gehäuseinternen
Brücke
abgehenden Verbindungsbohrung zu dem zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum führenden
Abschnitt der gehäuseinternen
Brücke
ein extern ansteuerbares Sperrventil zum Öffnen und Schließen der
Verbindung von V nach T angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausgestaltung des Steuerventils ist nun einerseits weiterhin über den
fünften
Ringraum und die gehäuseinterne
Brücke
bei entsprechender Stellung des Steuerkolbens die der Rückspeisung
bei schneller Kolbenfahrt dienende Verbindung der externen Anschlüsse B und
A gegeben, wobei die Verbindung der ventilinternen Brücke zum Tankanschluss
T über
das ventilinterne Sperrventil gesperrt ist und das Rückschlagventil
die Verbindung von B über
V in Richtung nach A freigibt. Soll von schneller Kolbenfahrt auf
die volle Haltekraft umgeschaltet werden, so ist, wie beim Stand
der Technik auch, die Verbindung zwischen den Anschlüssen B und
T zu öffnen,
was durch die Umschaltung des ventilinternen Sperrventils von dessen
Sperrstellung in dessen Offenstellung geschieht, so dass nun der
Anschluss B über
V unmittelbar in den zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum entlastet. Da
die ventilinterne Brücke
an den Ringraum von T angeschlossen ist, bleibt die Verbindung zum
Tank von der Sperrung der Anschlüsse
A und T durch den zugehörigen Kolbenbund
des Ventilkolbens unberührt.
Mit dieser Modifikation des Steuerventils ist über die Vermeidung ventilexterner
zusätzlicher
Leitungsverbindungen und/oder Steuerventile hinaus der besondere Vorteil
verbunden, dass die Umschaltung von schneller Kolbenfahrt auf volle
Haltekraft zu jedem Zeitpunkt, dass heißt in jeder Stellung des Kolbens
des Arbeitszylinders möglich
ist, weil es lediglich der von extern zu bewirkenden Ansteuerung
des ventilinternen Sperrventils bedarf. Somit ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Steuerventils hinsichtlich des Zeitpunktes der vorgenannten
Umschaltung von der Bauweise des Steuerventils unabhängig.
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Vorzugsweise
ist dabei das ventilinterne Sperrventil ein elektrisch ansteuerbares
Sperrventil.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es
zeigen:
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1 ein
hydraulisches Steuerventil mit daran angeschlossenem Arbeitszylinder
in einer schematischen Darstellung,
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2 das
Steuerventil gemäß 1 in
einer anderen Ausführungsform
mit einer Umschaltmöglichkeit
von schneller Kolbenfahrt auf Erhöhung der Haltekraft,
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Die
vorstehende Zeichnung gibt lediglich die Ausgangsstellung für die nachstehende
Funktionserläuterung
ohne Rücksicht
auf die maßstäbliche Ausführung des
Steuerventils als Anhalt wieder, so dass die konstruktive Auslegung
und Wahl der Abmessungen von dem Durchschnittsfachmann in Kenntnis
der von der Erfindung gewollten Funktionszusammenhänge zu treffen
ist.
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Ein
sich zunächst
aus 1 ergebender Arbeitszylinder 10 weist
einen darin verschieblichen und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden
Kolben 11 mit einer Kolbenstange 12 auf. Der Kolben 11 unterteilt
den Arbeitszylinder 10 in einen großen Hubraum 13 und
einen kleinen Hubraum 14. Jeder Hubraum 13, 14 ist über eine
an ihm angeschlossene Zu- und zugleich Abfuhrleitung 15 beziehungsweise 16 für das Fluid
mit den Verbraucheranschlüssen
eines Steuerventils 20 verbunden, wobei dem Steuerventil 20 weiterhin
ein Tank 17 und eine Pumpe 18 zugeordnet sind.
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Insofern
sind an dem Ventilgehäuse 21 des Steuerventils 20 vier
Standard-Anschlüsse P, A,
B, T ausgebildet, wobei der Anschluss P mit der Pumpe 18,
der Anschluss A über
die Zu- und Abfuhrleitung 15 mit dem großen Hubraum 13 des
Arbeitszylinders 10 und der Anschluss B über die
Zu- und Abfuhrleitung 16 mit dem kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Dem Tankanschluss T
ist der Tank 17 zugeordnet. Im Inneren des Ventilgehäuses 21 sind
den einzelnen, vorgenannten Gehäuseanschlüssen jeweils
Ringräume
zugeordnet, und zwar ein Ringraum 22 für den Anschluss P, ein Ringraum 23 für den Anschluss
A, ein Ringraum 24 für den
Anschluss B und ein Ringraum 25 für den Anschluss T.
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In
der zugeordneten Bohrung des Ventilgehäuses 21 des Steuerventils 20 ist
ein Steuerkolben 26 verschiebbar, der zwei Kolbenbunde 27 aufweist, wobei
zwischen den Kolbenbunden 27 und jeweils auf der Außenseite
eines jeden Kolbenbundes 27 Ausnehmungen 28 bzw. 28a ausgefräst sind.
In der schematisch dargestellten Mittelstellung des Steuerkolbens 26 in 1 sperren
die beiden Kolbenbunde 27 die Verbraucheranschlüsse A und
B ab.
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Zur
Herbeiführung
der Steuerbewegungen des Steuerkolbens 26 sind an den beiden
Enden des Steuerkolbens 26 in dem Ventilgehäuse 21 jeweils Steuerräume 46 ausgebildet,
die über
im Ventilgehäuse 21 ausgebildete
Vorsteuerleitungen 47 mit einer an dem Steuerventil 20 angeschlossenen,
nicht dargestellten Vorsteuerung in Verbindung stehen. In den Steuerräumen 46 sind
Federn 45 angeordnet, die den Steuerkolben 26 bei
einem in den Steuerräumen 46 herrschenden
Druck von null bar in seiner Mittenstellung fixieren. An dem einen
Ende des Steuerkolbens 26 ist ein Wegmesssystem 48 angeschlossen.
Durch Einleitung von entsprechendem Steueröl in einen der beiden Steuerräume 46 kann
der Steuerkolben 26 in dem Ventilgehäuse 21 in beiden Richtungen
jeweils verschoben werden, so dass die an dem Steuerkolben 26 ausgebildeten
Kolbenbunde 27 über
die dazwischen liegenden Ausnehmungen 28 bzw. 28a jeweils
die Gehäuseanschlüsse P, A,
B, T im Hinblick auf die gewünschte
Ventilfunktion verbinden.
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Um
eine Rückspeisung
des bei dem Arbeitshub des Arbeitszylinders 10, dass heißt bei dem
Ausfahren der Kolbenstange 12 aus dem Arbeitszylinder 10,
aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängten Fluids unter Umgehung
der Pumpe in den großen
Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 durchführen zu
können, ist
in dem Ventilgehäuse 21 dem
Anschluss B benachbart ein zusätzlicher,
fünfter
Ringkanal V ausgebildet, der über
eine im Ventilgehäuse 21 ausgebildete
interne Brücke 30 mit
dem dem Anschluss A zugehörigen
Ringraum 23 verbunden ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung wird ermöglicht, dass
in einer nach links versetzten Stellung des Steuerkolbens 26,
in welcher eine Verbindung zwischen dem Anschluss P und dem Anschluss
A hergestellt und der Tankanschluss T durch den linken Kolbenbund 27 blockiert
ist, gleichzeitig die Verbindung zwischen P und B durch den rechten
Kolbenbund 27 gesperrt ist, während die Verbindung von B
nach V geöffnet
ist. In dieser Stellung kann das aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängte Fluid über die
Zu- und Abfuhrleitung 16, den Anschluss B, den Ringkanal
V und die interne Brücke 30 zu
dem dem Anschluss A gehörigen
Ringraum 23 hinzutreten, so dass hier der von der Pumpe
P gelieferte Volumenstrom um die Rückspeisung aus dem kleinen
Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 erhöht wird.
Somit ist ein Schnellgang des Kolbens 11 im Arbeitszylinder 10 gegeben.
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Zum
Rückhub
des Kolbens 11 im Arbeitszylinder 10 wird der
Steuerkolben 26 gegenüber
der in 1 dargestellten Stellung nach Rechts versetzt, so
dass die Verbindung von P nach B geöffnet und gleichzeitig die
Verbindung von B nach V durch den rechten Ringbund 27 gesperrt
ist. Da gleichzeitig die Verbindung von P nach A durch den linken
Ringbund 27 gesperrt ist, fördert die Pumpe 18 nun über die Verbindung
P-B in den kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 und
sorgt für
ein Verfahren des Kolbens 11 nach links. Gleichzeitig ist
in der nach rechts versetzten Stellung des Steuerkolbens 26 die
Verbindung von A nach T durch die linke äußere Ausnehmung 28 im Steuerkolben 26 freigegeben,
so dass das beim Rückhub
des Kolbens 11 aus dem großen Hubraum 13 verdrängte Fluid über die
Zu- und Abfuhrleitung 15, den Anschluss A, die Ausnehmung 28 und
den Anschluss T zum Tank 17 abfließen kann. Soweit hierbei die
doppelte Fluidmenge über
das Steuerventil zu führen
ist, weist die die Verbindung von A nach T öffnende Ausnehmung 28 mindestens die
doppelte Größe der anderen,
an dem Steuerkolben 26 ausgebildeten Ausnehmungen 28a auf.
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In 2 ist
eine Weiterbildung des vorstehend zu 1 beschriebenen
Steuerventils dargestellt, bei welchem nun eine Umschaltmöglichkeit
von dem sogenannten Eilgang des Arbeitszylinders mit schnellerer
Ausschubbewegung der Kolbenstange 12 auf einen Zustand
mit hoher Haltekraft möglich
ist. Wie im Stand der Technik grundsätzlich vorgegeben, muss dabei
der kleine Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 durch
die Umschaltung zum Tank 17 hin entlastet werden, damit
im kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 kein
Druck mehr ansteht. Hierzu ist das in 1 dargestellte
Steuerventil 20 dahingehend weitergebildet, dass die interne
Brücke 30 in Richtung
des zum Tankanschluss T gehörigen
Ringraumes 25 weitergeführt
ist und davon abgehend eine Verbindungsbohrung 40 zu dem
zum Anschluss A gehörigen
Ringraum 23 angeordnet ist. Insofern weist die interne
Brücke 30 einen
stromabwärts
der Verbindungsbohrung 40 gelegenen und zu dem zum Tankanschluss
T gehörigen
Ringraum 25 führenden Abschnitt 41 auf.
Dabei ist in die Verbindungsbohrung 40 im Inneren des Ventilgehäuses 21 ein
Rückschlagventil 42 eingeschaltet,
welches eine zum Anschluss A hin gerichtete Durchlassrichtung aufweist. Ferner
ist in den zwischen der Verbindungsbohrung 40 und dem Ringraum 25 des
Anschlusses T gelegenen Abschnitt 41 ein vorzugsweise elektrisch
betätigbares
Sperrventil 43 eingeschaltet, mittels dessen die von dem
Ringkanal V herkommende Verbindung zum Anschluss T absperrbar beziehungsweise öffenbar
ist.
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In
der sogenannten Eilgangsschaltung also beim schnellen Vorfahren
des Kolbens 11 in dem Arbeitszylinder 10 mit Ausschub
der Kolbenstange 12 befindet sich das Sperrventil 43 in
der Sperrstellung, so dass das aus dem kleinen Hubraum 14 des
Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid vom Anschluss B über V, die
weiterführende
interne Brücke 30 und
die davon abgehende Verbindungsbohrung 40 mit dem zum Anschluss
A gehörigen
Ringraum 23 verbunden ist, wobei in dieser Fließrichtung
sich das Rückschlagventil 42 jeweils öffnet. Soll
nun auf die volle Haltekraft im Arbeitszylinder 10 umgeschaltet
und insofern eine Verbindung des kleinen Hubraums 14 zum
Tank 17 hergestellt werden, so wird das Sperrventil 43 in
die Offen-Stellung geschaltet, so dass der Verbindungsweg von dem
kleinen Hubraum 14 über den
Anschluss B, den Ringkanal V, die interne Brücke 30 mit Abschnitt 41 zu
dem dem Anschluss T zugeordneten Ringraum 25 freigegeben
ist. In dieser Stellung sperrt das Rückschlagventil 42 den
Weg vom unter Pumpendruck stehenden Ringkanal 23 in Richtung
der internen Brücke 30 mit
Abschnitt 41, so dass hier eine Entlastung des dem Anschluss
A zugehörigen
Ringraums 23 zum Tankanschluss T nicht möglich ist.