DE102012005593A1

DE102012005593A1 - Hydraulische Pilotventilanordnung und hydraulische Ventilanordnung damit

Info

Publication number: DE102012005593A1
Application number: DE201210005593
Authority: DE
Inventors: Stefan Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-26
Also published as: CN103321978B; CN103321978A; EP2642132A2; EP2642132A3; US20130248032A1; EP2642132B1

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Pilotventilanordnung zur Vorsteuerung eines Ventils, die zumindest ein elektromagnetisch pulsweitenmoduliert betätigbares Pilotventil aufweist. Das Pilotventil ist dabei ballistisch oder invers ballistisch betätigbar. Weiterhin offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung mit der Pilotventilanordnung und mit einem Ventil, das über die Pilotventilanordnung vorsteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Pilotventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine hydraulische Ventilanordnung damit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Gemäß dem Stand der Technik kann ein Druckmittelvolumenstrom auf herkömmliche Weise über ein kontinuierlich verstellbares Proportional-Wegeventil mit n Anschlüssen und m Schaltstellungen gesteuert werden. Diese herkömmliche analoge Steuerung des Druckmittelvolumenstroms bringt jedoch erhebliche vorrichtungs- und steuerungstechnische Aufwände mit sich.
Vorrichtungs- und steuerungstechnische Vereinfachungen ermöglicht die Anwendung digitaler Hydraulikkonzepte. Dabei wird jede Steuerkante eines herkömmlichen Proportional-Wegeventils über zumindest ein Ventil mit zumindest einer Grund- und einer Schaltstellung aufgelöst. Um eine möglichst feine Druckmittelvolumensteuerung pro Steuerkante zu erhalten, wird diese Steuerkante dabei jedoch bevorzugt in mehr als eins, beispielsweise in vier oder fünf, Schaltventile aufgelöst, wobei ein Verhältnis der jeweiligen Nenngrößen bezogen auf das kleinste der Schaltventile beispielsweise 2, 4, 8, 16, ... ist. Ein Ventil mit vier Steuerkanten ist somit über zumindest vier Schaltventile ersetzbar. Betrachtet man eine Steuerkante und nimmt an, dass für diese Steuerkante vier Schaltventile mit einer Nenngröße von 1, 2, 4 und 8 vorgesehen sind, so ergeben sich aufgrund der exponentiellen Änderung der Nenngrößen eine Anzahl von 2⁴ möglichen Volumenstromgrößen. Nachteilig an dieser sogenannten pulskodierten Modulation (PCM) ist jedoch, dass eine feinere Steuerung des Druckmittelvolumenstroms nur über eine größere Anzahl von Ventilen erreichbar ist, was einen hohen vorrichtungstechnischen Aufwand bedeutet.
Um den Volumenstrom feiner einzustellen und Volumenströme zu ermöglichen, die kleiner sind als derjenige des jeweils kleinsten Ventils der Anordnung, kann das Konzept der Pulsweitenmodulation angewendet werden (PWM). Dabei kann ein Nennvolumenstrom der so angesteuerten Ventile dadurch verringert werden, dass das Betätigungselement des Ventils nicht kontinuierlich sondern nur etwa im zeitlichen Rahmen eines Pulses beziehungsweise von dessen Pulsdauer durchgeschaltet beziehungsweise voll geöffnet ist. Im Anschluss an die Pulsdauer erfolgt eine Pulspause, in der das Ventil von seiner Schaltstellung in die Grundstellung zurückfällt. Über ein Verhältnis der Pulsdauer zur Summe aus Pulsdauer und Pulspause, dem Tastgrad, kann die Größe des Druckmittelvolumenstroms eingestellt werden. Auf diese Weise ist bereits eine vergleichsweise feine Einstellung des Druckmittelvolumenstroms möglich.
Das europäische Patent EP 0 828 946 B1 zeigt dazu eine Pilotventilanordnung mit einer vier Schaltventile aufweisenden Brückenschaltung, wobei ein Ventilkörper eines Proportional-Wegeventils in eine erste Diagonale beziehungsweise in eine Brücke der Brückenschaltung hydraulisch eingespannt ist. Ein Druckmitteleingang einer zweiten Diagonale der Brückenschaltung ist mit einer Druckmittelquelle und ein Druckmittelausgang der zweiten Diagonale mit einer Druckmittelsenke verbunden. Jedes Schaltventil weist eine Grundstellung und eine Schaltstellung auf und ist zur Steuerung eines Druckmittelvolumenstroms der Pilotventilanordnung pulsweitenmoduliert elektromagnetisch betätigbar.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass für eine geforderte große Bandbreite des Druckmittelvolumenstroms nach wie vor eine Vielzahl von Schaltventilen unterschiedlicher Nenngröße benötigt würde. Alternativ dazu könnte zwar ein sehr schnell schaltendes Schaltventil großer Nennweite verwendet werden, jedoch ist dieses teuer. Allerdings ist die Schaltgeschwindigkeit nicht beliebig steigerbar und zudem unterliegt das Schaltventil aufgrund des schnellen Schaltens einem erhöhten Verschleißrisiko.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Pilotventilanordnung zur Vorsteuerung eines Ventils zu schaffen, mit der ein Druckmittelvolumenstrom bei gegenüber dem Stand der Technik gleichem oder geringerem vorrichtungstechnischen Aufwand feiner steuerbar ist. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Ventilanordnung mit einem vorzusteuernden Ventil zu schaffen, bei der gegenüber dem Stand der Technik mit gleichem oder geringerem vorrichtungstechnischen Aufwand ein Druckmittelvolumenstrom zur Vorsteuerung des Ventils feiner steuerbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine hydraulische Pilotventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder durch eine hydraulische Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9 und 11 bis 15 beschrieben.
Eine hydraulische Pilotventilanordnung zur Vorsteuerung eines, insbesondere hydraulischen, Ventils weist zumindest ein beziehungsweise ein erstes elektromagnetisch pulsweitenmoduliert betätigbares Pilotventil auf und hat einen Hochdruckanschluss zur Verbindung mit einer Druckmittelquelle, einen Niederdruckanschluss zur Verbindung mit einer Druckmittelsenke und einen ersten Steueranschluss zur Verbindung mit einem ersten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils. Über eine Öffnungsstellung des ersten Pilotventils ist der erste Steueranschluss mit dem Hochdruckanschluss oder mit dem Niederdruckanschluss verbindbar. Erfindungsgemäß ist das erste Pilotventil ballistisch betätigbar.
Der Begriff „ballistisch” umfasst dabei die ballistische und alternativ dazu die invers ballistische Betätigung. Für eine eingehende Beschreibung der ballistischen Betätigung sei an dieser Stelle auf die Veröffentlichung „A Novel Model For Optimized Developement And Application of Switching Valves In Closed Loop Control" (International Journal of Fluid Power 12, 2011, No. 3) der Anmelderin verwiesen. Aufgrund dieser ballistischen Betätigung kann das erste Pilotventil Zwischenstellungen (Teilöffnungen) einnehmen, die einen Öffnungsquerschnitt aufweisen, der kleiner als eine maximale Öffnungsstellung und größer als eine Schließstellung des ersten Pilotventils ist. Ein elektromagnetisches Betätigungselement des ersten Pilotventils, beispielsweise ein Anker eines Elektromagneten, kann dabei in einer Grundstellung entweder unbestromt oder bestromt sein. Die Grundstellung des Pilotventils kann eine Durchflussstellung oder eine Sperrstellung sein, oder umgekehrt. Die Grundstellung ist bevorzugt federvorgespannt. Betrachtet man die Grundstellung und die Schaltstellung des ersten Pilotventils als ein Bit mit den Werten Null oder Eins, so ist dieses Bit über das Prinzip der ballistischen Betätigung „teilbar”. Der häufig als Nachteil digitaler Hydraulik betrachtete Umstand, dass die Schaltelemente massebehaftet und träge sind, und somit kein eindeutig binäres Verhalten möglich ist, ermöglicht nun durch die erfindungsgemäße Kombination mit der ballistischen Betätigung eine vorrichtungstechnisch wenig aufwändige und feine Druckmittelvolumenstromeinstellung. Gegenüber der herkömmlichen Pulsweitenmodulation, bei der das erste Pilotventil mit jedem Betätigungspuls komplett in die Schaltstellung geworfen und in der darauf folgenden Pulspause in die Grundstellung zurückgeworfen würde, ergibt sich der Vorteil einer besonders feinen Druckmittelvolumenstromsteuerung. Gegenüber einem herkömmlichen vorrichtungstechnisch aufwändigen und schwierig zu steuernden Proportional-Wegeventil kann mit Hilfe der erfindungsgemäß ballistischen Betätigung beispielsweise ein vorrichtungstechnisch einfacher ausgestaltetes Ventil (Schaltventil oder Wegeventil) verwendet werden. Dieses muss zudem, anders als ein herkömmliches, ausschließlich pulsweitenmoduliert betätigtes Ventil, keine sehr kurze Schaltzeit aufweisen. Dies ermöglicht den Einsatz eines Schaltventils großer Nennweite und Volumenstrombandbreite.
Für die ballistische Betätigung gilt dabei, dass eine Pulsdauer t_i eines ballistischen Betätigungspulses des zumindest einen Pilotventils größer als eine minimale Pulsdauer t_i,min des zumindest einen Pilotventils ist, ab der ein Wurf eines Ventilkörpers des zumindest einen Pilotventils aus dessen Grundstellung heraus in Richtung einer Schaltstellung erfolgt. Zudem ist die Pulsdauer t_i dabei so klein, dass kein vollständiger Wurf des Ventilkörpers bis in die Schaltstellung erfolgt. Für den Fall der invers ballistischen Betätigung gilt, dass die Pulsdauer t_i des Betätigungspulses des ersten Pilotventils zumindest so groß ist, dass ein kompletter Wurf des Ventilkörpers des ersten Pilotventils in dessen Schaltstellung hinein erfolgt. Eine auf den Betätigungspuls folgende Pausendauer t_p, in der kein Betätigungspuls vorliegt, ist dabei kleiner ist als eine minimale Pausendauer t_p,min, die nötig ist, damit ein kompletter Rückwurf beziehungsweise Rückfall des Ventilkörpers in dessen Grundstellung hinein erfolgt. Der Ventilkörper wird somit wieder durch einen erneuten Betätigungsimpuls in Richtung der Schaltstellung geworfen, bevor er sein Grundstellung erreicht. Die Pulsdauer t_i beträgt bevorzugt zwischen 2 und 3 ms und ist kürzer als eine Schaltverzögerungszeit des ersten Pilotventils von beispielsweise 7 ms. Bevorzugt ist das erste Pilotventil derart ausgestaltet, dass es eine Schaltzeit t_s zur Durchschaltung in die Schaltstellung von etwa 7 ms und eine Schaltverzögerungszeit t_i,min, von etwa 2 ms aufweist. Natürlich kann die Pulsdauer t_i auch Werte gleich oder größer als die Schaltzeit t₅ annehmen, so dass die Schaltstellung nach der Schaltzeit t_s zumindest für den Rest der Pulsdauer t_i durchgeschaltet ist. Bevorzugt ist eine Grundfrequenz der Pulsweitenmodulation kleiner als eine maximale Schaltfrequenz des ersten Pilotventils. Besonders bevorzugt ist die Grundfrequenz etwa 0,5 bis 1,0 mal der maximalen Schaltfrequenz. Die genannten bevorzugten Werte der Größen t_i,min, t_i, t_p, t_p,min und deren Relationen untereinander gelten in der folgenden Beschreibung bevorzugt für alle ballistisch betätigbaren Pilotventile.
Eine bevorzugte Variante der hydraulischen Pilotventilanordnung weist ein zweites Pilotventil auf, das mit dem ersten Pilotventil in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss hin zum Niederdruckanschluss in Reihe geschaltet ist. Dabei ist das erste oder das zweite Pilotventil in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss hin zum ersten Steueranschluss angeordnet und das jeweils andere dieser beiden Pilotventile, also das zweite oder das erste, ist in einem Druckmittelströmungspfad vom ersten Steueranschluss hin zum Niederdruckanschluss angeordnet. Auf diese Weise kann jeweils ein Druckmittelvolumenstrom vom Hochdruckanschluss zum Niederdruckanschluss, vom Hochdruckanschluss zum ersten Steueranschluss beziehungsweise ersten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils und von diesem zum Niederdruckanschluss eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist auch das zweite Pilotventil elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch betätigbar.
Eine bevorzugte Weiterbildung der hydraulischen Pilotventilanordnung weist einen zweiten Steueranschluss zur Verbindung mit einem zweiten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils auf. Auf diese Weise kann durch einfache Beaufschlagung des jeweiligen Steueranschlusses ein Ventilkörper des vorzusteuernden Ventils in entgegengesetzte Richtungen bewegt beziehungsweise geworfen werden.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der hydraulischen Pilotventilanordnung weist ein drittes und ein viertes Pilotventil auf. Diese beiden Pilotventile sind dabei in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss hin zum Niederdruckanschluss in Reihe geschaltet. Weiterhin ist das dritte oder das vierte Pilotventil in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss hin zum zweiten Steueranschluss und das jeweils andere dieser beiden Pilotventile, also das vierte oder das dritte, ist in einem Druckmittelströmungspfad vom zweiten Steueranschluss hin zum Niederdruckanschluss angeordnet. Dieser Aufbau der hydraulischen Pilotventilanordnung entspricht einer Brückenschaltung mit zwei Diagonalen, wobei über den ersten und den zweiten Steueranschluss eine erste Diagonale und über den Hochdruck- und den Niederdruckanschluss eine zweite Diagonale ausgebildet ist. Auf diese Weise kann über die Pilotventilanordnung jeweils ein Druckmittelvolumenstrom vom Hochdruckanschluss zum Niederdruckanschluss, vom Hochdruckanschluss zum zweiten Steueranschluss beziehungsweise zweiten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils und von diesem zum Niederdruckanschluss eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist auch zumindest das dritte oder vierte Pilotventil elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch betätigbar. Besonders bevorzugt sind es beide.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der hydraulischen Pilotventilanordnung ist zumindest das erste Pilotventil als 2/2-Schaltventil ausgebildet. Das bedeutet, dass unter Nennbedingungen eine Kraft, insbesondere eine Federkraft, die einen Ventilkörper, insbesondere einen Ventilschieber oder Ventilkolben, des Schaltventils in eine Grundstellung vorspannt, gegenüber einer aus dem Betätigungspuls resultierenden Betätigungskraft des Schaltventils klein ist. Daher kann ein Schaltventil sehr schnell nach einem Anlegen des Betätigungspulses in die Schaltstellung durchgeschaltet werden. Für die Weiterbildungen mit zwei, drei oder vier Pilotventilen ist bevorzugt zumindest eins dieser weiteren Pilotventile als 2/2-Schaltventil ausgebildet. Besonders bevorzugt sind alle Pilotventile derart ausgestaltet. Die Grundstellung des oder der Pilotventile kann eine Durchflussstellung mit offenem Querschnitt oder eine Sperrstellung mit abgesperrtem Querschnitt sein, oder umgekehrt.
In einer alternativen Variante der hydraulischen Pilotventilanordnung ist das erste Pilotventil ein Wegeventil, das zumindest drei Anschlüsse aufweist: Den Hochdruckanschluss, den Niederdruckanschluss und den ersten Steueranschluss. Bevorzugt ist das Wegeventil derart ausgestaltet, dass durch das Wegeventil der erste Steueranschluss mit dem Hochdruckanschluss oder mit dem Niederdruckanschluss verbunden werden. Bevorzugt ist das Wegeventil ein 3/3-Wegeventil.
Um über das Wegeventil auch den zweiten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils ansteuern zu können, weist die hydraulische Pilotventilanordnung in einer vorteilhaften Weiterbildung zudem den zweiten Steueranschluss auf. Dann ist das Wegeventil bevorzugt als ein 4/3-Wegeventil ausgestaltet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest das erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Pilotventil als Sitzventil oder als Schieberventil ausgestaltet.
Eine besonders vorteilhafte hydraulische Pilotventilanordnung hat zudem eine Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass über sie zumindest das erste der Pilotventile steuerbar, insbesondere elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch, beziehungsweise betätigbar ist. Bevorzugt sind über die Steuereinheit eine Mehr- oder Vielzahl Pilotventile, insbesondere alle Pilotventile, elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch betätigbar.
Hervorzuheben ist, dass die Pilotventilanordnung auch mehr als vier, beispielsweise fünf, sechs, sieben oder acht, oder mehr, Pilotventile gemäß der vorhergehenden Beschreibung aufweisen kann.
Eine hydraulische Ventilanordnung weist zumindest eine erfindungsgemäß ausgebildete Pilotventilanordnung auf, wie sie der vorangegangenen Beschreibung zu entnehmen ist. Zudem hat sie zumindest ein Ventil, das über die Pilotventilanordnung vorsteuerbar ist. Dabei ist der erste Steueranschluss der Pilotventilanordnung mit einem ersten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils verbunden oder zumindest verbindbar. Gegenüber dem Stand der Technik ist aufgrund der mit der ballistischen Betätigung des ersten Pilotventils verbundenen vorbeschriebenen Vorteile eine vorrichtungstechnisch vereinfachte hydraulische Ventilanordnung geschaffen, über die zudem ein Druckmittelvolumenstrom zur Vorsteuerung des Ventils feiner steuerbar ist.
Eine bevorzugte Variante der hydraulischen Ventilanordnung hat eine Pilotventilanordnung, die zudem den vorbeschriebenen zweiten Steueranschluss aufweist, der mit einem zweiten Steuerraum des vorzusteuernden Ventils verbindbar, insbesondere verbunden, ist.
In einer dazu alternativen Variante der hydraulischen Ventilanordnung ist der erste Steuerraum des vorzusteuernden Ventils zumindest abschnittsweise über eine erste Steuerfläche eines Ventilskörpers des vorzusteuernden Ventils und ein zweiter Steuerraum des vorzusteuernden Ventils zumindest abschnittsweise über eine zweite, der ersten entgegenwirkende Steuerfläche des Ventilskörpers begrenzt. Dabei ist der zweite Steuerraum mit einem Anschluss im Wesentlichen konstanten Drucks verbindbar, insbesondere verbunden.
In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Variante ist der zweite Steuerraum des vorzusteuernden Ventils mit dem Hochdruckanschluss der Pilotventilanordnung verbindbar, insbesondere verbunden. Die Druckmittelquelle im Wesentlichen konstanten Drucks ist dann die Hochdruckquelle, wodurch im zweiten Steuerraum entweder der Hochdruck oder ein davon abhängiger Druck anliegt. Im ersten Steuerraum liegt maximal der Hochdruck an. Damit der Ventilkörper des vorzusteuernden Ventils trotz der konstanten Beaufschlagung der zweiten Steuerfläche mit dem Hochdruck, beziehungsweise dem von diesem abgeleiteten Druck, in einer Wirkrichtung der ersten Steuerfläche bewegbar ist, ist die erste Steuerfläche bevorzugt größer als die zweite Steuerfläche.
In einer dazu alternativen Weiterbildung dieser Variante ist der zweite Steuerraum des vorzusteuernden Ventils mit dem Niederdruckanschluss der Pilotventilanordnung oder mit einem Tank oder mit der Atmosphäre verbindbar, insbesondere verbunden, und/oder der Ventilkörper des vorzusteuernden Ventils ist mit einer Kraft, insbesondere der Kraft einer Feder, beaufschlagbar, insbesondere beaufschlagt, die einer Wirkrichtung des an der ersten Steuerfläche wirkenden Drucks entgegengerichtet ist. Die Variante der Verbindung mit dem Niederdruckanschluss oder dem Tank wird bevorzugt, wenn das vorzusteuernde Ventil ein Schieberventil ist und somit ein Leckagestrom vom ersten hin zum zweiten Steuerraum möglich ist. Die Variante der Verbindung mit der Atmosphäre wird bevorzugt, wenn der zweite Steuerraum über einen Ventilsitz abgedichtet und somit „trocken” ist.
Im Folgenden werden sieben Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung anhand von sieben schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung mit vier 2/2-Pilotventilen in einer Brückenschaltung in einem schematischen seitlichen Schnitt;
2 einen schematischen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels mit vier 2/2-Pilotventilen in einer Brückenschaltung;
3 einen schematischen Schaltplan eines zum zweiten Ausführungsbeispiel analogen dritten Ausführungsbeispiels mit einem 4/3-Pilot-Wegeventil;
4 einen schematischen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels mit zwei 2/2-Pilotventilen;
5 einen schematischen Schaltplan eines zum vierten Ausführungsbeispiel analogen fünften Ausführungsbeispiels mit einem 3/3-Pilot-Wegeventil;
6 einen schematischen Schaltplan eines sechsten Ausführungsbeispiels mit zwei 2/2-Pilotventilen; und
7 einen schematischen Schaltplan eines zum sechsten Ausführungsbeispiel analogen siebten Ausführungsbeispiels mit einem 3/3-Pilot-Wegeventil.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden für Bauteile oder Komponenten, die über die Ausführungsbeispiele hinweg gleichbleibend ausgestaltet sind, die gleichbleibende Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Ventilanordnung 1 mit einer Pilotventilanordnung 2, die zur Betätigung eines Ventilkörpers 4, beziehungsweise eines Ventilkolbens eines als 4/3-Proportional-Wegeventil ausgebildeten Ventils 6, an einen Ventilblock 8 des Ventils 6 angeflanscht ist. Der Pilotventilanordnung 2 gegenüber ist am Ventilblock 8 eine Endscheibe 10 angeflanscht. Das Ventil 6 hat einen Hochdruckraum 12, der mit einem nicht dargestellten Hochdruckanschluss verbindbar ist. Weiterhin hat das Ventil 6 Niederdruckkanäle 14 und 16, die mit einem Tankanschluss (nicht dargestellt) verbindbar sind. An einer in 1 oberen Seite des Ventilblocks 8 sind zwei Verbraucheranschlüsse 18, 20 angeordnet, über die das Ventil 6 mit einem oder mehreren Verbrauchern verbindbar ist.
Der Ventilkörper 4 befindet sich gemäß 1 in einer zentrierten Sperrstellung, so dass der Hochdruckraum 12 gegen die Verbraucheranschlüsse 18, 20 und die Niederdruckkanäle 14, 16 abgesperrt ist. In einem Bereich einer mit Steuerdruck beaufschlagbaren ersten Steuerfläche 22 und einer zweiten Steuerfläche 24 des Ventilkörpers 4 weist sowohl die Endscheibe 10 als auch ein Gehäuse 26 der Pilotventilanordnung 2 eine erste Steuerkammer 28 und eine zweite Steuerkammer 30 auf. Zur Verschiebung des Ventilkörpers 4, beziehungsweise zur Druckmittelversorgung eines oder mehrerer an die Verbraucheranschlüsse 18, 20 anschließbarer Verbraucher, sind die Steuerkammern 28, 30 über die Pilotventilanordnung 2 mit einem Druckmittelvolumenstrom beaufschlagbar. Da die beiden Steuerflächen 22, 24 gleich groß sind, ergibt sich eine Verschiebung des Ventilkörpers 4 bei unterschiedlichen Drücken in den Steuerkammern 28, 30. Die Verschiebung hält solange an, bis keine Druckdifferenz zwischen den Steuerkammern 28, 30 mehr vorliegt.
Zur Steuerung der in die Steuerkammern 28, 30 gerichteten Druckmittelvolumenströme, weist die Pilotventilanordnung 1 eine Brückenschaltung 32 mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten Pilotventil 34, 36, 38 und 40 auf. Die Pilotventile 34 bis 40 sind dabei als 2/2-Schaltventile ausgebildet. Jedes der Pilotventile 34 bis 40 weist eine federvorgespannte Grundstellung und eine elektromagnetisch betätigbare Schaltstellung auf. Die Brückenschaltung 32 hat einen Hochdruckanschluss 42, der über einen Druckmittelkanal 44 mit einer Druckmittelquelle 46 verbunden ist. Im Druckmittelkanal 44 ist ein Filter 48 angeordnet. Die Brückenschaltung 32 ist analog zu einer Wheatstoneschen Messbrücke ausgestaltet. Demgemäß sind das erste und dritte Pilotventil 34 und 38 in einer Parallelschaltung mit dem Hochdruckanschluss 42 verbunden. Weiterhin sind das zweite und vierte Pilotventil 36 und 40 in einer Parallelschaltung mit einem Niederdruckanschluss 50 der Brückenschaltung 32 verbunden, wobei der Niederdruckanschluss 50 wiederum mit einer Druckmittelsenke 52 beziehungsweise einem Tank verbunden ist. Dem Niederdruckanschluss 50 ist dabei eine Drossel 54 vorgeschaltet.
Die Brückenschaltung 32 weist somit zwischen ihrem Hochdruckanschluss 42 und ihrem Niederdruckanschluss 50 zwei parallele Druckmittelströmungspfade 56, 58 auf, wobei in einem ersten Druckmittelströmungspfad 56 das erste Pilotventil 34 mit dem zweiten Pilotventil 36 in Reihe geschaltet angeordnet ist. Im zweiten Druckmittelströmungspfad 58 der Brückenschaltung 32 ist in Analogie dazu das dritte Pilotventil 38 mit dem vierten Pilotventil 40 in Reihe geschaltet angeordnet. Dabei ist das erste Pilotventil 34 über eine Verbindungsleitung mit dem zweiten Pilotventil 36 und das dritte Pilotventil 38 über eine andere Verbindungsleitung mit dem vierten Pilotventil 40 verbunden. Von beiden Verbindungsleitungen zweigt dabei jeweils von einem Steueranschluss 59, 61 eine Steuerleitung 60, 62 ab. Dabei ist ein Druckmittelausgang des ersten Pilotventils 34 über den ersten Steueranschluss 59 und die erste Steuerleitung 60 mit der ersten Steuerkammer 28 und ein Druckmittelausgang des dritten Pilotventils 38 über den zweiten Steueranschluss 61 und die zweite Steuerleitung 62 mit der zweiten Steuerkammer 30 verbunden. Die beiden Steuerleitungen 60, 62 bilden auf diese Weise eine erste Diagonale beziehungsweise Brücke, in der der Ventilkörper 4 des Ventils 6 hydraulisch eingespannt ist.
Die Stellung des Ventilkörpers 4, und damit die Druckmittelversorgung der Verbraucheranschlüsse 18 und 20 wird, wie bereits erwähnt, über die Pilotventilanordnung 2 gesteuert. Diese ist mit einer Bedieneinheit 64 verbunden, über die ein Bediener einen Sollwert für einen hydraulischen Verbraucher vorgeben kann, der an einem oder an beiden der Verbraucheranschlüsse 18, 20 anschließbar ist. Die Bedieneinheit 64 ist dazu über eine Signalleitung 66 mit einer Steuereinheit 68 der Ventilanordnung 1 verbunden, Über weitere Signalleitungen 70, 72 und 74, 76 sind die Pilotventile 34, 36 und 38, 40 mit der Steuereinheit 68 verbunden. Die genannten Signalleitungen 70 bis 76 stellen eine Signalverbindung zwischen der Steuereinheit 68 und den jeweiligen Elektromagneten 78 bis 84 der Pilotventile 34 bis 40 dar, beziehungsweise ermöglichen deren Bestromung. Über eine Signalleitung 86 besteht weiterhin eine Signalverbindung zwischen einem Wegaufnehmer 88 des Ventilkörpers 4 und der Steuereinheit 68. Über den Wegaufnehmer 88 wird in einem bestimmungsgemäßen Betrieb permanent eine Stellung beziehungsweise Auslenkung des Ventilkörpers 4 an die Steuereinheit 68 übermittelt.
Jedes der Pilotventile 34 bis 40 ist als 2/2-Schaltventil ausgestaltet und weist jeweils eine federvorgespannte Grundstellung und eine elektromagnetisch betätigbare Schaltstellung auf. Das erste Pilotventils 34 und das dritte Pilotventil 38, die in der Brückenschaltung benachbart zum Hochdruckanschluss 42 angeordnet sind, weisen dabei als Grundstellung eine federvorgespannte Schließstellung auf. Die benachbart zum Niederdruckanschluss 50 angeordneten Pilotventile 36 und 40 weisen als Grundstellung hingegen eine federvorgespannte Öffnungsstellung auf.
Soll nun der Verbraucheranschluss 20 durch das Ventil 6 mit dem Hochdruckraum 12 verbunden werden, so muss der Ventilkörper 4 in 1 derart nach rechts verschoben werden, dass eine in eine Steuernut 90 übergehende Steuerfase 92 des Ventilkörpers 4 in den Hochdruckraum 12 hineinragt. Dabei ist zu beachten, dass der Hochdruckraum 12 sich aus der Betrachtungsebene der 1 heraus, dem Betrachter entgegen, teilweise um einen Steuerbund 94 des Ventilkörpers 4 herum erstreckt. Auf diese Weise ist eine Druckmittelverbindung vom Hochdruckraum 12 über einen Steuerspalt, der durch die Steuerfase 92 und eine Wandung des Ventilblocks 8 begrenzt ist, hin zum Verbraucheranschluss 20 hergestellt. Je weiter dabei der Ventilkörper 4 nach rechts bewegt wird, umso größer ist der Steuerspalt, über den Druckmittel vom Hochdruckraum 12 zum Verbraucheranschluss 20 strömen kann.
In 1 gut zu erkennen ist, dass wenn der Ventilkörper 4 wie vorbeschrieben nach rechts verschoben werden soll, die zweite Steuerkammer 30 ausgehend vom Hochdruckanschluss 42 über das dritte Pilotventil 38 und die zweite Steuerleitung 62 mit Druckmittel beaufschlagt werden muss, so dass sich in der zweiten Steuerkammer 30 ein höherer Druck einstellt, als in der gegenüberliegenden ersten Steuerkammer 28. Aus der darauffolgenden Verschiebung des Ventilkörpers 4 und der Inkompressibilität des Druckmittels resultiert, dass aus der ersten Steuerkammer 28 ein Druckmittelvolumenstrom über die Steuerleitung 60 und das zweite Pilotventil 36 hin zum Niederdruckanschluss 50 ermöglicht werden muss. Die Steuereinheit 68 hat in diesem Beispiel somit die Aufgabe, das erste Pilotventil 34 in seiner geschlossenen Grundstellung zu halten, das dritte Pilotventil 38 in Richtung seiner Schaltstellung beziehungsweise Öffnungsstellung anzusteuern, das zweite Pilotventil 36 in seiner Öffnungsstellung zu belassen oder in Richtung seiner Schließstellung ballistisch anzudrosseln und das vierte Pilotventil 40 in seine Schließstellung anzusteuern. Dann kann ein Druckmittelvolumenstrom vom Hochdruckanschluss 42 zur zweiten Steuerkammer 30 und ein etwa gleich großer Druckmittelvolumenstrom von der ersten Steuerkammer 28 zum Niederdruckanschluss 50 strömen.
Gemäß der Stärke des von der Bedieneinheit 64 an die Steuereinheit 68 übertragenen Sollwert-Signals ergibt sich der Bedarf einer mehr oder weniger schnellen Auslenkung des Ventilkörpers 4 nach rechts. Daraus ergibt sich die benötigte Größe des Druckmittelvolumenstroms zur zweiten Steuerkammer 30 beziehungsweise des Druckmittelvolumenstroms von der ersten Steuerkammer 28. Alle vier Pilotventile 34 bis 40 sind pulsweitenmoduliert elektromagnetisch betätigbar. Diese Art der Betätigung ist in 1 über vier schematisch dargestellte Pulszüge symbolisiert. Unter ballistisch ist dabei zu verstehen, dass ein Betätigungspuls nicht ausreicht, das entsprechende Pilotventil bis in seine Schaltstellung durchzuschalten, sofern eine Zwischenstellung des entsprechenden Pilotventils erwünscht ist. Für das dritte Pilotventil 38, über das die zweite Steuerkammer 30 mit Druckmittel befüllt werden soll, sei angenommen, dass die beabsichtigte Verstellung des Ventilkörpers 4 in 1 nach rechts sehr langsam erfolgen soll. Demgemäß muss der Druckmittelvolumenstrom in die zweite Steuerkammer 30 klein und fein dosiert sein. Dazu wird der Elektromagnet des Pilotventils 38 über die Signalleitung 74 und die Steuereinheit 68 mit Pulsen beaufschlagt, die eine Pulsdauer t_i aufweisen, die nur geringfügig größer ist als eine minimale Pulsdauer t_i,min, die nötig ist, den Ventilkörper des dritten Pilotventils 38 aus seiner Grundstellung abzuheben. Periodisch wiederkehrend wird der Ventilkörper des Pilotventils 38 auf diese Weise in eine Zwischenstellung mit minimalem Öffnungsquerschnitt geworfen und fällt in der folgenden Pulspause wieder in die federvorgespannte Grundstellung beziehungsweise Schließstellung zurück. Es ergibt sich ein sehr kleiner Druckmittelvolumenstrom hin zur zweiten Steuerkammer 30. Zu bemerken ist, dass gleichzeitig das vierte Pilotventil 40 über die Steuereinheit 68 und die Signalleitung 76 derart angesteuert wird, dass es permanent in seiner Schaltstellung beziehungsweise Schließstellung abgesperrt ist. Dazu kann die Pulsdauer t_i einen Wert aufweisen, der die Schaltzeit t_s des vierten Pilotventils 40 überschreitet. Das vierte Pilotventil 40 ist daher permanent geschlossen. Gleichzeitig bleibt das zweite Pilotventil 36 in seiner federvorgespannten Grundstellung beziehungsweise Öffnungsstellung geöffnet. Währenddessen ist sichergestellt, dass das erste Pilotventil 34 ebenso in seiner federvorgespannten Grundstellung beziehungsweise Schließstellung abgesperrt ist. Auf diese Weise kann ein durch die Verschiebung des Ventilkörpers 4 in die erste Steuerkammer 28 hinein erzeugter Druckmitteivolumenstrom über die Steuerleitung 60 und das zweite Pilotventil 36 zum Niederdruckanschluss 50 und in den Tank 52 abströmen.
Während dieses Steuervorgangs wird über die Signalleitung 86 permanent der Messwert des Wegaufnehmers 88 beziehungsweise die Stellung des Ventilkörpers 4 an die Steuereinheit 68 rückgemeldet. Entspricht nun der Druckmittelvolumenstrom am Verbraucheranschluss 20 dem über die Bedieneinheit 64 vorgegebenen Sollwert, so veranlasst die Steuereinheit 68 ein Ende der Bewegung des Ventilkörpers 4 im Ventilblock 8. Zu diesem Zweck müssen die Druckmittelmengen, die sich in den Steuerleitungen 60 und 62 sowie in den Steuerkammern 28 und 30 befinden, konstant gehalten werden. Unter der Annahme, dass im betrachteten System keine Leckage auftritt, gelingt dies, indem das erste und das dritte Pilotventil 34 und 38 unbestromt sind, wodurch sie in ihre federvorgespannten Schließstellungen beziehungsweise Grundstellungen fallen. Weiterhin sind das zweite und vierte Pilotventil 36 und 40 über die Steuereinheit 68 und die Signalleitungen 72 und 76 in ihre Schließ- beziehungsweise Schaltstellung durchgeschaltet.
Sollen entsprechend größere Druckmittelvolumenströme vom Hochdruckanschluss 42 hin zu den Steuerkammern 28 beziehungsweise 30 gefördert werden, so ist in Abhängigkeit der beabsichtigten Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 4 ein Öffnungsquerschnitt der Pilotventile 34 (erstes) beziehungsweise 38 (drittes) zu vergrößern. Dies gelingt besonders feinstufig über die ballistisch pulsweitenmodulierte elektromagnetische Betätigung. Für die beabsichtigten größeren Volumenströme ist dabei die Pulsdauer t_i des Betätigungspulses gegenüber dem vorbeschriebenen Fall zu vergrößern.
Bezüglich des besprochenen Falls ist zu beachten, dass ein tatsächlich in die zweite Steuerkammer 30 geförderter Druckmittelvolumenstrom durch die Öffnungsstellung des vierten Pilotventils 40 verringerbar ist. Ein Umfang der Verringerung kann dabei wie vorbeschrieben ballistisch pulsweitenmoduliert eingestellt werden. Dazu beaufschlagt die Steuereinheit 68 den Elektromagneten 84 des vierten Pilotventils 40 mit Pulsen entsprechender Pulsdauer. Jeder Puls wirft dabei den Ventilkörper entgegen der Federkraft in Richtung der Schaltstellung beziehungsweise Schließstellung. Dabei erfüllt das vierte Pilotventil 40 eine umso stärker drosselnde Funktion, je länger die Pulsdauer t_i ist. Das vierte Pilotventil 40 ist dann vollständig geschlossen, wenn die Pulsdauer t_i ausreichend groß und die Pulspause t_p ausreichend klein ist, so dass der Ventilkörper in seiner Schaltstellung verharrt. In diesem Fall fließt der komplette Druckmittelvolumenstrom des dritten Pilotventils 38 in die zweite Steuerkammer 30. Analoges gilt natürlich für den Fall der Befüllung der ersten Steuerkammer 28 über das erste Pilotventil 34 und die Steuerleitung 60. In diesem Fall übernimmt das zweite Pilotventil 36 die oben beschriebene Funktion des vierten Pilotventils 40.
Weiterhin ist zu beachten, dass ein in die Steuerkammern 28 beziehungsweise 30 geförderter Druckmittelvolumenstrom nicht nur wie vorbeschrieben, sondern zudem über eine Drosselung des aus der jeweils anderen Steuerkammer 30 beziehungsweise 28 abfließenden Druckmittevolumenstroms beeinflußbar ist. Je stärker dieser gedrosselt ist, umso langsamer wird sich die zu füllende Steuerkammer mit Druckmittel anfüllen, was in einer langsameren Verschiebung des Ventilkörpers 4 resultiert.
2 zeigt eine Ventilanordnung 101 mit einer Pilotventilanordnung 102, über die das Ventil 6 vorgesteuert ist. Dieses entspricht dabei dem vorzusteuernden Ventil 6 des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1. Zudem entspricht die Pilotventilanordnung 102 weitgehend der Pilotventilanordnung 2 des ersten Ausführungsbeispiels, weicht jedoch bezüglich eines zweiten und eines vierten Pilotventils 136, 140 von diesem ab. Anders als das zweite und vierte Pilotventil 36, 40 gemäß 1 ist das Pilotventil 136, 140 in seiner Schließstellung federvorgespannt. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1.
3 zeigt eine technisch analoge Lösung zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2. Eine Ventilanordnung 201 weist dabei eine Pilotventilanordnung 202 zur Vorsteuerung des Ventils 6 auf. Anders als bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist die Pilotventilanordnung 202 nun anstatt mehrerer Pilotventile lediglich ein erstes Pilotventil 234 auf, das als ein 4/3-Wegeuentil ausgestaltet ist. Das erste Pilotventil 234 hat einen mit der Druckmittelquelle 46 verbundenen Hochdruckanschluss 142, einen mit einem Tank verbundenen Niederdruckanschluss 250, einen mit dem ersten Steuerraum 28 des Ventils 6 über die erste Steuerleitung 60 verbundenen ersten Steueranschluss 259 und einen mit dem zweiten Steuerraum 30 des Ventils 6 über die zweite Steuerleitung 62 verbundenen zweiten Steueranschluss 261. Analog zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Betätigung des ersten Pilotventils 234 elektromagnetisch Pulsweitenmoduliert und ballistisch über die gestrichelt angedeuteten Signalleitungen.
4 zeigt eine vorrichtungstechnisch vereinfachte Ventilanordnung 301 mit einer Pilotventilanordnung 302, die anders als beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 zwischen dem Hochdruckanschluss 42 und dem Niederdruckanschluss 50 lediglich einen Druckmittelströmungspfad mit dem ersten Pilotventil 34 und dem zweiten Pilotventil 136 aufweist. Die beiden Pilotventile 34, 136 entsprechen den gleich bezeichneten Pilotventilen des Ausführungsbeispiels gemäß 2. Abweichend von allen vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist bei diesem der Hochdruckanschluss 42 unmittelbar über die zweite Steuerleitung 62 mit einem zweiten Steuerraum 330 des Ventils 306 verbunden. Im zweiten Steuerraum 330 steht somit immer der Hochdruck an. Dieser ist bevorzugt im Wesentlichen konstant, kann aber auch variabel sein. Eine Verschiebung eines Ventilkörpers 304 des Ventils 306 in 4 von links nach rechts erfolgt somit gegen den im zweiten Steuerraum 330 wirkenden Hochdruck des Hochdruckanschlusses 42. Da bei einer vollen Öffnungsstellung des ersten Pilotventils 34 im ersten Steuerraum 28 des Ventils 306 maximal dieser Hochdruck anliegen kann, ist eine zweite Steuerfläche 324, über die der zweite Steuerraum 330 begrenzt ist, gegenüber der ersten Steuerfläche 22, über die der erste Steuerraum 28 begrenzt ist, verkleinert. Somit kann sich zur Verschiebung des Ventilkörpers 304 ein Kräfteungleichgewicht einstellen. Eine Verschiebung des Ventilkörpers 304 in 4 von rechts nach links erfolgt über die elektromagnetisch pulsweitenmodulierte und ballistische Betätigung des zweiten Pilotventils 136, wodurch Druckmittel aus dem ersten Steuerraum 28 zum Niederdruckanschluss 50 abströmen kann. Das erste Pilotventil 36 bleibt dabei in seiner federvorgespannten Schließstellung.
Eine zum vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 technisch analoge Lösung zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung 401 gemäß 5. Sie unterscheidet sich gegenüber der Ventilanordnung 301 gemäß 4 lediglich in der Ausführung seiner Pilotventilanordnung 402. Diese weist lediglich ein erstes Pilotventil 434 auf, das als 3/3-Wegeventil ausgestaltet ist. Das erste Pilotventil 434 hat einen mit der Druckmittelquelle 46 verbundenen Hochdruckanschluss 242, einen mit dem Tank verbundenen Niederdruckanschluss 250 und den mit dem ersten Steuerraum 28 über die erste Steuerleitung 60 verbundenen ersten Steueranschluss 259. Das Ventil 306 entspricht demjenigen des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 4. Das erste Pilotventil 434 entspricht dabei dem ersten Pilotventil 434 des noch folgenden siebten Ausführungsbeispiels gemäß 7 und wird ebenfalls in beide Schaltstellungen a, b elektromagnetisch pulsweitenmoduliert und ballistisch betätigt.
6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung 501 mit der Pilotventilanordnung 302, wie sie bereits aus dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 bekannt ist, und mit einem vorzusteuernden Ventil 506. Die Ventilanordnung 501 unterscheidet sich von der Ventilanordnung 301 gemäß 4 lediglich im Bereich einer zweiten Steuerfläche 524 eines zweiten Steuerraums 530 und dessen Druckmittelversorgung. Der zweite Steuerraum 530 ist, anders als bei allen vorangegangenen Ausführungsbeispielen, weder mit einem zweiten Steueranschluss noch mit einem Hochdruckanschluss der Pilotventilanordnung verbunden. Stattdessen ist er über eine Tankleitung 596 mit einem Tank T verbunden, der ein niedriges Druckniveau aufweist. Da dieses Druckniveau nicht ausreicht, ein Kräftegleichgewicht am Ventilkörper 4 herzustellen, wenn der erste Steuerraum 28 mit Druckmittel über den Hochdruckanschluss 42 beaufschlagt ist, ist der Ventilkörper 4 über seine zweite Steuerfläche 524 an einer Ventilfeder 598 abgestützt. Bei einer Verschiebung des Ventilkörpers 4 in 6 nach rechts, in dem der erste Steuerraum 28 durch die entsprechend ballistische Betätigung des ersten Pilotventils 34 mit Druckmittel befüllt wird, wird die Ventilfeder 598 entsprechend zusammengedrückt. Mit größerem Verschiebeweg des Ventilkörpers 4 steigt somit deren Federkraft an, die einer aus der mit Hochdruck beaufschlagten ersten Steuerfläche 22 resultierenden Druckkraft entgegenwirkt. Soll der Ventilkörper 4 in 6 nach links geschoben werden, so wird das erste Pilotventil 34 nicht mehr (ballistisch) angesteuert und fällt in seine federvorgespannte Schließstellung zurück. Zudem wird dabei das zweite Pilotventil 136 ballistisch in Richtung seiner Schaltstellung bzw. Öffnungsstellung angesteuert, so dass Druckmittel aus dem ersten Steuerraum 28 über die erste Steuerleitung 60 und das zweite Pilotventil 136 zum Tank T hin abströmen kann.
Das siebte und letzte Ausführungsbeispiel gemäß 7 zeigt eine Ventilanordnung 601, die sich von der Ventilanordnung 501 gemäß 6 lediglich durch eine Ventilanordnung 602 unterscheidet. Im Prinzip ist die Ventilanordnung 302 gemäß 6 durch ein erstes Pilotventil 434, wie es bereits im fünften Ausführungsbeispiel gemäß 5 gezeigt ist, ersetzt. Die Ansteuerung und Funktionsweise des Ventils 506 entspricht dabei derjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß 6. Der Aufbau und die Funktionsweise des ersten Pilotventils 434 in 7 entsprechen dem Pilotventil 434 gemäß 5.
Alle in den Figuren gestrichelt angedeuteten Signalleitungen ohne Bezugszeichen verbinden den jeweiligen Elektromagneten des Pilotventils mit einer Steuereinheit gemäß 1. Die Steuereinheit ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die gezeigten Pilotventile sind nicht auf die ballistische oder invers ballistische Betätigung beschränkt, sondern können auch derart ausgestaltet sein, dass eine konventionelle, insbesondere pulsweitenmodulierte, Betätigung möglich ist.
Jedes der Pilotventile kann als Grundstellung die Schließstellung oder die Öffnungsstellung aufweisen. Ebenso kann jedes der Pilotventile ballistisch oder invers ballistisch angesteuert werden. Die Wahl der Grundstellung und/oder der Art der ballistischen Betätigung hängt vom jeweiligen Anwendungsfall der Ventilanordnung oder Pilotventilanordnung ab.
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Pilotventilanordnung mehr als vier Pilotventile, beispielsweise sechs oder acht, aufweisen. Ebenso können für eine Ventilanordnung zwei oder mehrere der Pilotventilanordnungen zusammengeschaltet, insbesondere zueinander parallelgeschaltet, vorgesehen sein.
Offenbart ist eine hydraulische Pilotventilanordnung zur Vorsteuerung eines Ventils, die zumindest ein elektromagnetisch pulsweitenmoduliert betätigbares Pilotventil aufweist. Das Pilotventil ist dabei ballistisch oder invers ballistisch betätigbar. Weiterhin offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung mit der Pilotventilanordnung und mit einem Ventil, das über die Pilotventilanordnung vorsteuerbar ist.
Bezugszeichenliste

1; 101; 201; 301; 401; 501; 601;: Ventilanordnung
2; 102; 202; 302; 402; 602: Pilotventilanordnung
4; 304: Ventilkörper
6; 306; 506: Ventil
8: Ventilblock
10: Endscheibe
12: Hochdruckraum
14, 16: Niederdruckkanal
18, 20: Verbraucheranschluss
22: Erste Steuerfläche
24; 324; 524: Zweite Steuerfläche
26: Gehäuse
28: Erste Steuerkammer
30; 330; 530: Zweite Steuerkammer
32: Brückenschaltung
34; 234; 434: Erstes Pilotventil
36; 136: Zweites Pilotventil
38: Drittes Pilotventil
40; 140: Viertes Pilotventil
42; 242: Hochdruckanschluss
44: Druckmittelkanal
46: Druckmittelquelle
48: Filter
50; 250: Niederdruckanschluss
52: Druckmittelsenke
54: Drossel
56: Erster Druckmittelströmungspfad
58: Zweiter Druckmittelströmungspfad
59; 259: Erster Steueranschluss
60: Erste Steuerleitung
61; 261: Zweiter Steueranschluss
62: Zweite Steuerleitung
64: Bedieneinheit
66: Signalleitung
68: Steuereinheit
70, 72, 74, 76: Signalleitung
78, 80, 82, 84: Elektromagnet
86: Signalleitung
88: Wegaufnehmer
90: Steuernut
92: Steuerfase
94: Steuerbund
596: Tankleitung
598: Ventilfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0828946 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„A Novel Model For Optimized Developement And Application of Switching Valves In Closed Loop Control” (International Journal of Fluid Power 12, 2011, No. 3) [0011]

Claims

Hydraulische Pilotventilanordnung zur Vorsteuerung eines Ventils (6; 306; 506), die ein erstes elektromagnetisch pulsweitenmoduliert betätigbares Pilotventil (34; 234; 434) aufweist, und die einen Hochdruckanschluss (42; 242) zur Verbindung mit einer Druckmittelquelle (46) und einen Niederdruckanschluss (50; 250) zur Verbindung mit einer Druckmittelsenke (52) aufweist, und die einen ersten Steueranschluss (59; 259) zur Verbindung mit einem ersten Steuerraum (28) des vorzusteuernden Ventils (6; 306; 506) aufweist, wobei über eine Öffnungsstellung des ersten Pilotventils (34; 234; 434) der erste Steueranschluss (59; 259) mit dem Hochdruckanschluss (42; 242) oder mit dem Niederdruckanschluss (250) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pilotventil (34; 234; 434) ballistisch betätigbar ist.
Pilotventilanordnung nach Patentanspruch 1, die ein zweites Pilotventil (36; 136) aufweist, das mit dem ersten Pilotventil (34) in einem Druckmittelströmungspfad (56) vom Hochdruckanschluss (42) hin zum Niederdruckanschluss (50) in Reihe geschaltet ist, und wobei das erste (34) oder das zweite Pilotventil (36; 136) in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss (42) hin zum ersten Steueranschluss (59) angeordnet ist, und wobei das jeweils andere dieser beiden Pilotventile (36; 136, 34) in einem Druckmittelströmungspfad vom ersten Steueranschluss (59) hin zum Niederdruckanschluss (50) angeordnet ist.
Pilotventilanordnung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2 mit einem zweiten Steueranschluss (61; 261) zur Verbindung mit einem zweiten Steuerraum (30) des vorzusteuernden Ventils (6).
Pilotventilanordnung nach Patentanspruch 3, die ein drittes (38) und ein viertes Pilotventil (40) aufweist, wobei das dritte (38) mit dem vierten Pilotventil (40) in einem Druckmittelströmungspfad (58) vom Hochdruckanschluss (42) hin zum Niederdruckanschluss (50) in Reihe geschaltet ist, und wobei das dritte (38) oder das vierte Pilotventil (40) in einem Druckmittelströmungspfad vom Hochdruckanschluss (42) hin zum zweiten Steueranschluss (61) angeordnet ist, und wobei das jeweils andere dieser beiden Pilotventile (40, 38) in einem Druckmittelströmungspfad vom zweiten Steueranschluss (61) hin zum Niederdruckanschluss (50) angeordnet ist.
Pilotventilanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei zumindest das erste Pilotventil (34) als 2/2-Schaltventil ausgebildet ist.
Pilotventilanordnung nach Patentanspruch 1, wobei das erste Pilotventil (234; 434) ein Wegeventil ist, das den Hochdruckanschluss (242) und den Niederdruckanschluss (250) und den ersten Steueranschluss (259) aufweist.
Pilotventilanordnung zumindest nach Patentanspruch 1 und 3 und 6, wobei das Wegeventil den zweiten Steueranschluss (261) aufweist.
Pilotventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest das erste Pilotventil (34; 234; 434) als Sitzventil oder als Schieberventil ausgestaltet ist.
Pilotventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das zweite (36; 136) und/oder das dritte (38) und/oder das vierte Pilotventil (40; 140) elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch betätigbar ist.
Pilotventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche mit einer Steuereinheit (68), die derart ausgestaltet ist, dass über sie zumindest das erste Pilotventil (34; 234; 434) elektromagnetisch pulsweitenmoduliert ballistisch betätigbar ist.
Hydraulische Ventilanordnung mit zumindest einer Pilotventilanordnung (2; 102; 202; 302; 402; 602) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10, und mit zumindest einem über die Pilotventilanordnung (2; 102; 202; 302; 402; 602) vorzusteuernden Ventil (6; 306; 506), wobei der erste Steueranschluss (59; 259) der Pilotventilanordnung (2; 102; 202; 302; 402; 602) mit einem ersten Steuerraum (28) des vorzusteuernden Ventils (6; 306; 506) verbindbar ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 11 mit der Pilotventilanordnung (2; 102; 202) gemäß Patentanspruch 3 oder gemäß einem der auf Patentanspruch 3 rückbezogenen Patentansprüche, wobei der zweite Steueranschluss (61; 261) der Pilotventilanordnung (2; 102; 202) mit einem zweiten Steuerraum (30) des vorzusteuernden Ventils (6) verbindbar ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 11, wobei der erste Steuerraum (28) des vorzusteuernden Ventils (306; 506) zumindest abschnittsweise über eine erste Steuerfläche (22) eines Ventilskörpers (304; 4) des vorzusteuernden Ventils (306; 506) und ein zweiter Steuerraum (330; 530) des vorzusteuernden Ventils (306; 506) zumindest abschnittsweise über eine zweite, der ersten entgegenwirkende Steuerfläche (324; 524) des Ventilskörpers (306; 506) begrenzt ist, und wobei der zweite Steuerraum (330; 530) mit einem Anschluss im Wesentlichen konstanten Drucks verbindbar ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 13 wobei der zweite Steuerraum (330) des vorzusteuernden Ventils (306) mit dem Hochdruckanschluss (42; 242) der Pilotventilanordnung (302; 402) verbindbar ist und die erste Steuerfläche (22) größer ist als die zweite Steuerfläche (324).
Ventilanordnung nach Patentanspruch 13, wobei der zweite Steuerraum (530) des vorzusteuernden Ventils (506) mit dem Niederdruckanschluss der Pilotventilanordnung (302; 602) oder einem Tank (T) oder der Atmosphäre verbindbar ist, und/oder wobei der Ventilkörper (4) des vorzusteuernden Ventils (506) mit einer Kraft beaufschlagbar ist, die einer Wirkrichtung des an der ersten Steuerfläche (22) wirkenden Drucks entgegengerichtet ist.