DE3915652C2 - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist schon eine solche Steuer­ einrichtung aus der DE 36 03 811 A1 bekannt, bei der das am Wegeven­ til wirkende und von der Druckwaage bestimmte Druckgefälle von der Regelfeder und dem stromabwärts der Meßblende anstehenden Lastdruck geregelt wird. Da bei solchen Wegeventilen mit individueller Druck­ waage der Einbauraum für die Regelfeder begrenzt ist, hält sich die Realisierung eines großen Regeldruckgefälles in Grenzen. Außerdem läßt die Feinsteuerfähigkeit zu wünschen übrig.

Ferner ist aus der US 4 343 152 eine hydraulische Steuereinrichtung mit einer Druckwaage zur lastdruckunabhängigen Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers bekannt. Ein Regelschieber der Druckwaage wird von einer Regelfeder belastet, die in einem Einbauraum angeordnet ist, welcher durch den Steuerschieber mit dem Lastdruck stromabwärts einer Meßblende beaufschlagbar oder vom Steuerschieber zum Tank entlastbar ist. Der für einen doppeltwirkenden Verbraucher ausgebildete Steuerschieber erfordert für diese Steuerverbindungen zusätzliche Steuerkanten, was zu einer aufwendigen Bauweise führt. Zudem ist der Einbauraum für die Regelfeder in seiner Größe begrenzt, was die Verwirklichung eines hohen Regeldruckgefälles bzw. einer kleinen Federsteife erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuereinrichtung mit einer individuellen Druckwaage so auszubilden, daß auch bei möglichst kleinem Einbauraum für die Regelfeder in der Druckwaage noch günstige Steuereigenschaften für die Steuereinrichtung erzielbar sind, insbesondere, daß ein großes Regeldruckgefälle bzw. gute Feinsteuereigenschaften erreichbar sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen der Erfindung hat den Vorteil, daß bei kompakter Bauweise der Steuereinrichtung ein kleiner Federraum genügt, um mit einer Regel­ feder mit geringer Federsteife ein verhältnismäßig großes Regel­ druckgefälle bei guter Feinsteuerfähigkeit zu erzielen. Dies wird durch Heranziehen hydraulischer Kräfte ermöglicht, die durch einen zum Verbraucher fließenden Steuerölstrom erzeugt werden.

Bei einer Ausgestaltung der Steuereinrichtung nach Anspruch 3 wird außerdem erreicht, daß bei abgeregeltem Zustand der Druckwaage der Steuerölstrom unterbunden ist, so daß in dieser Stellung eine klei­ ne, von der Regelfeder bestimmte Regeldruckdifferenz vorhanden ist, ohne daß ein Energieverlust durch einen Steuerölstrom auftritt.

Durch die in den übrigen Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der angegebenen Steuereinrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wegeventils mit individueller Druckwaage im Längsschnitt und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbei­ spiel eines Wegeventils mit Druckwaage ebenfalls im Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Beide Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 einer hydrauli­ schen Steuereinrichtung haben ein richtungssteuerndes Wegeventil 11 und eine diesem individuell zugeordnete, in Serie geschaltete Druck­ waage 12, die achsparallel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäu­ se 13 angeordnet sind. Das Wegeventil 11 hat einen Steuerschieber 15, der in einer das Gehäuse 13 durchdringenden Schieberbohrung 16 geführt ist. In dieser Schieberbohrung 16 sind sieben Kammern 17-23 ausgebildet, von denen fünf nebeneinanderliegende 17-21 der Richtungssteuerung des Druckmittelstroms dienen und die beiden danebenliegenden 22, 23 zu einer Meßblende 14 gehören. Von den fünf Kammern 17-21 dient die mittlere 19 als Zulaufkammer, die beid­ seits danebenliegenden 18 und 20 dienen als Motorkammern und die diesen benachbarten 17 und 21 als Rücklaufkammern. Die Rücklauf­ kammern 17, 21 stehen mit einer nicht dargestellten Rücklaufleitung und die Motorkammern 18 und 20 mit je einem Motoranschluß 24, 25 in Verbindung. Die Kammer 23 dient als erste, stromaufwärts liegende Meßblendenkammer und die Kammer 22 als zweite, ablaufseitige Meß­ blendenkammer, von der aus ein Kanal 26 mit einem Rückschlagventil 27 zur Zulaufkammer 19 führt. Für einen Druckabgriff mündet eine Ab­ griffsbohrung 28 in den Kanal 26 stromaufwärts von dem Rückschlag­ ventil 27 in den Kanal 26. Ferner gehört zum Druckabgriff eine Drucksignaldurchgangsbohrung 29, mit deren Hilfe der jeweils maxima­ le Steuerdruck bei mehreren parallel betätigten Wegeventilen zu einem Regler einer Verstellpumpe bzw. zu einer Druckwaage geleitet wird, um eine lastdruckunabhängige Steuerung zu erreichen, wie dies an sich bekannt ist. Der in der Steuerbohrung 16 geführte Steuer­ schieber 15 ist durch Ringnuten in sechs Kolbenabschnitte 31-36 unterteilt. An seinem ersten, aus der einen Stirnseite des Gehäuses 13 herausragenden Kolbenabschnitt 31 greift eine doppelt wirkende Rückholeinrichtung 30 an, welche den Steuerschieber 15 in der ge­ zeigten Neutralstellung hält. Sein sechster aus der anderen Stirn­ seite vorragender Kolbenabschnitt 36 steht mit einer nicht darge­ stellten Betätigungseinrichtung in Verbindung, mit deren Hilfe der Steuerschieber 15 zur Richtungssteuerung des Druckmittelstroms zu den Motoranschlüssen 24 oder 25 hin bzw. von ihnen zurück in den Rücklauf in Arbeitsstellungen bewegt werden kann. Dazu dienen vier Steuerkanten 37 an den ersten drei Kolbenabschnitten 31 bis 33. Der fünfte Kolbenabschnitt 35, welcher im Bereich der beiden Meßblenden­ kammern 22, 23 eine Meßblende 14 bildet, hat zwei Steuerkanten 38.

Das Wegeventil 11 ist bei beiden Ausführungsbeispielen gleichartig ausgebildet, dagegen ist der Aufbau der Druckwaage bei den beiden Ausführungsbeispielen unterschiedlich gestaltet. Bei dem Ausführ­ rungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Druckwaage 12 in einer Durch­ gangsbohrung 41 im Gehäuse 13, die zu der Schieberbohrung 16 achs­ parallel ist und die auf der einen Seite mit einem Druckbegrenzungs­ ventil 42 und auf der anderen Seite mit einem Stopfen 43 verschlos­ sen ist, einen längsbeweglichen Regelschieber 45. In Hohe der Meß­ blende 14 des Wegeventils 11 durchdringt die Durchgangsbohrung 41 eine Zulaufkammer 46 sowie daneben eine Weiterlaufkammer 47. Zu der Zulaufkammer 46 führt von einem Pumpenanschluß 48 ein Zulaufkanal 49. Die Weiterlaufkammer 47 steht über einen Weiterlaufkanal 50 mit der ersten Meßblendenkammer 23 in Verbindung. Ferner führt vom Kanal 26, der sich stromabwärts an die Meßblende 14 anschließt und in dem der Lastdruck des Verbrauchers herrscht, ein Verbindungskanal 51 zu einer die Durchgangsbohrung 41 umgebenden Druckkammer 52.

Der Regelschieber 45 der Druckwaage 12 hat zwei Kolbenabschnitte 54 und 55, von denen der der Zulaufkammer 46 und der Weiterlaufkammer 47 zugeordnete 55 eine Steuerkante 56 zum Bilden einer Regeldrossel 57 hat. Durch den anderen Kolbenabschnitt 54 wird von der Zulaufkam­ mer 46 eine Steuerkammer 60 abgetrennt, in der sich eine Regelfeder 61 am Druckbegrenzungsventil 42 abstützt und den Regelschieber 45 in Richtung Öffnen der Regeldrossel 57 gegen den in der Zulaufkammer 46 bzw. der Weiterlaufkammer 47 herrschenden Druck drückt. Die Kraft der Regelfeder 61 wird unterstützt durch den in der Steuerkammer 60 herrschenden Steuerdruck. Zum Aufbauen dieses Steuerdrucks ist die Steuerkammer 60 zum einen über eine Axialbohrung 62 und eine eine erste Drosselstelle bildende Blende 63 im Regelschieber 45 mit der Weiterlaufkammer 47 und zum anderen über eine axiale Nut 65 im Um­ fang des Kolbenabschnitts 54 des Regelschiebers 45 mit der Druckkam­ mer 52 verbunden, die sich vom Bereich der Druckkammer 52 bis zu der steuerkammerseitigen Stirnseite des Regelschiebers 45 erstreckt und die eine zweite Drosselstelle bildet. Zum Begrenzen des Druckes in der Steuerkammer 60 dient das Druckbegrenzungsventil 42, dessen Aus­ lauf über einen Kanal 66 mit der Rücklaufkammer 17 des Wegeventils 11 verbunden ist.

Auf die Wirkungsweise des Wegeventils 11 wird nur insoweit eingegan­ gen, als zum Verständnis der Erfindung notwendig ist, wobei die grundsätzlichen Funktionen der Richtungssteuerung des Druckmittel­ stroms zu den beiden Motoranschlüssen 24, 25 sowie die prinzipielle Funktion der Meßblende 14 als an sich bekannt vorausgesetzt werden.

Wird im Wegeventil 11 bei in eine Arbeitsstellung ausgelenktem Steuerschieber 15 ein Druckmittelstrom zu einem der Motoranschlüsse 24, 25 gesteuert, so fließt dieser Druckmittelstrom ausgehend vom Pumpenanschluß 48 über den Zulaufkanal 49, die Regeldrossel 57, den Versorgungskanal 50 und die teilweise geöffnete Meßblende 14 in den Kanal 26 und weiter über das Rückschlagventil 27 in die Zulaufkammer 19 und von da aus zu einem der Motoranschlüsse 24 bzw. 25.

Außerdem fließt ein kleiner Steuerölstrom, der vom Querschnitt der Blende 63 und der Nut 65 im Regelschieber 45 sowie vom Druck vor und hinter der Meßblende 14 des Wegeventils 11 bestimmt wird, durch die Axialbohrung 62, die Steuerkammer 60, die Nut 65 und den Verbin­ dungskanal 51 in den Kanal 26 in Richtung Verbraucher. Dieser durch die Druckdifferenz vor und hinter der Meßblende 14 bedingte Steuer­ ölstrom baut in der Steuerkammer 60 in Abhängigkeit des Druckes in der Zulauf- bzw. Weiterlaufkammer 46, 47 und im Kanal 26 einen Steuerdruck auf. Der auf den Regelschieber 45 wirkende Steuerdruck und die Kraft der Regelfeder 61 auf der einen Seite sowie der Zu­ laufdruck auf der anderen Seite des Steuerschiebers 45 halten diesen in einer Stellung, aufgrund der der jeweilige Querschnitt der von der Steuerkante 56 gebildeten Regeldrossel 57 der Druckwaage 11 für den zum Verbraucher fließenden Druckmittelstrom bestimmt wird. Wegen des von der aus der Blende 63 und der Drosselnut 65 bestehenden Drosselkette als Steuerdruck gebildeten Zwischendruck kann eine Regelfeder 61 mit kleiner Federsteife verwendet werden. Vorzugsweise wird durch die Drosselkette ein solcher Zwischendruck gewählt, daß die Regelfeder 61 nur die Kraft des halben Regeldruckgefälles zu er­ bringen hat.

Dadurch, daß die Gesamtregeldruckdifferenz teilweise durch hydrauli­ sche Kräfte gebildet wird, ist es möglich, bei kleinem Federeinbau­ raum und relativ schwacher Regelfeder die Druckwaage auch für ver­ hältnismäßig große Regeldruckgefälle zu verwenden, wie sie in Ver­ bindung mit Verstellpumpen vorkommen.

Beim Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steuereinrichtung nach Fig. 2 ist das Wegeventil 11 gleich aufgebaut wie bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 und wirkt auch in der gleichen Weise. Da­ gegen hat die Druckwaage 12 teilweise einen anderen Aufbau, wobei der Einfachheit halber im folgenden für gleiche Teile gleiche Be­ zugszeichen verwendet werden.

Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat das nach der Fig. 2 für die Druckwaage 12 eine zum Wegeventil 11 achsparallele Durchgangsbohrung 41, deren Enden durch zwei Stopfen 43 und 44 ver­ schlossen sind und in der ein Regelschieber 71 längsverschiebbar an­ geordnet ist. In gleicher Weise sind der Durchgangsbohrung 41 eine Zulaufkammer 46 und eine Weiterlaufkammer 47 sowie ein Zulaufkanal 49 und ein Versorgungskanal 50 zugeordnet. Zwischen diesen beiden Kammern 46 und 47 ist außerdem eine Umlaufkammer 72 vorgesehen, an der sich ein Umlaufkanal 73 anschließt. Die Steuerkammer 60, in der ebenfalls eine dem Regelschieber 71 belastende Regelfeder 61 ange­ ordnet ist, ist durch einen Verbindungskanal 74 mit dem Kanal 26 verbunden. In diesem Verbindungskanal 74 ist eine Blende 75 angeord­ net, die der zweiten Drosselstelle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 entspricht.

Der Regelschieber 71, der als Hohlschieber ausgebildet ist, hat im Bereich der Zulaufkammer 46 Querbohrungen 79 mit einer Steuerkante 83 und eine weite Axialbohrung 76, die von den Querbohrungen 79 zur in der Weiterlaufkammer 47 befindlichen Stirnseite fährt. Zu dem die Steuerkammer 60 begrenzenden Ende des Regelschiebers 71 führt eine durchgehende enge Axialbohrung 77, in der eine als erste Drossel­ stelle dienende Blende 63 eingesetzt ist. Der Regelschieber 71 hat einen in die Steuerkammer 60 vorstehenden abgesetzten Vorsprung 78, der ebenfalls von der engen Axialbohrung 77 durchsetzt ist. Den Vor­ sprung 78 durchdringen enge Querbohrungen 80, die die Steuerkammer 60 mit der Axialbohrung 77 verbinden und die von einem im Endbereich der Axialbohrung 77 verschiebbar eingesetzten Stift 81 abgedeckt werden können. Der zusammen mit den Querbohrungen 80 ein Schaltven­ til bildende Stift 81 ragt über den Vorsprung 78 des Regelschiebers 71 vor und stützt sich auf einer im Stopfen 44 abgedichteten, ein­ stellbaren Stellschraube 82 ab.

Der Steuerschieber 60 hat außerdem zwei Kolbenabschnitte 84 und 85, zwischen denen eine Ringnut im Bereich der Umlaufkammer 72 angeord­ net ist. Der Kolbenabschnitt 84 hat im Bereich der Zulaufkammer 46 eine Steuerkante 86, die als Regeldrossel zum Ableiten eines Teil­ stroms in den Umlaufkanal 72 wirkt. Zum Begrenzen des Weges des Re­ gelschiebers 71 ist im Umfang seines Kolbenabschnitts 84 ein An­ schlagring 87 eingesetzt, der am Ende der Steuerkammer 60 anliegt.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 entspricht weitgehend der des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, insbesondere hinsichtlich des Wegeventils 11, wobei jedoch der Regelschieber 71 als Dreiwege-Stromregler arbeitet. Bei Druckanstieg wird der Regel­ schieber 71 entgegen dem Druck in der Steuerkammer 60 und der Kraft der Regelfeder 61 verschoben, wobei durch zunehmendes Überdecken der Querbohrungen 79 ein Druck angedrosselt wird und ein Abströmen eines Teils des Druckmittelstromes in die Umlaufkammer 72 und durch den Umlaufkanal 73 zustande kommt. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 fließt dabei auch ein kleiner Steuerölstrom durch die Blende 63, die Axialbohrung 77, die Querbohrungen 80, die Steuerkammer 60 und die Blende 75 in die Kammer 26 in Richtung Verbraucher. Der sich dabei in der Steuerkammer 60 einstellende Zwischendruck und die Kraft der Regelfeder 61 bestimmen im Zusammenwirken mit dem Druck in der Weiterlaufkammer 47 wie oben beschrieben die Stellung des Regel­ schiebers 71. In abgeregeltem Zustand des Regelschiebers 71, das ist, wenn der Regelschieber 71 so weit entgegen der Regelfeder 61 verschoben ist, daß die Regelkante 83 geschlossen ist und der Stift 81 wie ein Schaltventil die Querbohrungen 80 im Regelschieber 71 verschließt, wird jedoch der Steuerölstrom unterbrochen, so daß kein Verluststrom vorhanden ist, der für andere parallel betätigte Funk­ tionen verloren ginge.

Durch Justieren der Einstellschraube 82 kann der Abregelpunkt des Steuerölstroms eingestellt werden. Dieser wird so gewählt, daß bei kleinem Regeldruckgefälle an der Druckwaage 12, also wenn auch der Verbraucherstrom klein ist, das aus Stift 81 und Querbohrungen 80 bestehende Schaltventil geschlossen ist, so daß in diesem Bereich des Regeldruckgefälles dieses nur durch die Regelfeder 61 bestimmt wird. Steigt der Verbraucherstrom, steigt auch das Regeldruckgefälle zunächst bis zu seinem Endwert an. Dieser Anstieg erfolgt durch das kontinuierliche Öffnen der Querbohrungen 80 von der Steuerkante des Stifts 81, so daß dadurch die Feinsteuerfähigkeit bei kleinen Öl­ strömen deutlich verbessert wird.

Im Vorgehenden sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben worden. Selbstverständlich sind Änderun­ gen an den gezeigten Ausführungsformen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist es möglich, der zur Bildung des Steuerölstroms dienenden ersten und zweiten Drosselstelle anders zu treffen und auszugestalten.

Claims (5)

1. Hydraulische Steuereinrichtung mit einem zum Steuern eines Verbrauchers geeigneten Wegeventil für lastunabhängige Steuerung, dessen als Meßblende arbeitender Steuerschieber in einer Neutralstellung mindestens eine zum Verbraucher führende Leitung absperrt und in zwei Arbeitsstellungen wechselweise mit einem Zulauf oder einem Rücklauf verbindet und mit einer dem Wegeventil zugeordneten, in Serie zu dessen Meßblende geschalteten Druckwaage, deren Regelschieber in Schließrichtung vom Zulaufdruck und in Öffnungsrichtung von einer Regelfeder und vom Steuerdruck in einer Steuerkammer beaufschlagt ist, die durch einen Verbindungskanal mit einer Stelle stromabwärts der Meßblende verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (60) durch einen Kanal (62; 77) mit einer ersten Drosselstelle (63), wobei Kanal (62; 77) und Drosselstelle (63) im Regelschieber (45; 71) angeordnet sind, mit der Zulaufdruckseite (47) zwischen Meßblende (14) und Druckwaage (12) verbunden ist und daß in dem Verbindungskanal (51; 74) von der Meßblende (14) zur Steuerkammer (60) des Regelschiebers (45; 71) eine zweite Drosselstelle (65; 75) angeordnet ist, wobei die beiden Drosselstellen (63; 65, 75) durch einen zum Verbraucher fließenden Steuerölstrom in der Steuerkammer (60) einen Zwischendruck androsseln, der die Kraft der Regelfeder (61) unterstützt.

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Kolbenabschnitt (54) ausgebildeten Regelschieber (45) die erste Drosselstelle (63) koaxial ausgerichtet und die zweite Drosselstelle (65) im Umfang des Kolbenabschnitts (54) eingearbeitet ist.

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der ersten Drosselstelle (63) und der zweiten Drosselstelle (75) gebildeten Drosselkette ein Schaltventil (80, 81) zugeordnet ist, das bei abgeriegelter Druckwaage (12) geschlossen ist.

4. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (80, 81) vom Regelschieber (71) der Druckwaage (12) betätigt wird.

5. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (80, 81) in einer Axialbohrung (77) des Regelschiebers (71) ein Schließglied (81) aufweist, das mit radialen Durchbrüchen (80) im Regelschieber (71) zusammenwirkt.