DE4446145A1 - Hydraulische Steuerung in Monoblockbauweise zum Heben und Senken einer Last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren Proportionalwegeventilelementen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuerung in Mo­ noblockbauweise zum Heben und Senken einer Last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren Proportionalwegeventilele­ menten, einem Rückschlagventil und einer Druckwaage zum last­ druckunabhängigen Heben der Last als Eingangselement, wobei die Elemente zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sind, das mindestens einen Pumpenanschluß, mindestens einen Verbrau­ cheranschluß und mindestens einen Rücklaufanschluß aufweist.

In der Regel werden bei hydraulischen Steuerungen in Monoblock­ bauweise die Antriebe, Betätigungselemente und Anschlüsse an fast allen Gehäuseseiten des Monoblocks angeordnet. Dabei erge­ ben sich nach dem Anbau der Antriebe, Anschlüsse und Einstellor­ gane für die Ventilfedern trotz kompakter Bauweise Steuerungen mit großen Außenabmessungen, da besonders die Antriebe oft ge­ genüberliegen oder über Eck angeordnet aus den Gehäusen her aus­ ragen. Außerdem haben derartige Steuerungen meist lange und kom­ pliziert gestaltete Hydraulikkanäle, die den durch das Gehäuse fließenden Druckmittelstrom zusätzlich drosseln und dabei die Dynamik der Steuerung beeinträchtigen. Ferner ist bei einer kom­ pakten Bauweise die Einstellung der Proportionalwegeventilele­ mente nur schwer oder überhaupt nicht durchführbar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuerung ermöglicht bezüglich ihrer Gehäuseabmessungen und der Gesamtgroße des Monoblocks ein kleines Bauvolumen. Die einzelnen Ventilelemente sind eng neben­ einander angeordnet und sind über kurze Bohrungen oder Kanäle miteinander verbunden.

Die beweglichen Ventilelemente sitzen in fertigungsgünstig kon­ struierten und angeordneten Bohrungen, womit Gewicht und Bear­ beitungszeit eingespart werden können. Dazu werden alle Ventil­ teile in nur drei Bohrungen untergebracht. In der einen Bohrung sitzt ein Proportionalwegeventilelement zum Heben einer Last ne­ ben einer Druckwaage. Die Bohrung, in der der Kolben der Druck­ waage koaxial neben dem Längsschieber des Proportionalwegeven­ tilelements angeordnet ist, ist eine Durchgangsbohrung ohne jede Stufung. Zwischen dem Kol­ ben und dem Längsschieber sitzt eine auf letzteren wirkende Rückstellfeder. Um die Rückstellfeder gegenüber dem Gehäuse bau­ raumsparend abstützen zu können, ist mindestens ein Bauteil zu ihrer Abstützung und Verstellung der Vorspannung durch den Kol­ ben der Druckwaage hindurchgeführt.

In einer zweiten parallelen Bohrung in Form eines Sackloches ist ein Proportionalwegeventilelement zum Senken der zuvor genannten Last angeordnet. Sie endet zusammen mit der ersten Bohrung an einer ebenen Stirnseite des gemeinsamen Gehäuses. Auf dieser Stirnseite sind direkt nebeneinander die elektromagnetischen An­ triebe angeordnet, wodurch die Antriebe mit einfachen Mitteln auch mechanisch ansteuerbar sind. In einer dritten Bohrung sitzt ein Rückschlagventil, das ein Zurückströmen des Druckmittels von einem Verbraucheranschluß in das Proportionalwegeventilelement zum Heben verhindert.

Um einen großen Volumenstrom durchsetzen zu können, sind teil­ weise einzelne Anschlüsse doppelt ausgeführt.

Zeichnungen

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung von drei vereinfacht dargestellten Ausfüh­ rungsformen:

Fig. 1 Hydraulikschaltplan einer Steuervorrichtung für ein OC-Hydrauliksystem mit zwei elektromagnetisch betä­ tigten Proportionalwegeventilelementen, einer Druck­ waage und einem Rückschlagventil ohne Weiterlaufbe­ lastbarkeit;

Fig. 2 Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 Schnitt durch das Rückschlagventil nach Fig. 1;

Fig. 4 Seitenansicht der Steuervorrichtung nach Fig. 2 und 3;

Fig. 5 Hydraulikschaltplan wie in Fig. 1, jedoch für eine weiterlaufbelastbare Steuervorrichtung;

Fig. 6 Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Fig. 5;

Fig. 7 Schnitt durch das Rückschlagventil nach Fig. 5;

Fig. 8 Seitenansicht der Steuervorrichtung nach Fig. 6 und 7;

Fig. 9 Hydraulikschaltplan wie in Fig. 1, jedoch für ein LS-Hydrauliksystem;

Fig. 10 Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Fig. 9.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 dargestellte Hydraulikschaltplan zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer hydraulischen Steuervorrichtung (1) für ein OC-Hydrauliksystem mit zwei elektromagnetisch betätigba­ ren Proportionalwegeventilelementen (90) und (120), einer Druck­ waage (70) und einem Rückschlagventil (170). Diese Steuervor­ richtung (1) und auch die aus den Fig. 5 und 9 dienen jeweils der Ansteuerung eines einfach wirkenden Hydraulikzylinders (7), vgl. Fig. 3, der beispielsweise Teil einer selbstfahrenden Ar­ beitsmaschine ist.

Beide Proportionalwegeventilelemente (90) und (120) sind dros­ selnde Wegeventile, deren Längsschieber außer den beiden End­ stellungen stufenlos beliebige Zwischenstellungen einnehmen kön­ nen. Sie haben jeweils auf der einen Seite einen Proportionalma­ gneten (91, 121) und auf der anderen Seite eine Rückstellfe­ der (108, 155). Das erste Proportionalwegeventilelement (90) ist ein 3/2-Wegeventil und das zweite (120) ein 2/2-Wegeventil. Durch das 3/2-Wegeventil (90) fließt der Druckmittelstrom von einem Pumpenanschluß (49) kommend über ein separates Rückschlag­ ventil (170) zu einem Verbraucheranschluß (50). Es steuert den Druckmittelstrom von einer Konstantpumpe (5), vgl. Fig. 2, zum Verbraucher, einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder (7) zum Heben einer Last. Das Proportionalwegeventilelement (90) wird daher im folgenden Hebenmodul genannt. Das 2/2-Wegeventil (120) steuert den vom einfach wirkenden Hydraulikzylinder (7) unter Last über den Verbraucheranschluß (50) fließenden Druckmittel­ strom über die Rücklaufleitung (16) zum Tank. Das zweite Propor­ tionalwegeventilelement (120) wird demnach als Senkenmodul be­ zeichnet.

Zwischen dem Pumpenanschluß (49) und dem Hebenmodul (90) ist in einem Nebenzweig (10) die Druckwaage (70) angeordnet, die bei einem Neutralumlauf geöffnet ist und den nicht benötigten Druck­ mittelstrom nahezu ungedrosselt in eine zweite Rücklauflei­ tung (17) leitet. Die Rücklaufleitung (17) endet in einem Rück­ laufanschluß (53). An der Druckwaage (70) ist neben einer Regel­ feder (88) eine Lastmeldeleitung (12) mit einem Drosselven­ til (11) angeschlossen, die von der Verbindungsleitung (13) ab­ zweigt.

Mit Hilfe einer Rücklaufquerleitung (14) ist die Lastmeldelei­ tung (12) bei unbetätigtem 3/2-Wegeventil (90) über dieses mit der Rücklaufleitung (16) verbunden.

Zum Heben einer Last wird der Proportionalmagnet (91) des Heben­ moduls (90) bestromt. Die Rücklaufquerleitung (14) wird gesperrt und Druckmittel wird über das Hebenmodul (90), die Verbindungs­ leitung (13) und das Rückschlagventil (170) zum Verbraucheran­ schluß (50) geleitet. Hierbei wird über die Lastmeldelei­ tung (12) die Druckwaage (70) auf ihrer federbelasteten Seite beaufschlagt, womit der Pumpenstrom auf den am Verbraucheran­ schluß (50) anliegenden Lastdruck angedrosselt wird.

Zum Senken einer Last wird bei einem in der Regel unbestromten Proportionalmagneten (91) der Proportionalmagnet (121) des Sen­ kenmoduls (120) aktiviert. Das Druckmittel fließt vom Verbrau­ cheranschluß (50) über das Senkenmodul (120) und die Rücklauf­ leitung (16) zum Rücklaufanschluß (52).

In Fig. 2 wird die realisierte Steuervorrichtung (1) im Schnitt gezeigt. Sie hat ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse (30) mit zwei annähernd quadratischen, ebenen Flächen als Ober- und Unterseite (31) und (33); vgl. Fig. 4. In die feinbearbeitete Unterseite (31) münden ein Rücklaufkanal (65) und eine Rücklauf­ bohrung (66), vgl. Fig. 2. Ferner weisen Ober- und Unter­ seite (31) und (33) zwei Befestigungsbohrungen (69, 69′) auf, vgl. Fig. 6, die senkrecht zur Schnittebene das Gehäuse (30) durchdringen. Auf der Oberseite (31) hat das Gehäuse annähernd mittig eine Gehäuseerweiterung (32), vgl. Fig. 4.

Die senkrecht zur Schnittfläche ausgerichteten Seitenflä­ chen (34, 35, 38, 39) haben jeweils einen rechteckigen Umriß. Die Vorder- (34) und die Rückseite (35) sind zwei ebene, T-för­ mige und feinbearbeitete Flächen. An der Vorderseite (34) sind die beiden Proportionalmagnete (91) und (121) angeflanscht. Ge­ genüber dem ersten Proportionalmagneten (91) sitzt in der Rück­ seite (35) eine Verschlußschraube (114), vgl. Fig. 2. Schräg über ihr befindet sich der Verbraucheranschluß (50), vgl. Fig. 3.

Die beiden anderen Seitenflächen (38, 39) haben Ausbuchtungen, die um die Befestigungsbohrungen (69, 69′) gebildet sind, vgl. Fig. 6. Außerdem weist die in Fig. 2 unten liegende Seitenflä­ che einen Stutzen zur Aufnahme des Pumpenanschlusses (49) auf.

Der Pumpenanschluß (49) mit Innengewinde geht im Gehäuse (30) in einen Zulaufringkanal (93) über. Der Ringkanal (93) durchdringt eine zylindrische Durchgangsbohrung (41), die sich von der Vor­ derseite (34) bis zur Rückseite (35) erstreckt. Im linken Be­ reich der Durchgangsbohrung (41) sitzt der Längsschieber (97) des Hebenmoduls (90). Dort treffen auf die Durchgangsboh­ rung (41) zwei weitere Kanäle (94, 95). Der linke (94) ist ein Rücklaufringkanal, der mit einer zum Senkenmodul (120) führenden Rücklaufquerbohrung (59) in Verbindung steht. Rechts von diesem Rücklaufringkanal (94) befindet sich der Verbindungsringka­ nal (95), vom dem der Verbindungskanal (56) annähernd tangential aus der Schnittebene heraus abzweigt.

Der Längsschieber (97) des Hebenmoduls (90) verbindet entweder - im unbetätigten Zustand bei Nullüberdeckung - den Verbindungs­ ringkanal (95) mit dem Rücklaufringkanal (94) oder - im betätig­ ten Zustand - mit dem Zulaufringkanal (93). Dazu weist die zy­ lindrische Außenkontur des Längsschiebers (97) eine Ringnut (99) auf. Die Ringnut geht im Bereich ihres rechten Wellenbundes in Feinsteuerkerben (103) über, die im Zusammenhang mit der Druck­ waage (70) die Funktion einer Meßdrossel haben. Die Öffnungs­ querschnitte der Feinsteuerkerben (103) verringern sich in Rich­ tung Zulaufringkanal (93), ohne ihn jedoch - bei unbestromtem Proportionalmagneten (91) - zu erreichen. Die Feinsteuerker­ ben (103) sind hier beispielsweise Rundkerben.

Am linken Rand der Außenkontur des Längsschiebers (97) befindet sich im Bereich des Dichtrings zwischen dem Proportionalmagne­ ten (91) und dem Gehäuse (30) ein Einstich. Unterhalb dieses Einstichs weist der Längsschieber (97) eine zylindrische Vertie­ fung (104) auf, an deren Grund der Ankerstößel (92) des Propor­ tionalmagneten (91) ansteht. Zwischen dem Einstich und der Ring­ nut (99) befinden sich in der Außenkontur mehrere Kurzschlußnu­ ten.

Von seiner rechten Stirnseite (98) her ist der Längsschie­ ber (97) gestuft aufgebohrt. Der rechte Bereich der Stufenboh­ rung (105) dient der Führung der Rückstellfeder (108). Der linke Bereich hat einen kleineren Durchmesser und verbindet über eine schräg verlaufende Ausgleichsbohrung (106) die Stufenboh­ rung (105) mit der Vertiefung (104). Den Obergang vom rechten zum linken Bereich der Stufenbohrung (105) bildet ein ebener Ge­ häusebund, auf dem sich die Rückstellfeder (108) abstützt.

Das andere Ende der Rückstellfeder (108) liegt an einem abge­ stuften Federteller (109) an. Der Federteller (109) ist im Quer­ schnitt - senkrecht zur gedachten Mittellinie der Durchgangsboh­ rung - sternformig ausgebildet, um für den Druckausgleich am Längsschieber (97) das Druckmittel ungedrosselt passieren zu lassen. Dazu weist er beispielsweise mehrere auf dem Umfang ver­ teilte Kerben (113) auf. Der Querschnitt kann auch eine Kreis­ fläche haben, in der mindestens eine Entlastungsbohrung angeord­ net ist. Der Federteller (109) sitzt auf einer Stange (110), de­ ren Mittellinie mit der der Durchgangsbohrung (41) zusammen­ fällt. Der Federteller (109) ist entweder ein Teil der Stange (110) oder er sitzt auf ihr mittig zentriert, beispiels­ weise mit Hilfe eines Querpreßsitzes. Die Stange (110) ragt in den rechts neben dem Längsschieber (97) angeordneten topfförmi­ gen Druckwaagenkolben (80) hinein, um dort auf einen Gewinde­ stift (111) zu stoßen. Hierbei ist die Stange (110) in einer Bohrung (77) in der Stirnseite (81) des Druckwaagenkolbens (80) dichtgleitend geführt. Da der in Längsrichtung ortsfeste Feder­ teller (109) zusammen mit der Stange (110) in den zwei längsbe­ weglichen Ventilteilen (97) und (80) gelagert ist, ist die äu­ ßere Hüllkontur des Federtellers (109) ballig ausgeführt. Auf diese Weise wird u. a. bei Schiefstellung der Rückstellfeder (108) ein gegenseitiges Verkanten zwischen dem Längsschieber (97) und dem Federteller (109) vermieden.

Der Gewindestift (111) erstreckt sich in der Verlängerung der Stange (110) und endet in der Verschlußschraube (114). Um den Gewindestift (111) in der Längsrichtung verstellen zu können, weist die Verschlußschraube (114) ein Innengewinde (116) auf, in dem dieser eingeschraubt sitzt. Um die Baulänge der Steuervor­ richtung (1) kurz zu gestalten, hat der Kopf der Verschluß­ schraube (114) eine zylindrische Vertiefung, die der Aufnahme einer Kontermutter (112) dient. Zum Verstellen und Kontern des Gewindestifts (111) weist er an seinem äußeren freien Ende einen Innensechskant (117) auf.

Die Durchgangsbohrung (41) geht an ihrem rechten Ende in eine Verschlußschraubenbohrung (42) über. Im Innengewinde der Boh­ rung (42) ist die Verschlußschraube (114) befestigt. Ein im Be­ reich zwischen Kopf und Gewinde sitzender Dichtring (118) dich­ tet die Verschlußschraubenbohrung (42) nach außen ab.

In der Durchgangsbohrung (41) sitzt zwischen der Verschluß­ schraube (114) und dem Längsschieber (97) dichtgleitend der topfförmige Druckwaagenkolben (80). Letzterer hat eine zylindri­ sche Außenkontur, die an ihrem rechten Ende einen Halbrundein­ stich (84) aufweist, in dem ein Federring (89) eingesetzt ist. Der Federring (89) liegt - beispielsweise bei nicht durchström­ ter Steuervorrichtung - an einem als Anschlag dienenden inneren Gehäusebund an, der zwischen der Durchgangsbohrung (41) und der im Durchmesser größeren Verschlußschraubenbohrung (42) gebildet ist. Einen rechten Anschlag für den Druckwaagenkolben (80) bil­ det die Verstellschraube (114). Am linken Rand der Außenkontur des Druckwaagenkolbens (80) befinden sich mehrere auf dem Umfang verteilte Feinsteuerkerben (83), die von der linken Stirnseite her in den Druckwaagenkolben (80) eingearbeitet sind.

Hinter dem Halbrundeinstich (84) ist der Druckwaagenkolben (80) angefast. Im Bereich vor dem Federring (89) trägt er eine Reihe von Kurzschlußnuten.

In den Druckwaagenkolben (80) ist von seiner rechten Stirnseite her eine Führungsbohrung (87) zur Aufnahme der Regelfeder (88) eingearbeitet. Die Führungsbohrung (87) ist in ihrem Grund ver­ engt, um die Regelfeder (88) radial zu fixieren. Eine Boh­ rung (115) mit einer vergleichbaren Kontur befindet sich auch in der linken Stirnseite der Verstellschraube (114).

Im Bereich der Druckwaage (70) befinden sich im Gehäuse (30) zwei Ringkanäle (71) und (74). Benachbart zum Zulaufringka­ nal (93) liegt der Rücklaufringkanal (71). Dieser Ringkanal (71) ist beispielsweise beim Heben einer Last, wenn der Hebenstrom gleich dem Pumpenstrom ist, durch den Druckwaagenkolben (80) vollständig geschlossen, während er bei Neutralumlauf geöffnet ist.

Zwischen dem Rücklaufringkanal (71) und der Verstell­ schraube (114) ist der Lastmeldekanal (74) angeordnet. Er steht mit der Verbindungsbohrung (56) über eine zur Durchgangsboh­ rung (41) parallele Lastmeldeleitung (12) in Verbindung. In der Lastmeldeleitung (12) ist eine Drosselstelle (11) angeordnet.

Das Senkenmodul (120) hat eine, von der Vorderseite (34) her, in das Gehäuse (30) hineinführende Sacklochbohrung (45), die paral­ lel zur Durchgangsbohrung (41) des Hebenmoduls ausgerichtet ist. Die Sacklochbohrung (45) ist - wie auch im Hebenmodul (90) - links mit Hilfe des Proportionalmagneten (121) druckmitteldicht verschlossen.

Im rechten Bereich der Sacklochbohrung (45) sitzt eine Ventil­ büchse (130), die zwei ineinandergeschachtelte Längsschie­ ber (140) und (147) aufnimmt. Die Ventilbüchse (130) ist in der Sacklochbohrung (45) zwischen einem Bohrungsende und einem links angeordneten Schraubring (156) mit einem innenliegenden, durch­ gehenden Innensechskant axial gesichert. Der linke Bereich der Sacklochbohrung (45) ist dazu mit einem Innengewinde (128) ver­ sehen.

Die Ventilbüchse (130) ist von einem Verbraucherringkanal (125) umgeben, der mit dem in Fig. 3 gezeigten Verbraucheran­ schluß (50) hydraulisch in Verbindung steht. Dazu führt vom Ver­ braucherringkanal (125) im Bereich zwischen dem Senken- (120) und Hebenmodul (90) tangential eine Verbraucherbohrung (54) weg. Die Verbraucherbohrung (54) mündet in das, im Bezug auf Fig. 2, höher liegende Rückschlagventil (170), vgl. Fig. 3.

Das Rückschlagventil (170) hat eine Ventilbohrung (47) in der Form eines Sackloches, die ungefähr in der halben Bohrungstiefe von der Verbraucherbohrung (54) tangential geschnitten wird. Die Ventilbohrung (47) ist an ihrem linken Ende als kegelmantelför­ miger Ventilsitz (171) und im Bereich ihres rechten Endes als Verbraucheranschluß (50) mit Innengewinde ausgebildet. Im mitt­ leren, zylindrischen Bereich sitzt ein federbelasteter Rück­ schlagschieber (173). Letzterer hat einen rohrförmigen Schaft (174), an dessen linken Ende sich ein kegelstumpfförmiger Ventilteller (175) befindet. Auf dem Schaft ist eine Schrauben­ feder (176) angeordnet, die den Rückschlagschieber (173) gegen den Ventilsitz (171) drückt. Dazu liegt die Schraubenfeder (176) links über eine Dichtungs- und eine Unterlagsscheibe auf der Rückseite des Ventiltellers (175) an. Rechts stützt sie sich an einer sternförmigen Scheibe (177) ab, die über mindestens eine Distanzscheibe an einem in der Ventilbohrung (47) sitzenden Si­ cherungsring (178) anliegt. Die Sternscheibe (177) hat einen zentralen, nach links kragenden Bolzen, auf dem der rohrförmige Schaft (174) des Rückschlagschiebers (173) geführt ist.

In Fig. 2 ist links neben dem Schraubring (156) die Einstell­ schraube (150) dargestellt. Die Einstellschraube (150) sitzt im Innengewinde (128). Das Innengewinde ist zwischen der Einstell­ schraube (150) und dem Schraubring (156) von einem Rücklaufring­ kanal (126) unterbrochen. Der Rücklaufringkanal (126) steht mit der Unterseite (33) des Gehäuses (30) über die Rücklaufboh­ rung (66) und mit dem Rücklaufringkanal (94) des Hebenmo­ duls (90) über die Rücklaufquerbohrung (59) in Verbindung. Die Rücklaufquerbohrung (59) ist von der das Senkenmodul (120) be­ grenzenden Seitenfläche (39) her mittels eines Verschlußstop­ fens (61) druckmitteldicht verschlossen.

Das Senkenmodul (120), das primär die Einstellschraube (150) und die Ventilbüchse (130) mit den beiden Längsschiebern (140) und (147) umfaßt, ist mit Ausnahme einer auf der Einstell­ schraube (150) angeordneten Verzahnung (151) aus der DE 41 40 604 A1 bekannt. Im folgenden wird daher der Aufbau des Senkenmoduls (120) ausschließlich anhand seiner Wirkungsweise beschrieben.

Das Senkenmodul (120) ist in Fig. 2 in Sperrstellung darge­ stellt. Das Druckmittel, das am Verbraucheranschluß (50) und da­ mit über die Verbraucherbohrung (54) am Verbraucherringka­ nal (125) ansteht, kann nicht in den Rücklaufringkanal (126) strömen. Der in der Ventilbüchse (130) direkt gelagerte Längs­ schieber, der Hauptsteuerschieber (140), steht mit seinem Haupt­ ventilkegel (141) am Hauptventilsitz (132) der Ventilbüch­ se (130) an. Seine - an seinem linken Ende angeordneten - Haupt­ steuerkerben (142) liegen verdeckt unter dem Zylindersitz (133) neben dem Ringraum (134). Um den Hauptsteuerschieber (140) auf dem Hauptventilsitz (132) zu halten, steht auf seiner rechten Stirnseite in einem Druckraum (135) Druckmittel unter Lastdruck an. Dorthin gelangt das Druckmittel aus dem Verbraucherringka­ nal (125) über Radialbohrungen (131) in der Ventilbüchse (130), sowie im Hauptsteuerschieber über eine Drosselbohrung (144) und eine daran anschließende Längsbohrung (145). Die Längsboh­ rung (145) durchdringt mit ihrem Bohrungsgrund eine Steuer­ nut (143). Die Anpreßkraft wird vermindert durch die entgegenge­ setzt wirkende Kraft aufgrund des in einem Verbraucherdruck­ raum (136) anstehenden Druckes. Der Verbraucherdruckraum (136) liegt im Bereich der Außenkontur des Hauptsteuerschiebers (140) zwischen Hauptventilkegel (141) und Kurzschlußnuten. Bei ge­ schlossenem Senkenmodul (120) stehen beide Druckräume (135) und (136) unter dem am Verbraucheranschluß (50) anliegenden Last­ druck.

Das Senkenmodul (120) öffnet mit der Bestromung des Proportio­ nalmagneten (121). Sein Ankerstößel (122) schiebt den inneren Längsschieber, einen Vorsteuerschieber (147) geringfügig nach rechts. Dadurch gelangen seine Vorsteuerkerben (149) unter die Steuernut (143) des Hauptsteuerschiebers (140). Gleichzeitig hebt sein weiter links angeordneter Ventilkegel (148) von seinem im Hauptsteuerschieber (140) korrespondierenden Ventilsitz (146) ab. Der Druckraum (135) steht nun über die Längsbohrung (145), die Steuernut (143), die Vorsteuerkerben (149), den Ventil­ sitz (146) und den Rücklaufringkanal (126) mit der Rücklaufboh­ rung (66) in Verbindung. In Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt der Vorsteuerkerben (149) sinkt der Druck im Druckraum (135).

Der dortige Druck stellt sich entsprechend dem Verhältnis des Querschnitts der Drosselbohrung (144) und dem Öffnungsquer­ schnitt der Vorsteuerkerben (149) ein. Fällt bei entsprechend weit nach rechts geschobenem Vorsteuerschieber (147) der Druck im Druckraum (135) so weit, daß die vom Druckmittel auf den Hauptsteuerschieber (140) im Bereich unterhalb der Radialboh­ rungen (131) nach rechts ausgeübte Kraft überwiegt, wird der Hauptsteuerschieber (140) ebenfalls nach rechts verschoben. Der Hauptventilkegel (141) hebt vom Hauptventilsitz (132) ab und die Hauptsteuerkerben (142) gelangen in den Bereich des Ringrau­ mes (134). Das Druckmittel strömt, vom Verbraucher kommend, zwi­ schen der Ventilbüchse (130) und dem Hauptsteuerschieber (140) in Richtung Rücklaufringkanal (126). Der Hauptsteuerschie­ ber (140) eilt durch seine Öffnungsbewegung dem Vorsteuerschie­ ber (147) nach, wodurch der Öffnungsquerschnitt an den Vorsteu­ erkerben (149) kleiner wird. Damit kann sich im Druckraum (135) über die Drosselbohrung (144) ein höherer Druck aufbauen. Folg­ lich wird die Öffnungsbewegung des Hauptsteuerschiebers (140) gebremst, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.

Bewegt sich der Ankerstößel (122) nach links, folgt ihm aufgrund einer in der Einstellschraube (150) integrierten Rückstellfe­ der (155) der Vorsteuerschieber (147). Die Rückstellfeder (155) stützt sich am Vorsteuerschieber (147) und an der Einstell­ schraube (150) ab. Bei der Bewegung des Vorsteuerschiebers (147) werden die Vorsteuerkerben (149) verschlossen. Der Druck im Druckraum (135) steigt. Der Hauptventilkegel (141) legt sich am Hauptventilsitz (132) an. Das Senkenmodul (120) sperrt. Das Sen­ kenmodul (120) arbeitet somit nach Art einer Folgesteuerung.

Um die Vorspannkraft der Rückstellfeder (155) bei montierter Steuervorrichtung einstellen zu können, weist die Einstell­ schraube (150) im mittleren Bereich ihrer Außenkontur eine Schrägverzahnung auf, in die zumindest zeitweise die Verzahnung einer Einstellschnecke (152) eingreift. Die Einstellschnecke sitzt dazu in einer Einstellbohrung (68), die sich hier von der Rückseite (35) bis in die Sacklochbohrung (45) erstreckt und die Rücklaufquerbohrung (59) sowie den Rücklaufringkanal (126) tan­ giert. Die Einstellschnecke (152) kann mit Hilfe einer Einstell­ spindel, deren freies Ende aus dem Gehäuse (30) ragt, oder einem Spezialwerkzeug, das zeitweise mit der Einstellschnecke (152) stirnseitig gekuppelt werden kann, in Drehung versetzt werden. Je nach Drehrichtung der Einstellspindel bzw. der Einstell­ schnecke (152) wird die Einstellschraube (150) in dem Innenge­ winde (128) nach rechts oder links geschraubt. Die Länge des Verstellbereiches entspricht weitgehend der Breite der Verzah­ nung (151) der Einstellschraube (150).

Beim Heben der Last strömt bei bestromtem Proportionalmagne­ ten (91) Druckmittel über den Pumpenanschluß (49), den Zulauf­ ringkanal (93), den Längsschieber (97) und die Verbindungsboh­ rung (56) in die Ventilbohrung (47) vor den Rückschlagschie­ ber (173) des in Fig. 3 gezeigten Rückschlagventils (170). Das Öffnen des Längsschiebers (97) erfolgt über seine Feinsteuerker­ ben (103). Sie bilden im Bezug auf die Druckwaage (70) die Meß­ drossel. Das Druckmittel fließt auf dem Weg zum Rückschlagven­ til (170) über die Lastmeldeleitung (12) und den Lastmeldeka­ nal (74) auf die Rückseite des Druckwaagenkolbens (80). Durch diese Beschaltung der Druckwaage (70) liegt vor und hinter den Feinsteuerkerben (103) immer ein konstantes Druckgefälle an, dessen Größe durch die Federkraft der Regelfeder (88) bestimmt ist. Sobald die Kraft auf der Vorderseite des Ventiltel­ lers (175) aufgrund des anstehenden Pumpendrucks die Summe aus der Federkraft und dem Produkt aus Lastdruck und rückseitiger Ventiltellerfläche übersteigt, öffnet das Rückschlagventil (170) und die Last beginnt sich zu heben bzw. der Kolben (8) beginnt auszufahren. Der Längsschieber (97) und der Druckwaagenkol­ ben (80) ermöglichen eine lastunabhängige Steuerung des Volumen­ stroms zum Verbraucheranschluß (50).

Zum Beenden des Hebens der Last wird der Proportionalmagnet (91) abgeschaltet. Der Längsschieber (97) und der Rückschlagschie­ ber (173) gehen in ihre Schließstellungen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind.

Fig. 5 zeigt den Hydraulikschaltplan für eine mit der Steuer­ vorrichtung (1) vergleichbare Steuervorrichtung (2). Die Druck­ waage (70) in Fig. 5 ist jedoch weiterlaufbelastbar. Dabei wird der bisherige Rücklaufanschluß (53) zu einem weiterlaufbelastba­ ren, zweiten Verbraucheranschluß (51). Ferner wird der vom 3/2-Wegeventil (90) zum Rückschlagventil (170) geleitete Druck­ mittelstrom steuerbar über den Druckwaagenkolben (80) der Druck­ waage (70) geführt.

Die Weiterlaufbelastbarkeit der Druckwaage (70) führt zu einigen Änderungen an der Steuervorrichtung (1). Die Änderungen sind den Fig. 6 bis 8 in einer Steuervorrichtung (2) verwirklicht.

Am Gehäuse (30) der Steuervorrichtung (2) hat sich die Lage des Rückschlagventils (170) verändert, vgl. Fig. 7 und 8. Die Mit­ tellinie des Rückschlagventils (170) verläuft hier zwar immer noch parallel zu der aus den beiden Mittellinie des Heben- (90) und des Senkenmoduls (120) gebildeten Ebene, aber nicht parallel zu deren Mittellinien selbst, sondern senkrecht dazu. Folglich liegt der Verbraucheranschluß (50) auf der Seitenfläche (39), die nun T-förmig gestaltet ist.

Nach Fig. 6 führt im Hebenmodul (90) von dem Verbindungsringka­ nal (95) ein Gehäusekanal (64) zumindest bereichsweise parallel zur Durchgangsbohrung (41) in einen Lastmelderingkanal (75), der sich zwischen der Verschlußschraube (114) und dem Druckwaagen­ kolben (80) befindet.

Im Bereich des Druckwaage (70) ist neben dem Rücklaufringka­ nal (71) ein Verbraucherringkanal (72) und ein Lastmelderingka­ nal (75) angeordnet. An den Rücklaufringkanal (71) können bei dieser Ausführungsform weitere Verbraucher angeschlossen werden, vgl. Fig. 5, Verbraucheranschluß (51). Der Verbraucherringka­ nal (72) führt über einen Flachkanal (62) zur Ventilbohrung (47) des Rückschlagventils (170).

Die gegenüber der ersten Ausführungsform geänderte Außenkontur des Druckwaagenkolbens (80) ist an ihrem linken Rand angefast. An ihrem rechten Ende weist sie eine Taille auf, die zur rechten Stirnseite hin in einen Anschlagflansch (85) übergeht. Der An­ schlagflansch (85), dessen Durchmesser den Durchmesser des Druckwaagenkolbens in der Zone mit den Kurzschlußnuten über­ steigt, weist eine Vielzahl von Durchbrüchen (86) auf. Über die Durchbrüche (86) gelangt das Druckmittel - sofern der Anschlag­ flansch an der linken Wandung des Lastmelderingkanals (75) an­ liegt - in den Bereich der Taille und über eine an sie anschlie­ ßende, angefaste Steuerkante über den Verbraucherringkanal (72) in den Flachkanal (62). Die Steuerkante sitzt dazu annähernd mittig in dem Verbraucherringkanal (72). Die ebenfalls eine Steuerkante bildende Fase am linken Rand der Außenkontur endet kurz vor dem Rücklaufringkanal (71).

Bei der Steuervorrichtung (2) ist somit eine lastdruckunab­ hängige Steuerung des Volumenstroms zum ersten Verbraucheran­ schluß (50) auch dann möglich, wenn der Weiterlauf über den zweiten Verbraucheranschluß (51) druckbelastet ist, da der Druckwaagenkolben (80) eine zusätzliche Steuerkante aufweist.

Eine dritte Ausführungsform der hydraulischen Steuervorrichtung ist den Fig. 9 und 10 zu entnehmen. Die hier gezeigte Steuer­ vorrichtung (3) ist für ein LS-Hydrauliksystem geeignet. Dazu sitzt die Druckwaage (70) im Gegensatz zu den beiden zuvor be­ schriebenen Ausführungsformen, vgl. Fig. 1 und 5, nicht mehr im Nebenzweig (10), sondern ist dem 3/2-Wegeventil (90) direkt vor­ geschaltet. Die übrige Schaltung, einschließlich dem Lastmel­ desystem entspricht der Schaltung aus Fig. 1. Zusätzlich wird zur Ansteuerung der die Steuervorrichtung (3) versorgenden Ver­ stellpumpe (6), vgl. Fig. 10, eine Steuerleitung (19) aus der Lastmeldeleitung (12) zwischen der Drosselstelle (11) und der Druckwaage (70) abgezweigt, womit zwischen dem Pumpenan­ schluß (49) und der Steuerleitung (19) das Regeldruckgefälle des LS-Hydrauliksystems anliegt.

Die Fig. 10 zeigt die dritte Steuervorrichtung (3) im Schnitt. Sie weicht konstruktiv im Bereich des Hebenmoduls (90) und der Druckwaage (70) von der Steuervorrichtung (1) ab.

Der Pumpenanschluß (49) führt zu einem Zwischenringkanal (73), der die Durchgangsbohrung (41) im mittleren Bereich des Druck­ waagenkolbens (80) durchdringt. In der Mitte des Zwischenringka­ nals (73) beginnt - bei der in Fig. 10 dargestellten Position des Druckwaagenkolbens - eine in der Außenkontur angeordnete Steuernut (82) mit ihrer rechten Wandung. Die Steuernut (82) er­ streckt sich nach links bis hinein in den Zulaufringkanal (93). Dort geht die Steuernut (82) in Feinsteuerkerben (83) über. Die Feinsteuerkerben (83) enden vor der Stirnseite (81) des Druck­ waagenkolbens (80).

Mit dem Öffnen des Hebenmoduls (90) fließt Druckmittel unter Stand-by-Druck von der Verstellpumpe (6) kommend in den Verbin­ dungsringkanal (95) und von dort über die Lastmeldeleitung (12), den Lastmelderingkanal (75) und die Steuerleitung (19) zur Pum­ penregelung. Der Pumpendruck steigt entsprechend der anstehenden Last an. Sobald Druckmittel zum Verbraucher strömt, bestimmt das Druckgefälle am Längsschieber (97) und der Öffnungsquerschnitt der Feinsteuerkerben (103) den Volumenstrom. Die Druckwaage (70) hält das Druckgefälle immer konstant. Dies gilt auch bei einer Parallelbetätigung von mehreren Verbrauchern.

Claims (14)

1. Hydraulische Steuerung in Monoblockbauweise zum Heben und Senken einer Last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätig­ baren Proportionalwegeventilelementen, einem Rückschlagventil und einer Druckwaage zum lastdruckunabhängigen Heben der Last als Eingangselement, wobei die Elemente zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sind, das mindestens einen Pumpenan­ schluß, mindestens einen Verbraucheranschluß und mindestens einen Rücklaufanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Proportionalwegeventilelemente (90, 120) parallel zu­ einander angeordnet sind, wobei die elektromagnetischen An­ triebe (91, 121) auf der gleichen Seite und insbesondere auf gleicher Höhe nebeneinander sitzen,
• - daß ein Kolben (80) der Druckwaage (70) koaxial neben einem Längsschieber (97) des ersten Proportionalwegeventilele­ ments (90) in einer, beide Ventilelemente (80) und (97) führen­ den und lagernden Bohrung (41) angeordnet ist,
• - daß der Längsschieber (97) des ersten Proportionalwegeventil­ elements (90) federbelastet ist, wobei mindestens ein Bau­ teil (109, 110) zur Verstellung der Vorspannung und Abstützung einer Feder (108) am Gehäuse (30) der Steuerung (1, 2, 3) durch den Druckwaagenkolben (80) hindurchgeführt ist.

2. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Bauteil (109, 110) in einer Bohrung (105) des Längsschiebers (97) und einer Bohrung (77) des Druckwaagenkol­ bens (80) gelagert und geführt ist.

3. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bauteil (109, 110) einen zylindrischen, stangenförmigen Abschnitt (110) aufweist, der in der Boh­ rung (77) geführt ist, und einen scheibenförmigen Ab­ schnitt (109) umfaßt, der in der Bohrung (105) geführt ist.

4. Hydraulische Steuerung gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Abschnitt (109), an dem die Feder (108) anliegt, im Kontaktbereich zur Bohrung (105) ein ballige Außenkontur aufweist, wobei die Außenkontur ein Zone ei­ nes Ellipsoids ist, dessen Rotationsachse auf der gedachten Mit­ tellinie des Bauteils (110) liegt.

5. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der scheibenförmige Abschnitt (109) in seinem Quer­ schnitt senkrecht zur rotationssymmetrischen Mittellinie seiner Außenkontur Durch- oder Ausbrüche aufweist.

6. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem scheibenförmigen Abschnitt (109) als Ausbrüche radial ausgerichtete Kerben (113) angeordnet sind.

7. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bohrung (41) eine Durchgangsbohrung ist, deren Durchmesser zumindest im Bereich der Lagerung und Führung der Ventilelemente (80) und (97) konstant ist.

8. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende der Bohrung (41) neben der Druckwaage (70) ein Verschlußele­ ment (114) angeordnet ist, das ein Innengewinde (116) aufweist, in dem ein Gewindestift (111) als verstellbarer Anschlag für das Bauteil (109, 110) eingeschraubt ist.

9. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einer Ausführungsform (1) und (2) für OC-Hydraulik­ kreisläufe sowohl das zweite Proportionalwegeventilelement (120) als auch die Druckwaage (80) jeweils einen separaten, hydrau­ lisch nachgeschalteten Anschluß (53) und (53 oder 51) aufweist.

10. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Längsschieber (147) des zweiten Propor­ tionalwegeventilelements (120) mit einer im Gehäuse (30) abge­ stützten Feder (155) belastet wird, wodurch er im Sperrzustand an einem Ventilsitz (146) im äußeren Längsschieber (140) an­ liegt.

11. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorspannung der Feder (155) mit einer im Ge­ häuse (30) angeordneten Einstellschraube (150) einstellbar ist.

12. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 10 und 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (30) im Bereich der Einstell­ schraube (150) eine Einstellbohrung (68) aufweist, deren Mittel­ linie sich windschief mit der Mittellinie der Längsschie­ ber (140, 147) kreuzt, wobei der kürzeste Abstand der beiden Mittellinien dem Achsabstand zwischen der Einstellschraube (150) und einem in der Einstellbohrung (68) einsetzbaren Einstellrad entspricht.

13. Hydraulische Steuerung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Proportional­ wegeventilelemente (90) und (120) über ein separates Rückschlag­ ventil (170) untereinander verknüpft sind, das bei der Senken­ funktion als Weiche geschaltet ist.

14. Hydraulische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Proportionalwegeventilele­ ment (90) ein einstufiges, direkt betätigtes Ventil ist, und das zweite Proportionalwegeventilelement (120) ein Ventil mit einer Vorstufe, dem inneren Längsschieber (147), und einer Hauptstufe, dem äußeren Längsschieber (140), ist, wobei auf der Außenkontur des Längsschiebers (140) ein Hauptventilkegel (141) und Haupt­ steuerkerben (142) angeordnet sind, die in Serie in den Arbeits­ strom geschaltet sind.