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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilanordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Ventilanordnung ist aus
US 4 180 098 A bekannt. Die Ventilanordnung
ist mit einer lastabhängigen
positiven und negativen Laststeuerung ausgerüstet, die automatisch den Ventileinlaßdruck regelt,
um eine relativ konstante Druckdifferenz zwischen Einlaßdruck und
Auslaßdruck
aufrecht zu erhalten, und den Lastdruck drosselt, um eine konstante
Druckdifferenz zwischen dem Lastdruck und dem Ausgangsdruck aufrecht
zu erhalten. Die lastabhängige
Steuerung des Strömungsrichtungssteuerungsventils
blockiert den Pumpendurchfluß zum Motor,
während
es die negative Last kontrolliert, wobei der Motoreinlaß mit Fluid
aus dem Motorausgang versorgt wird.
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Eine
weitere hydraulische Ventilanordnung ist aus
DE 199 19 015 A1 bekannt.
Das Kompensationsventil, das auch als Druckwaage oder Druckregelventil
für das
Richtungsventil bezeichnet werden kann, ist vor dem Eingang des
Richtungsventils angeordnet. Es stellt sicher, daß über das
Richtungsventil immer eine konstante Druckdifferenz anliegt, d.h.
das Kompensationsventil steuert den Zufluß der Hydraulikflüssigkeit
zu dem Richtungsventil in Abhängigkeit
vom Öffnungsgrad
des Richtungsventils.
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Eine
derartige Ventilanordnung wird vielfach in einem hydraulischen System
verwendet, in dem mehrere derartige Ventilanordnungen nebeneinander
vorgesehen sind. Jede dieser Ventilanordnungen steuert dabei einen
eigenen Verbraucher, beispielsweise einen Motor. Ein Beispiel hierfür ist ein
hydraulisch angetriebener Bagger, bei dem es verschiedene Motoren
gibt, um unterschiedliche Elemente bei der Bewegung der Baggerschaufel
steuern zu können. Ein
erster Motor ist vorgesehen, um die Neigung eines Baumes zu steuern.
Ein zweiter Motor steuert die Bewegung eines Armes gegenüber dem
Baum und ein dritter Motor steuert die Bewegung der Schaufel gegenüber dem
Arm.
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Wenn
beispielsweise ein Motor betätigt
wird und einen entsprechenden Druckbedarf hat, dann muß dieser
Druck am Hochdruckanschluß verfügbar sein.
Dieser hohe Druck liegt dann aber auch an den Hochdruckanschlüssen der
anderen Ventilanordnungen an. Bei höheren Drücken kann es aufgrund von praktisch
unvermeidbaren Leckagen vorkommen, daß sich der Druck bis zu einem
Motor fortpflanzt, der nicht betätigt
sein sollte, und diesen in Bewegung setzt, obwohl dies gar nicht
erwünscht
ist. Besonders gefährlich
wird dies beispielsweise dann, wenn durch derartige parasitäre Druckfortpflanzungen
eine Last angehoben wird.
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Man
kann zwar Sicherungsventile zwischen dem Richtungsventil und dem
Motor vorsehen. Diese Sicherungsventile können durch die parasitären Druckfortpflanzungen
aber unter Umständen
aufgesteuert werden. Ventile können
mit vertretbarem Aufwand Leckagen praktisch nicht vermeiden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gefährliche Situationen, die durch
unkontrollierte Drücke
entstehen, zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird bei einer hydraulischen Ventilanordnung der eingangs
genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs
1 gelöst.
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Mit
dieser Ausgestaltung erhält
das Kompensationsventil eine zweite Funktion. Es muß nun nicht mehr
nur dafür
sorgen, daß der
Druck über
das Richtungsventil konstant gehalten wird. Es stellt auch sicher,
daß bei
einem Druckanstieg am Druckausgang des Kompensationsventils ab einer
bestimmten Schwelle eine Entlastung erfolgt, indem der Druckausgang
des Kompensationsventils mit dem Entlastungsausgang verbunden wird. Über den
Entlastungsausgang kann dann der Druck am Druckausgang abgesenkt
werden. Man verhindert damit relativ frühzeitig, daß sich Drücke aufbauen können, die sich über Leckagen
in Bereiche der Ventilanordnung fortpflanzen können, wo sie wirklich stören können, beispielsweise
indem sie einen Motor in Bewegung setzen. Die erforderliche Modifikation
des Kompensationsventils ist dabei relativ geringfügig. Ein
Entlastungsausgang kann zu niedrigen Kosten vorgesehen werden. Da
das Kompensationsventil ein aus einer Ausgangsstellung in entgegengesetzte
Richtun gen bewegbares Ventilelement aufweist, das bei Bewegung in
eine Richtung eine Druckregelfunktion und bei Bewegung in die entgegengesetzte
Richtung eine Druckentlastungsfunktion erfüllt, kann man das Kompensationsventil
aufbauen, wie bisher auch. Man muß lediglich sicherstellen,
daß das
Ventilelement des Kompensationsventils aus der Ausgangsstellung,
in der das Kompensationsventil normalerweise geschlossen ist, in
eine andere Richtung bewegbar ist. Nach der Bewegung in die andere
Richtung kann das Ventilelement dann einen Pfad zwischen dem Druckausgang
und dem Entlastungsausgang freigeben. Das Ventilelement ist als
Schieber ausgebildet, der auf einer Seite vom Druck in der Lastfühlleitung und
der Kraft einer Feder und auf der entgegengesetzten Seite vom Druck
am Druckausgang beaufschlagt ist. Dies ist der übliche Aufbau eines Kompensationsventils.
Aufgrund der Tatsache, daß das Ventilelement,
nämlich
der Schieber, über
seine Ausgangsstellung hinaus verschiebbar ist, ist auf diese Weise
aber sichergestellt, daß der
Schieber die gewünschte
Verbindung zwischen dem Druckausgang und dem Entlastungsausgang
dann einrichten kann, wenn der Druck am Druckausgang die Kraft der
Feder übersteigt.
In der Lastfühlleitung
herrscht dann, wenn der Motor über
die Arbeitsanschlußanordnung nicht
betätigt
werden soll, üblicherweise
ein geringerer Druck, beispielsweise Tankdruck. Man stellt also sicher,
daß der
Druck am Druckausgang des Kompensationsventils bei geschlossenem
Richtungsventil den Tankdruck nicht wesentlich überschreiten kann. Die Druckdifferenz,
die zum Öffnen
des Entlastungsausgangs erforderlich ist, hängt von der Kraft der Feder
ab. Der Schieber weist einen Längskanal auf,
der über
eine Querbohrung mit dem Druckausgang verbunden ist und in einer
ersten Druckkammer endet, wobei der Längskanal über die Querbohrung hinausgeht
und über
eine verschließbare Öffnung mit einer
zweiten Druckkammer verbindbar ist, in der ein Entlastungsdruck
herrscht. Der Längskanal,
der mit der ersten Druckkammer in Verbindung steht, ist aus herkömmlichen
Kompensationsventilen bekannt. Über
die Querbohrung wird der Druck am Druckausgang in die erste Druckkammer
weitergeleitet, so daß sich
der Schieber so einstellen kann, daß der Druck über das
angeschlossene Richtungsventil konstant gehalten wird. Mit einer
relativ kleinen Modifikation kann nun der Schieber des Kompensationsventils
so verändert
werden, daß er
die Zusatzfunktion, nämlich die
Druckentlastung, erfüllen
kann. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Längskanal über die
Querbohrung hinaus zu verlängern
und über
eine Bohrung in die zweite Druckkammer münden zu lassen. Die Bohrung
muß natürlich verschließbar sein,
damit der Druck am Druckausgang dann, wenn ein Druck an das Richtungsventil
weitergegeben werden soll, nicht kurzgeschlossen wird.
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Vorzugsweise
ist der Entlastungsausgang mit dem Niederdruckanschluß verbunden.
Man kann den Druck am Druckausgang also auf den Druck in der Niederdruckleitung
absenken. Dies ist in den meisten Fällen der Druck, der im Tank
für die
Hydraulikflüssigkeit
herrscht, mit anderen Worten Tankdruck. Wenn der Druck am Druckausgang
auf den Tankdruck abgesenkt worden ist, dann dauert es in der Regel
trotz möglicherweise
vorhandenen Leckagen eine gewisse Zeit, bis sich der Druck bei ansonsten
geschlossenem Kompensationsventil wieder soweit aufgebaut hat, daß er unter
Umständen
gefährlich
werden könnte.
Vor diesem Zeitpunkt kann aber der Druckausgang wieder mit dem Entlastungsausgang
verbunden werden, so daß gefährliche
Situationen relativ zuverlässig
unterbunden werden können.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Entlastungsausgang
mit einer Lastfühlleitung
verbunden ist, die mit dem Richtungsventil in Verbindung steht.
Auch auf diese Weise wird der Druckausgang praktisch auf Tankdruck
entlastet. Die Lastfühlleitung
steht in der Neutralstellung des Richtungsventils nämlich mit
dem Niederdruckanschluß in
Verbindung, so daß der
Druck dann über die
Lastfühlleitung
und das Richtungsventil ebenfalls zum Tank abgelassen werden kann.
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Vorzugsweise
ist die zweite Druckkammer mit der Lastfühlleitung verbunden. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, daß man die zweite Druckkammer
für zwei
Funktionen verwenden kann. Zum einen dient sie dazu, den Druck vom
Druckausgang abzubauen, so daß keine
gefährlichen
Situationen entstehen können.
Zum anderen dient sie dazu, den Schieber so mit Druck zu beeinflussen,
daß er
im Druckkompensationsbetrieb, also bei einem Flüssigkeitsbedarf, in die richtige
Position verschoben wird, um den Druckabfall über das Richtungsventil konstant
zu halten.
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Vorzugsweise
ist die verschließbare Öffnung am
Umfang des Schiebers ausgebildet und über eine vorbestimmte Bewegungsstrecke
von der Wand einer Gehäusebohrung
abgedeckt, in der der Schieber angeordnet ist. Dies ist eine konstruktiv
relativ einfache Ausführung,
um die Freigabe einer Verbindung zwischen der Längsbohrung und der zweiten
Druckkammer von der Stellung des Schiebers abhängig zu machen. Wenn also der
Schieber über
eine vorbestimmte Strecke, in der er die Feder zusammendrückt, in
Richtung auf die zweite Druckkammer verschoben worden ist, dann
gibt die Wand der Bohrung die Öffnung
frei und der Druck kann vom Druckausgang zur zweiten Druckkammer
hin entlastet werden.
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Bevorzugterweise
ist die vorbestimmte Bewegungsstrecke kürzer als eine Strecke, nach
der der Schieber eine Verbindung zwischen dem Druckausgang und dem
Hochdruckanschluß freigibt.
Der Schieber weist einen umlaufenden Vorsprung auf, der zusammen
mit einem Teil der Wand der Gehäusebohrung
eine Dichtungszone bildet. Wenn der Schieber in die Druckregelstellung
verschoben wird, dann geben Drosselnuten am umlaufenden Vorsprung
einen Strömungspfad
zwischen dem Hochdruckanschluß und
dem Druckausgang frei. Man sieht nun vor, daß diese Dichtungszone lang
genug ist, so daß die Öffnung von
der Wand der Gehäusebohrung
freigegeben wird, bevor die Abdichtung in dieser Dichtungszone aufgegeben
wird. Es kann also bei Verschiebung in die "Entlastungsstellung" des Schiebers niemals ein unmittelbarer
Druckdurchgang zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Druckausgang eingerichtet
werden.
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Auch
ist von Vorteil, wenn im Längskanal zwischen
der Öffnung
und der Querbohrung ein Rückschlagventil
angeordnet ist. Mit diesem Rückschlagventil
vermeidet man, daß in
Extremfällen
bei Verschiebung des Schiebers in die Kompensationsrichtung ein
Kurzschluß zwischen
dem Druckausgang und dem Hochdruckanschluß besteht und beispielsweise
eine Last ungewollt absinkt, wenn der Druck am Druckausgang größer ist
als der Druck am Hochdruckanschluß und Sperrventile zwischen
dem Motor und dem Richtungsventil fehlen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild einer Ventilanordnung,
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2 eine
Ventilanordnung schematisch im Querschnitt und
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Ventilanordnung schematisch im Querschnitt.
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1 zeigt
eine Ventilanordnung 1, die vorzugsweise modulartig aufgebaut
ist und zur Betätigung
eines Motors 2 dient. Der Motor ist an einer Arbeitsanschlußanordnung
mit zwei Arbeitsanschlüssen
A, B angeschlossen, zu denen Arbeitsleitungen a, b führen.
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Die
Ventilanordnung 1 weist ferner eine Versorgungsanschlußanordnung
auf mit einem Hochdruckanschluß P,
der mit einer Pumpenleitung 3 verbunden ist, und einem
Niederdruckanschluß T,
der mit einer Behälterleitung 4 verbunden
ist. Ferner ist eine Lastdruckleitung LS vorgesehen, die mit einem Lastdrucksystem 5 verbunden
ist.
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Ein
Richtungsventil 6 steuert die Betätigung des Motors 2 und
zwar nach Richtung und nach Auslenkung. Das Richtungsventil 6 weist
einen Schieber 7 auf, der in insge samt vier Positionen
verschiebbar ist. In der dargestellten Neutralposition 9 ist
ein Druckeingang 8 des Richtungsventils 6 von
den Arbeitsleitungen a, b, die zu den Arbeitsanschlüssen A, B
führen,
getrennt. Das Lastfühlsystem 5 ist
mit der Behälterleitung 4 verbunden.
Ferner sind zwei Betätigungsstellungen 10, 11 vorgesehen,
in denen der Druckeingang 8 jeweils mit einer der Arbeitsleitungen a,
b und die jeweils andere Arbeitsleitung b, a mit der Behälterleitung 4 verbunden
ist. In einer Schwimmstellung 12 sind die beiden Arbeitsleitungen
a, b mit der Behälterleitung 4 verbunden.
Der Schieber 7 wird durch einen nur schematisch dargestellten
Magnetantrieb 13 oder einen nicht näher dargestellten Handhebel
betätigt.
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Zwischen
der Pumpenleitung 3 und dem Druckeingang 8 des
Richtungsventils 6 ist ein lastdruckgesteuertes Kompensationsventil 14 angeordnet,
dessen Druckausgang 15 mit dem Druckeingang 8 des
Richtungsventils 6 verbunden ist. Das Kompensationsventil 14 weist
einen Schieber 16 auf, für den zwei Stellungen symbolisiert
sind.
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In
der in 1 dargestellten Stellung verbindet der Schieber 16 die
Pumpenleitung 3 mit dem Druckausgang 15 und zwar über eine
verstellbare Drossel 17. Der Schieber 16 ist dabei
auf der einen Seite von einem Druck Pk am Druckausgang beaufschlagt
und auf der anderen Seite vom Druck im LS-System 5 sowie
von der Kraft einer Feder 18. Der Schieber 16 wird
in dieser Regelposition so eingestellt, daß der Druck über das
Richtungsventil 6 konstant gehalten werden kann.
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In
seiner anderen Stellung verbindet der Schieber 16 den Druckausgang 15 des
Kompensationsventils 14 mit einem Entlastungsausgang 19.
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Der
Entlastungsausgang 19 ist, wie mit einer durchgezogenen
Linie dargestellt ist, mit dem Lastfühlsystem 5 verbunden.
In einer gestrichelt dargestellten Alternative kann der Lastausgang 19 auch mit
der Niederdruckleitung T verbunden sein. Die Wirkung ist in beiden
Fällen
die gleiche, wie weiter unten erläutert werden wird.
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In
den beiden Arbeitsleitungen a, b sind Sperrventile
20,
21 angeordnet,
von denen jedes ein Rückschlagventil
22,
23 und
einen Durchgangspfad
24,
25 aufweist. Je nachdem,
in welche Richtung der Motor
2 betätigt werden soll, wird das
eine oder das andere Sperrventil betätigt. Die hierzu erforderlichen Antriebe
sind nur schematisch dargestellt. Für weitere Einzelheiten wird
auf die Beschreibung in
DE
199 19 015 A1 verwiesen.
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Die
Ventilanordnung 1 arbeitet nun wie folgt: Wenn das Richtungsventil 6 betätigt wird,
dann entsteht im Lastfühlsystem 5 ein
Druck, der auf den Schieber 16 des Kompensationsventils 14 wirkt
und den Schieber 16 so verschiebt, daß dem Druckeingang 8 des
Richtungsventils 6 Hydraulikflüssigkeit unter einem vorbestimmten
Druck zugeführt
werden kann. Der Druck wird konstant gehalten unabhängig davon,
wie groß der "Verbrauch" durch den Motor 2 ist.
Die Auslenkung des Motors 2 nach Betrag und Richtung wird
also durch das Richtungsventil 6 bestimmt.
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Wenn
ein Motor 2 betätigt
wird, dann muß auf
der Hochdruckleitung P der entsprechende Druck zur Verfügung gestellt
werden. Dieser Druck liegt dann an allen Modulen oder Ventilanordnungen 1 an, die
an der gleichen Hochdruckleitung P angeschlossen sind.
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Wenn
nun bei einer der angeschlossenen Ventilanordnungen 1 das
Richtungsventil 6 geschlossen ist, dann ist es aufgrund
von unvermeidlichen Leckagen möglich,
daß die
unter hohem Druck in der Hochdruckleitung P anstehende Hydraulikflüssigkeit über das
Kompensationsventil 14 zum Druckausgang 15 gelangt.
Bei einem entsprechend weiter wachsenden Druck ist es genauso gut
möglich,
daß die
Flüssigkeit
unter Druck in die Arbeitsleitungen a, b gelangt und dann den Motor 2 betätigt.
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Um
dies zu vermeiden, ist der Entlastungsausgang 19 vorgesehen,
zu dem der Druck Pk entlastet werden kann, wenn dieser Druck Pk
die Kraft der Feder 18 übersteigt.
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Wenn
der Schieber 7 des Richtungsventils 6 in der dargestellten
Neutralstellung 9 steht, ist das Lastfühlsystem 5 mit der
Behälterleitung 4 verbunden.
Der Druck im Lastfühlsystem 5 wirkt
also praktisch ohne Kraft auf den Schieber 16, so daß lediglich die
Kraft der Feder 18 in eine Richtung wirkt. In die entgegengesetzte
Richtung wirkt der Druck Pk, der den Schieber 16 dann so
verschiebt, daß eine
Verbindung zwischen dem Druckausgang 15 und dem Entlastungsausgang 19 hergestellt
wird. Der Druck Pk kann dann entweder über das Lastfühlsystem 5 zum
Niederdruckanschluß T
abfließen
oder direkt zum Niederdruckanschluß T. Sobald der Druck am Druckausgang 15 des
Kompensationsventils 14 weit genug abgesunken ist, bewegt
sich der Schieber 16 wieder in seine Ausgangsstellung zurück.
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Damit
wird vermieden, daß sich
am Druckausgang 15 des Kompensationsventils ein Druck Pk aufbaut,
der den Druck im Lastfühlsystem 5 wesentlich überschreitet.
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Eine
Möglichkeit,
eine derartige Anordnung in einer Ventilanordnung zu realisieren,
ist in 2 dargestellt. In 2 sind Teile,
die denen der 1 entsprechen, mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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In
einem Gehäuse 26 ist
der Schieber 7 des Richtungsventils axial verschiebbar
angeordnet. Der Schieber 7 ist dabei in einer Bohrung 27 des
Gehäuses 26 angeordnet.
Er weist, wie dies an sich bekannt und daher nicht näher erläutert ist,
mehrere Ausnehmungen 28 und Drosselnuten 29 auf,
so daß ein Flüssigkeitsstrom
vom Druckeingang 8 zu den Arbeitsanschlüssen A, B in Abhängigkeit
von der Stellung des Schiebers 7 möglich ist.
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Vom
Kompensationsventil ist der Schieber 16 zu erkennen, der
in einer Gehäusebohrung 30 angeordnet
ist. Der Schieber 16 weist einen Längskanal 31 auf, der
den Schieber über
einen gewissen Teil seiner Länge
durchsetzt und an einem Ende (in 2 links)
in eine erste Druckkammer 32 mündet. Am entgegengesetzten
Ende des Schiebers 16 ist eine zweite Druckkammer 33 vorgesehen,
in der die Feder 18 angeordnet ist und die mit dem LS-System 5 verbunden
ist. Der Längskanal 31 steht über eine Querbohrung 34 mit
dem Druckausgang 15 in Verbindung. Der Druckausgang 15 wird
durch eine umlaufende Nut in der Gehäusebohrung 30 gebildet,
die über
einen Kanal 35 mit dem Druckeingang 8 des Richtungsventils 6 verbunden
ist.
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Der
Längskanal
ist über
die Querbohrung 34 hinaus verlängert bis zu einer weiteren
quer verlaufenden Bohrung 36, die im Umfang des Schiebers 16 mündet und
in der in 2 dargestellten Position des Schiebers 16 von
der Gehäusebohrung 30 abgedeckt
ist. Wenn der Schieber 16 jedoch um eine kleine Strecke
nach rechts gegen die Kraft der Feder 18 verschoben wird,
dann wird die Bohrung 36 von der Gehäusebohrung 30 freigegeben
und es besteht eine Verbindung zwischen dem Druckausgang 15 und
der zweiten Druckkammer 33.
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Die
Pumpenleitung 3 mündet
in eine Ausnehmung 37 der Gehäusebohrung 30. Der
Schieber 16 weist einen umlaufenden Vorsprung 38 mit
Drosselnuten 39 auf, wobei der Vorsprung 38 in
der in 2 dargestellten Position mit der Gehäusebohrung 30 eine
Dichtungszone 40 bildet. Die Überdeckung zwischen dem Vorsprung 38 und
der Gehäusebohrung 30 besteht
noch, wenn sich die Mündung der
Bohrung 36 in die zweite Druckkammer 33 öffnet.
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Wenn
der Druck in der zweiten Druckkammer 33 ansteigt, weil
der Druck im Lastfühlsystem 5 ansteigt,
wird der Schieber 16 nach links verschoben, weil die Kraft,
die der Druck im Lastfühlsystem 5 auf den
Schieber 16 ausübt,
größer ist
als die Kraft, die der Druck Pk auf die entgegengesetzte Seite des Schiebers 16 ausübt. Ein
Flüssigkeitsstrom
vom Hochdruckanschluß P
zum Druckeingang 8 des Richtungsventils kann sich ausbilden.
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Wenn
hingegen das Kompensationsventil geschlossen ist (wie in 2 dargestellt)
und sich aufgrund von Leckagen ein Druck am Druckausgang 15 des
Kompensationsventils bildet, dann gelangt dieser Druck durch den
Längskanal 31 in
die erste Druckkammer 32 und verschiebt den Schieber 16 gegen
die Kraft der Feder 18 nach rechts, so daß die Bohrung 36 in
die zweite Druckkammer 33 öffnet, die zu diesem Zeitpunkt
praktisch drucklos ist. Die Flüssigkeit
aus dem Druckausgang 15 kann dann in die zweite Druckkammer 33 abfließen.
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3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung, die im wesentlichen der der 2 entspricht.
Geändert hat
sich, daß im
Schieber 16 ein Rückschlagventil 41 zwischen
der Bohrung 36, die sich in die zweite Druckkammer 33 öffnet, und
der Querbohrung 34, die sich in den Druckausgang 15 öffnet, angeordnet ist.
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In 3 ist
der Schieber 16 in einer Extremposition dargestellt, in
der der Schieber 7 des Richtungsventils einen Pfad von
dem Arbeitsanschluß B zum
Druckausgang 15 des Kompensationsventils praktisch vollständig freigegeben
hat.
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Die
in 3 dargestellte Ventilanordnung kann auch dann
verwendet werden, wenn die Sperrventile 20, 21 nicht
vorhanden sind.