DE69819433T2

DE69819433T2 - Elektromagnetisch betätigtes Steuerventil und hydraulisches Steuersystem unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE69819433T2
Application number: DE1998619433
Authority: DE
Inventors: Raud A. Wilke; Xiaolong Yang
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: CA2240929A1; CN1208141A; KR19990023485A; CA2240929C; DE69819433D1; CN1091232C; EP0900962A3; KR100292544B1; EP0900962A2; EP0900962B1; US5878647A; JPH1172102A; BR9803131A; JP3182398B2

Description

Die vorliegende Endung bezieht sich auf vorgesteuert betriebene hydraulische Ventile und im besonderen auf hydraulische Steuersysteme, in welche derartige Ventile zusammen mit Sicherheitsventilen inkorporiert sind.
Baugeräte besitzen bewegbare Elemente, die über eine hydraulische Zylinder- und Kolbenanordnung betrieben werden. Der Zylinder ist unterteilt in zwei innere Kammern durch den Kolben, und eine selektive Anwendung eines unter Druck stehenden hydraulischen Fluids auf eine der Kammern bewegt den Kolben in eine entsprechende Richtung.
Die Anwendung des hydraulischen Fluid auf den Zylinder wird typischerweise durch ein manuelles Ventil gesteuert, wie etwa ein solches wie es in der US-PS 5 579 642 beschrieben ist. Bei diesem Ventiltyp ist ein manueller Bedienungshebel mechanisch an eine Spule innerhalb des Ventils angeschlossen. Die Bewegung der Spule in verschiedene Positionen in Bezug auf die Ausnehmungen im Ventilkörper ermöglicht es, daß unter Druck stehendes hydraulisches Fluid von einer Pumpe zu einer der Zylinderkammern strömt und abgezogen wird aus der anderen Kammer. Durch Veränderung des Ausmaßes, in welchem die Spule bewegt wird, kann das Ausmaß der Strömung in die zugeordnete Kammer variiert werden, wodurch der Kolben in proportional unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt wird.
Es besteht gegenwärtig ein Trend bezüglich der Baugeräte weg von manuell betätigten hydraulischen Ventilen in Richtung auf elektrisch gesteuerte Einrichtungen und den Einsatz von Solenoidventilen. Dieser Steuertyp vereinfacht die Verlegung der hydraulischen Leitungen, da die Steuerventile nicht mehr in der Führerhauskabine angeordnet werden müssen. Diese Änderung der Technologie erleichtert auch eine Rechnersteuerung von verschiedenen Maschinenfunktionen.
Solenoidventile sind hinlänglich bekannt zur Steuerung des Stromes eines hydraulischen Fluids und setzen eine elektromagnetische Spule ein, die eine Armatur in einer Richtung bewegt, um ein Ventil zu öffnen. Entweder die Armatur oder ein Ventilelement steht unter Vorspannung einer Feder, so daß das Ventil schließt, wenn der Strom von der Solenoidspule abgenommen wird. Es führt dazu, daß herkömmliche Solenoide nicht zum Einsatz kommen zum Betrieb eines Standardventilkerns, welcher eine Proportionalbewegung in zwei Richtungen erfordert, um einen hydraulischen Zylinder in einem gesteuerten Ausmaß anzuheben und abzusenken.
Als Konsequenz wurden Systeme, wie ein solches wie es in der US-PS 4 276 781 beschrieben ist, ausgelegt, welche ein Paar von solenoidbetriebenen Ventilen für jede arbeitende Zylinderkammer einsetzen. Für eine vorgegebene Zylinderkammer steuert ein Solenoidventil den Einsatz eines unter Druck stehenden Fluids von einer Pumpe, um den Kolben in eine Richtung zu bewegen, während das andere Solenoidventil alternativ geöffnet wird, um das Fluid von der Kammer zurück zum Tank abzuziehen, um den Kolben in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Wenn somit beide Kammern eines Zylinders anzutreiben sind, müssen vier derartige Solenoidventile vorgesehen sein, zwei Zufuhrventile und zwei Abzugsventile.
Zusätzlich sind Rückschlagventile und Sicherheitsventile in einem solchen Steuersystem vorzusehen, um sicherzustellen, daß eine exzessive Belastung des Kolbens oder der Drücke, die innerhalb des Systems erzeugt werden, nicht die Leistungsfähigkeit nachteilig beeinflussen oder Sicherheitsprobleme kreieren. Als Konsequenz würde ein herkömmliches System einen Montageblock umfassen mit einer Anzahl getrennter Solenoidventile und Sicherheitsventile, was zu einem relativ großen physikalischen Aufbau führt.
Die US-PS 5 538 026 beschreibt ein vorgesteuert betriebenes Steuerventil mit Merkmalen, die denjenigen des Oberbegriffes des Anspruches 1 entsprechen. Die EP 0 100 973 beschreibt eine hydraulische Steuerventilanordnung mit einem Verteilerblock, der einen Pumpenzuführkanal, einen Tankkanal und eine Arbeitsöffnung aufweist mit einem ersten und einem zweiten vorgesteuert betätigten Steuerventil. Das erste Steuerventil ist in dem Verteilerblock montiert mit seinem Ein laß und in Verbindung mit dem Pumpenversorgungskanal, während der Auslaß in Verbindung mit der Arbeitsöffnung steht. Das zweite Steuerventil ist in dem Verteilerblock montiert mit dem Einlaß in Verbindung mit der Arbeitsöffnung und dem Auslaß in Verbindung mit dem Tankkanal.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solenoidbetriebenes Vorsteuerventil bereitzustellen, um proportional den Strom des hydraulischen Fluid zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein vorgesteuert betriebenes Steuerventil bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine hydraulische Steuerventilanordnung bereitgestellt, wie sie in Anspruch 11 definiert ist.
Eine Ausführungsform des Steuerventils besitzt auch einen Lasterfassungseinlaß im Körper, und ein Druckkompensator befindet sich im Körper, um die Fluidverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu schließen in Abhängigkeit davon, ob der Druck innerhalb des Lasterfassungseinlasses den Druck von dem Einlaßkanal überschreitet. Ein Ventilmechanismus kann ebenfalls vorgesehen sein, um den Arbeitsöffnungsdruck mit dem Lasterfassungseinlaß zu verbinden, wenn dieser Druck größer ist als der Druck im Lasterfassungseinlaß. Diese Ausführungsform kann auch ein Rückschlagventil vorsehen, welches an den Körper angekoppelt ist, um einen hydraulischen Fluidstrom von dem Auslaßkanal zum Einlaßkanal zu unterbinden, wenn der Auslaßkanal einen größeren Druck besitzt.
Eine weitere Ausführungsform stellt ebenfalls ein Rückschlagventil bereit, welches an den Körper angeschlossen ist, um einen hydraulischen Fluidstrom von dem Auslaßkanal zum Einlaßkanal zu verhindern, wenn der Druck am Auslaßkanal den Druck am Einlaßkanal übersteigt.
Eine hydraulische Steuerventilanordnung gemäß der Erfindung umfaßt mehrere dieser vorgesteuert betriebenen Steuerventile, um einen hydraulischen Aktuator zu betreiben.
Die Erfindung kann auf unterschiedliche Art und Weise zur Ausführung kommen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform nun beschrieben werden wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:
1 ist ein solenoidbetriebenes Vorsteuerversorgungsventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein solenoidbetriebenes Abzugsventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Querschnitt durch eine Ventilanordnung mit zwei Versorgungsventilen und zwei Abzugsventilen und
4 ist eine schematische Darstellung der Ventilanordnung gemäß 3 inkorporiert in ein hydraulisches Steuersystem.
Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 ist ein Versorgungsventil 10 innerhalb eines hydraulischen Fluidverteilungsblockes 12 montiert und umfaßt einen zylindrischen Ventilkörper 14 mit einer Längsbohrung 16, welche sich hier hindurch erstreckt. Der Ventilkörper 14 besitzt einen quer verlaufenden Einlaßkanal 18, der in Verbindung steht mit der Längsbohrung 16. Ein quer verlaufender Auslaßkanal 20 erstreckt sich ebenfalls durch den Ventilkörper 14 und steht in Verbindung mit der Längsbohrung 16 unter Bildung einer Zwischenkammer 21 zwischen dem Einlaßkanal 18 und dem Auslaßkanal 20. Ein Ventilsitz 22 ist dort ausgebildet, wo sich der Einlaßkanal 18 in die Zwischenkammer 21 hinein öffnet.
Ein Hauptventilkegel 24 ist gleitend positioniert innerhalb der Längsbohrung 16 und steht in Eingriff mit dem Ventilsitz 22, um selektiv die Strömung des hydraulischen Fluids zu steuern zwischen dem Einlaßkanal 18 und der Zwischenkammer 21.
Der Hauptventilkegel 24 besitzt einen Vorsteuerkanal 30 zwischen dem Einlaßkanal 18 und dem Auslaßkanal 20, wobei der Vorsteuerkanal 30 unterteilt ist in einen Einlaßabschnitt 26, einen Auslaßabschnitt 32 sowie eine Steuerkammer 28 der Längsbohrung 16. Der Einlaßabschnitt 26 erstreckt sich von dem Einlaßkanal 18 zur Steuerkammer 28 auf der entfernten Seite des Hauptventilkegels 24 von der Zwischenkammer 21, und der Auslaßabschnitt 32 erstreckt sich von der Steuerkammer 28 zur Zwischenkammer 21. Im einzelnen öffnet sich der Auslaßkanal in die Steuerkammer 28 durch eine Druckausgleichsöffnung 34, welche sich zentral in dem Hauptventilkegel 24 befindet.
Die Bewegung des Hauptventilkegels 24 wird gesteuert durch ein Solenoid 36 mit einer Solenoidspule 38, einer Armatur 42 sowie einem Vorsteuerkegel 44. Die Solenoidspule 38 ist aufgenommen innerhalb eines Endes der Längsbohrung 16 und wird an ihrem Platz gehalten über eine Endplatte 40, die an dem Ventilkörper 14 befestigt ist. Ein Rohr 41 aus nicht magnetischem Material ist aufgenommen innerhalb der Solenoidspule 38 und die rohrförmige Armatur 42 innerhalb des Rohres erstreckt sich in Richtung auf den Hauptventilkegel 24. In Abhängigkeit von dem elektromagnetischen Feld, welches durch Erregung der Solenoidspule 38 erzeugt wird, gleitet die Armatur 42 innerhalb des Rohres 41.
Der Vorsteuerkegel 44 befindet sich innerhalb der Bohrung der rohrförmigen Armatur 42 und wird in Richtung auf ein Ende der Armatur gedrückt über eine Primärfeder 46, die mit einem Einstellkolben 48 in Anlage steht, der in eine Öffnung in der Endplatte 40 eingeschraubt ist. Im nicht erregten Zustand der Solenoidspule 38 drückt die Primärfeder 46 den Vorsteuerkegel 44 gegen eine Schulter 50 in der Bohrung der Armatur 42 und drückt somit die Armatur und den Vorsteuerkegel in Richtung auf den Hauptventilkegel 24. In diesem Zustand legt ein kegelstumpfförmiger Teil 45 des Vorsteuerkegels 44 die Öffnung des Auslaßkanals 42 an die Steuerkammer 28 an und schließt hierbei die Verbindung zwischen dem Einlaßabschnitt 26 und dem Auslaßabschnitt 32 des Vorsteuerkanals 30. Eine Sekundärfeder 52 drückt den Hauptventilkegel 24 von der Armatur 42 weg. Der Vorsteuerkegel 44 besitzt einen Kanal 54, welcher sich zwischen der Steuerkammer 28 und einer Ausnehmung erstreckt, innerhalb welcher sich die Primärfeder 46 befindet, um einen Fluidstrom zu gestatten zwischen der Kammer und der Ausnehmung.
Ein Druckausgleichsstift 56 ragt von dem Vorsteuerkegel 44 in die Druckausgleichsöffnung 34 des Hauptventilkegels 24. Dieser Stift 56 besitzt eine umlaufen de Ausnehmung 58 an der Zwischenfläche zwischen dem Stift und einem kegelstumpfförmigen Teil 45 des Vorsteuerkegels 44, wodurch der Vorsteuerkanal 30 abgedichtet wird. Der Teil der Druckausgleichsöffnung 34, welcher sich über das Ende des Ventilstiftes 56 hinaus erstreckt, besitzt eine Queröffnung, die in Verbindung steht über den Vorsteuerkanaleinlaßabschnitt 26 zum Einlaßkanal 18. Dementsprechend wird der Versorgungsdruck an dieses Ende des Druckausgleichsstiftes 56 angelegt, und der Druck in der Zwischenkammer 21 wird an die umlaufende Ausnehmung 48 am anderen Ende des Druckausgleichsstiftes angelegt.
Der Teil des Versorgungsventils 10, der soweit beschrieben wurde, funktioniert als Proportionalventil in Abhängigkeit von der Anlage eines elektrischen Stromes an die Solenoidspule 38. Das Ausmaß des hydraulischen Fluidstromes durch das Versorgungsventil 10 ist direkt proportional zur Größe des elektrischen Stromes, der die Solenoidspule 38 durchfließt. Der elektrische Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld, welches die Armatur 42 in die Solenoidspule 38 hinein und weg von dem Hauptventilkegel 24 zieht. Da die Schulter 50 der Armatur in Anlage kommt mit einer Paßfläche an dem Vorsteuerkegel 44, bewegt sich dieses letztere Element ebenfalls von dem Hauptventilkegel 24 weg, um damit zu gestatten, daß hydraulisches Fluid von dem Einlaßkanal 18 durch den Vorsteuerkanaleinlaßabschnitt 26, das Steuerelement 28 und den Auslaßabschnitt 32 zur Zwischenkammer 21 strömt.
Unter der augenblicklichen Annahme, daß die Zwischenkammer 52 in Verbindung mit dem Auslaßkanal 20 steht (d. h. die Rückschlagventile 60 und 75 sind offen) erzeugt der Strom des Hydraulikfluids durch den Vorsteuerkanal 30 einen Druckunterschied zwischen der Zwischenkammer 21 und der Steuerkammer 28, die sich bei einem niedrigeren Druck befindet. Als Konsequenz dieses Druckdifferenzials bewegt sich der Hauptventilkegel 24 weg von dem primären Ventilsitz 22 und öffnet einen direkten Kanal zwischen dem Einlaßkanal 18 und dem Auslaßkanal 20. Die Bewegung des Hauptventilkegels 24 setzt sich fort, bis dieser den kegelstumpfförmigen Teil 45 des Vorsteuerkegels 44 kontaktiert. Somit ist der Abstand, um welchen sich der Hauptkegel weg von dem Ventilsitz 22 bewegt, die Größe einer Öffnung, die erzeugt wird zwischen dem Ventileinlaß und -auslaß, und das Strömungsausmaß des Hydraulikfluids wird bestimmt durch die Position der Arma tur 42 und des Vorsteuerkegels 44. Diejenigen Parameter werden wiederum gesteuert durch die Größe des elektrischen Stromes, der die Solenoidspule 38 durchfließt.
Der Druckausgleichsstift 56 des Vorsteuerkegels 44 wird im Vorsteuerkanalauslaßabschnitt 32 positioniert, wobei die umlaufende Ausdehnung 58 um den Stift herum in Verbindung mit dem Auslaßkanal steht. Somit ist unter Normalbedingungen die Ausnehmung 58 dem Auslaßdruck ausgesetzt, und das entfernte Ende des Druckausgleichsstiftes 56 ist dem Druck am Einlaßkanal 18 ausgesetzt. Vorzugsweise ist die effektive Druckanspruchsfläche der Stiftausnehmung 58 und der Stiftendfläche 35, die dem Steuerdruck ausgesetzt ist, im wesentlichen gleich der effektiven Fläche des Vorsteuerkegels 44, auf welchen der Steuerdruck wirkt, um den Vorsteuerkegel in Richtung auf den Hauptkegel 24 zu drücken. Auf diese Weise wird der Vorsteuerkegel 44 hydrodynamisch balanciert derart, daß die einzigen Kräfte, die hierauf wirken, auf der Primärfeder 46 und der Solenoidspule 38 beruhen.
Das Versorgungsventil 10 enthält einen Druckkompensierungsmechanismus, der den Druck an jeder Arbeitsöffnung des Verteilerblockes 12 erfaßt und den größten dieser Drücke einem Steuereingang einer variablen Verdrängerpumpe zur Verfügung stellt, die unter Druck stehendes Fluid dem Verteilerblock bereitstellt, wie noch zu beschreiben sein wird. Variable Verdrängerpumpen produzieren einen Ausgangsdruck, der gleich ist der Summe des Drucks, der dem Steuereingang zur Verfügung steht, plus einem konstanten Druck, der bekannt ist als "Randdruck". Der Druckkompensierungsmechanismus bewirkt, daß dieser Randdruck in etwa dem konstanten Druckabfall über das Steuerventil entspricht. Dieser Typ eines Druckkompensationssystems wird beschrieben in der US-PS 5 579 642 .
Während derartige frühere Systeme zum Kompensieren des Druckes einen getrennten Ventilmechanismus einsetzen, schließt das vorliegende Versorgungsventil 10 diese Kompensationskomponenten in den Ventilkörper 14 ein. Insbesondere ist der Druckkompensationsmechanismus 16 am inneren Endteil der Bohrung 16 innerhalb des Ventilkörpers 14 vorgesehen entsprechend der Darstellung in 1.
Hier wird ein Kompensationsrückschlagventilkegel 61 gegen einen ersten Schnappring 62 über eine Feder 64 gedrückt, die mit einem zweiten Schnappring 66 in Anlage steht, der sich in einem Schlitz am inneren Ende 68 des Ventilkörpers 14 befindet. Somit wird der Kompensationsrückschlagventilkegel 61 in Richtung auf eine geschlossene Position gedrückt, wo er den Strom des Hydraulikfluids zwischen der Zwischenkammer 21 und dem Auslaßkanal 20 des Versorgungsventils 10 blockiert. Das innere Ende 68 des Ventilkörpers 14 besitzt eine Öffnung, durch welche der Lasterfassungsdruck angelegt wird von dem Kanal 74 in dem Verteilerblock 12.
Bei diesem Druckkompensationssystem ist der Lasterfassungsdruck der größte Druck unter allen zugeordneten Arbeitsöffnungen und wird somit angelegt an die Federseite des Druckkompensationsventilkegels 61, um den Kegel in den geschlossenen Zustand zu drücken. Die entgegengesetzte Seite des Kegels nimmt den Versorgungsdruck auf wie er angelegt ist an die Zwischenkammer 21, wenn das Versorgungsventil 10 offen ist. Wenn der Druck einer anderen Arbeitsöffnung der Ventilanordnung signifikant größer ist als derjenige an der Arbeitsöffnung, die diesem besonderen Versorgungsventil 10 zugeordnet ist, wird der Druckkompensatonsrückschlagventilkegel 61 in die geschlossene Position gedrückt. Ansonsten ist der Druckkompensationsrückschlagventilkegel 61 offen in einem Ausmaß, welches eine Funktion der Differenz ist zwischen den Drücken.
Der Arbeitsöftnungsdruck wird erfaßt durch ein Lasterfassungsventil 70, welches sich in einem Kanal befindet durch den Kompensationsrückschlagventilkegel 61. Das flache Lasterfassungsventil 70 wird an Ort und Stelle gehalten durch eine Scheibe 72, die Öffnungen hierdurch trägt, welche gegen den Kompensationsrückschlagventilkegel 61 über die Feder 64 gehalten ist. Dies führt dazu, daß dann, wenn der Arbeitsöffnungsdruck für dieses spezielle Ventil der größte ist unter allen Arbeitsöffnungen für den Verteilerblock 22, sich das Lasterfassungsventil 70 öffnet und diesen Arbeitsöftnungsdruck auf den Lasterfassungskanal 74 überträgt. Wenn eine andere Arbeitsöffnung den größten Druck aufweist, wird der Druck innerhalb des Lasterfassungskanals 74 größer sein als derjenige des Ausgangskanals 20 des Ventils, und das Lasterfassungsventil 70 befindet sich in der geschlossenen Position.
Das Versorgungsventil 10 besitzt auch ein Rückschlagventil 75, um zu verhindern, daß Hydraulikfluid zurück von der Arbeitsöffnung strömt durch das Versorgungsventil in einem offenen Zustand. Solch ein Rückstrom würde eintreten, wenn die Einrichtung, die von dem Ventil 20 versorgt wird, eine sehr große Last bearbeitet, die Fluid zurück zum Versorgungsventil drückt. Dieses Rückschlagventil 75 ist implementiert über eine Hülse 76, um die Außenseite des Ventilkörpers 14 und steht unter dem Druck einer Feder 78 über dem Auslaßkanal 20. Die entsprechenden Oberflächen der Hülse 76, die dem Arbeitsöftnungsdruck und dem Druck von der Zwischenkammer 21 ausgesetzt sind, sind so bemessen, daß sich das Rückschlagventil 75 öffnet, wenn der Druck der Zwischenkammer größer ist, und den Auslaßkanal 20 schließt, wenn der Arbeitsöffnungsdruck größer ist.
Unter Bezugnahme auf 2 besitzt ein Rückführungsventil 90 ein elektromagnetisch betriebenes Ventil 92, welches identisch ist zu demjenigen, welches unter Bezugnahme auf das Versorgungsventil 10 beschrieben wurde. In diesem Ventil 92 öffnet und schließt ein Hauptventilkegel 94 einen Kanal zwischen einem Arbeitsöffnungsauslaß 96 und einer Rückführungsöffnung 98.
Das Rückführungsventil 90 besitzt weder eine Druckkompensationsrückschlagventilanordnung noch das Lasterfassungsventil und das getrennte Rückschlagsventil, welche im Auslaßbereich des Versorgungsventils 10 vorgesehen waren. Statt dessen besitzt das Entlastungsventil ein inneres Rückschlagventil 100, welches sich im Arbeitsöffnungsbereich des Rückführungsventils 90 befindet. Das innere Rückschlagventil 100 besitzt einen Kegel 102, der von dem Ende des Ventilkörpers 95 durch eine Feder 104 weg gedrückt wird. Der Rückschlagventilkegel 102 besitzt eine zentrale Öffnung 105, die einen Führungsstift aufnimmt, welcher sich von dem Boden der Öffnung in den Verteilerblock 12 ausgehend erstreckt, in welchem sich das Rückführungsventil 90 befindet. Eine Ausnehmung 112 zwischen dem Ende des Rückführungsventils 90 und dem Boden der Verteilerblocköffnung ist angeschlossen über einen Kanal 108 zu einem Kanal 110, der zu einer Arbeitsöffnung des Verteilerblockes 12 führt. Dementsprechend nimmt die Ausnehmung 112 den Arbeitsöffnungsdruck auf, welcher dazu neigt, das innere Rückschlagventil 100 in eine nach innen gerichtete Bewegung zu führen im Hinblick auf den Ventilkörper 95 und neigt damit dazu, die Rückführöffnung 98 zu verschließen.
Unter Bezugnahme auf 3 besitzt ein Abschnitt 200 des Fluidverteilerblockes 12 zwei Arbeitsöffnungen 201 und 202 zur Ankopplung eines bidirektionalen Aktuators, wie etwa z. B. unterschiedliche Kammern eines Hydraulikzylinders. Der Abschnitt 200 kann einer von mehreren Abschnitten sein, die aufeinander gestapelt sind, um den Fluidverteilerblock 12 zu bilden für den Betrieb einer Mehrzahl von Aktuatoren. Als solches besitzt der Abschnitt 200 zwei Tankkanäle 204, die hier hindurch laufen (in die Ebene der 3 hinein und aus dieser heraus) sowie ein Paar von Versorgungskanälen 206, die parallel zu den Tankkanälen verlaufen. Die Tank- und Versorgungskanäle 204 bzw. 206 sind über äußere Schläuche (nicht dargestellt) an den Reservoirtank bzw. die Pumpe angeschlossen. Ein ähnlicher Lasterfassungskanal 208 ist durch den Abschnitt 200 des Verteilerblockes 12 vorgesehen.
Jede Arbeitsöffnung 202 und 204 besitzt ein zugeordnetes Versorgungsventil 210 bzw. 212 zur Steuerung des Fluidstromes zwischen einem der Pumpenkanäle 206 und der entsprechenden Arbeitsöffnung. Jedes Versorgungsventil 210 und 212 ist vom oben beschriebenen Typ und in 1 wiedergegeben. Ein Lasterfassungskanal 208 kommuniziert mit dem inneren Ende eines jeden der Versorgungsventile 210 und 212. Der Verteilerblockabschnitt 200 besitzt ebenfalls Querkanäle 214 und 216, die sich von einer Arbeitsöffnung 201 bzw. 202 zu den Einlaßkanälen der getrennten Rückführventile 218 und 220 des Typs gemäß 2 erstrecken. Das innere Ende eines jeden Rückführungsventils 218 und 220 ist angekoppelt über einen Kanal 222 bzw. 224 an den zugeordneten Arbeitsöffnungsquerkanal 214 oder 216. Somit wird der Arbeitsöffnungsdruck an das entsprechende Rückschlagventil 100 am inneren Ende der Rückführungsventile 218 und 220 angelegt.
Die 4 zeigt schematisch den Anschluß der unterschiedlichen Ventile innerhalb eines Abschnitts 200 des Fluidverteilerblockes 12 und den Anschluß einer variablen Verdrängerpumpe 230, eines Reservoirtankes 232 sowie eines hydraulischen Aktuators 234. Der hydraulische Aktuator 234 ist dargestellt mit einem Zylinder 236, der unterteilt ist in zwei interne Kammern 240 und 242 über einen Kolben 238.
Um den Kolben 238 anzuheben, erregt eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) das Solenoid 36 innerhalb des Versorgungsventils 210, wodurch veranlaßt wird, daß hydraulisches Fluid von der Pumpe 230 zu dem integralen Kompensationsrückschlagventil 60 innerhalb des Versorgungsventils 210 strömt. Die Anlage des Druckes von dem Solenoidversorgungsventil öffnet das Kompensationsrückschlagventil 60, wodurch es dem Hydraulikfluid gestattet ist, durch das Rückschlagventil 75 hindurch zu strömen. Das hydraulische Fluid strömt dann aus der Arbeitsöffnung 201 zur unteren Zylinderkammer 240 und neigt dazu, den Kolben 238 nach oben zu drücken.
Zu dieser Zeit ist das Rückführventil 218 für die untere Kammer des Zylinders entregt, wobei die Primärfeder 91 (2) dieses Ventil geschlossen hält. Zusätzlich drückt der relativ hohe Pumpendruck in dem Querkanal 214 verglichen mit dem Tankkanal 204 das Rückschlagventil 100 des Rückführventils 218 in den geschlossenen Zustand. Für den Fall, daß das Rückführventil 218 zufällig öffnet, verhindert sein Rückschlagventil, daß der Abstrom von dem Versorgungsventil 210 durch das Rückschlagventil 218 zum Tank 232 strömt.
Die sich ergebende Aufwärtskraft des Kolbens 238 von der Einführung des Fluids in die untere Zylinderkammer 214 komprimiert das Fluid, welches sich in der oberen Kammer 242 befindet, was andererseits die Aufwärtsbewegung des Kolbens behindern würde. Zu dieser Zeit aktiviert jedoch ein Signal von der Steuerschaltung das Solenoid im Rückführventil 220 für die obere Kammer 242 des Zylinders, wodurch das Rückführventil geöffnet wird. Somit strömt das Hydraulikfluid von der oberen Kammer 242 durch das Rückführventil 220 zum Tank 232. Da das Druckdifferenzial zwischen dem Querkanal 216 und dem Tankkanal 204 nicht ausreicht, um die Kraft der Feder 225 zu überwinden, wird das Rückschlagventil 100 für das Rückführventil 220 offengedrückt.
Der Druck des Rückkehrfluids von der oberen Zylinderkammer 242 schließt das Rückschlagventil 75 des Versorgungsventils 212, wodurch verhindert wird, daß der Rückkehrdruck das Lasterfassungsventil 70 in diesem Versorgungsventil und den Betrieb der Pumpe 230 beeinflußt.
Wenn die Last, die auf den Kolben 238 wirkt, größer wird als der Pumpendruck, würde der Kolben dazu neigen, das Fluid aus der unteren Zylinderkammer 203 zurück durch den Ventilabschnitt 200 in Richtung auf die Pumpe 230 zu drücken. Das Rückschlagventil 75 in dem Versorgungsventil 210 schließt in Abhängigkeit von diesem Rückdruck, wodurch ein Rückstrom des Hydraulikfluids von dem Aktuator 234 unterbunden wird. Die Anordnung dieses Rückschlagventils 75 verhindert auch, daß der Rückdruck die Lasterfassung innerhalb des Versorgungsventils 210 beeinflußt. Ein solcher hoher Druck innerhalb der unteren Zylinderkammer 240 schließt auch das Rückschlagventil 100 innerhalb des Rückführventils 218, so daß Fluid nicht zum Tank 232 entweichen kann, falls das zugeordnete Solenoidventil 92 offen sein sollte. Dementsprechend verhindert die Ventilanordnung, daß eine schwere Last den Aktuator nach unten drückt.
Es leuchtet ein, daß zur Bewegung des Kolbens 238 innerhalb des Zylinders 236 nach unten die Steuerschaltung die Solenoide im Versorgungsventil 212 und im Rückführventil 218 erregt, während die Solenoide in den Ventilen 210 und 220 im entregten Zustand gehalten werden. Diese alternative Wirkung führt Hydraulikfluid von der Pumpe 230 zu der oberen Kammer 242 des Zylinders 236, während Fluid von der unteren Kammer 240 zum Tank 232 abgezogen wird.

Claims

Ein vorgesteuert betriebenes Steuerventil (10) mit einem Körper (14), welcher einen Eingangskanal (18) und einen Ausgangskanal (20) ausbildet, einem Hauptventil-Ventilkegel (24), welcher zum Steuern einer Fluidströmung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal wahlweise in einen Ventilsitz (22) innerhalb des Körpers eingreift, und einer Steuerkammer (28) auf einer Seite des Hauptventil-Ventilkegels beabstandet von dem Ventilsitz (22), einer Apertur (34), welche in dem Hauptventil-Ventilkegel (24) ausgebildet ist und eine Öffnung in die Steuerkammer aufweist, wobei die Apertur ein inneres Ende aufweist, welches mit dem Einlaßkanal (18) in Verbindung steht, einem Vorsteuerkanal (30), welcher in dem Hauptventil-Ventilkegel (24) ausgebildet ist und eine Einlaßsektion (26), welche sich zwischen dem Einlaßkanal (18) und der Steuerkammer (28) erstreckt, sowie eine Auslaßsektion (32) aufweist, welche einen Fluidkanal zwischen der Apertur (34) und dem Auslaßkanal (20) zur Verfügung stellt, wobei das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) ferner einen Vorsteuerventilkegel (44) mit einem Ventilkegelkörper (45) aufweist, welcher wahlweise die Öffnung der Apertur (34) abdichtet, wobei am Ventilkegelkörper (45) ein Druckbalancestutzen (56) befestigten ist, welcher sich in die Apertur hinein erstreckt, wobei der Druckbalancestutzen (56) eine Ausnehmung (58) aufweist, auf die ein Druck in der Auslaßsektion (32) einwirkt, und die ein Ende (35) aufweist, auf welches ein Druck in der Einlaßsektion (26) kontinuierlich wirkt, und einen Aktuator (36), welcher zum Bewegen des Vorsteuerventilkegels (44) relativ zum Hauptventil-Ventilkegel (24) angeordnet ist; wobei das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) gekennzeichnet ist durch: der Körper (14) weist ebenfalls einen Kraftmeßeingang (74) auf; und einen Druckkompensator (60) oder einen Kompensationsrückschlagventil-Ventilkegel (61), welcher innefhalb des Körpers (14) angeordnet ist und eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal (18, 20) in Abhängigkeit davon, daß der Druck in dem Kraftmeßeingang einen Druck vom Einlaßkanal (18) übersteigt, schließt.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerventilkegel (44) einen Durchgangskanal (54) aufweist, durch welchen Fluid zwischen gegenüberliegenden Seiten des Vorsteuerventilkegels (44) strömt.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (36) ein Elektromagnet (36) mit einer Armatur (42) ist, welche den Vorsteuerventilkegel (44) betätigt.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (36) ein Elektromagnet (36) ist und folgendes aufweist: eine elektromagnetische Spule 38); eine rohrförmige Armatur (42) innerhalb der elektromagnetischen Spule, wobei die Armatur den Vorsteuerventilkegel (44) aufnimmt; und eine Feder, welche den Vorsteuerventilkegel (44) gegen die Armatur vorspannt.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (64) vorgesehen ist, welche den Druckkompensator (40) in Richtung einer Position vorspannt, bei der eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal (18, 20) geschlossen ist.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftmeßkanal vorgesehen ist, welcher sich zwischen dem Kraftmeßeingang (74) und dem Auslaßkanal (20) erstreckt, und daß ein Ventil (72) vorgesehen ist, welches den Kraftmeßkanal schließt, wenn ein Druck am Kraftmeßeingang größer ist als ein Druck am Auslaßkanal (20).
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (75) vorgesehen ist, welches mit dem Körper (14) verbunden ist, oder daß eine Rückschlagventilbüchse (75) um den Körper (14) herum vorgesehen ist, welche den Auslaßkanal (20) schließt, um eine Fluidströmung von Hydraulikfluid von dem Auslaßkanal (20) zum Einlaßkanal (18) zu begrenzen.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (75) vorgesehen ist, welches in den Körper (14) eingreift und eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal (18, 20) in Abhängigkeit von einer extern auf das Rückschlagventil wirkenden Kraft schließt.
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil-Ventilkegel (61) innerhalb des Körpers vorgesehen ist und eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal (18, 20) schließt, wenn eine extern auf das Rückschlagventil wirkende Kraft größer ist, als ein Druck am Auslaßkanal (20).
Das vorgesteuert betriebene Steuerventil (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (104) vorgesehen ist, welche den Rückschlagventil-Ventilkegel (61) in eine Position vorspannt, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal erlaubt.
Eine hydraulische Steuerventilanordnung folgendes umfassend: einen Verteilerblock (12) mit einem Pumpenzuführungskanal (206), einem Tankkanal (204), einem Kraftmeßkanal (74), einem ersten Arbeitsanschluß (210) und einem zweiten Arbeitsanschluß (202); erstes und zweites vorgesteuert betriebene Eingangsventile (210, 212); erste und zweite vorgesteuert betriebene Rücklaufventile (218, 220), wobei das erste vorgesteuert betriebene Eingangsventil (210) mit seinem ersten Einlaß (18) in Verbindung mit dem Pumpenzuführkanal (206) und seinem ersten Auslaß (20) in Verbindung mit dem ersten Arbeitsanschluß (201) auf dem Verteilerblock (12) montiert ist, und das zweite vorgesteuert betriebene Eingangsventil (212) mit seinem ersten Einlaß (18) in Verbindung mit dem Pumpenzuführkanal (206) und seinem ersten Auslaß (20) in Verbindung mit dem zweiten Arbeitsanschluß (202) auf dem Verteilerblock (12) montiert ist; und das erste vorgesteuert betriebene Rücklaufventil (218) mit seinem zweiten Einlaß (96) in Verbindung mit dem ersten Arbeitsanschluß (201) und seinem zweiten Auslaß (98) in Verbindung mit dem Tankkanal (204) in dem Verteilerblock (12) montiert ist, und das zweite vorgesteuert betriebene Steuerventil (220) mit seinem zweiten Einlaß (96) in Verbindung mit dem zweiten Arbeitsanschluß (202) und seinem zweiten Auslaß (98) in Verbindung mit dem Tankkanal (204) in dem Verteilerblock (12) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite vorgesteuert betriebene Eingangsventil folgendes umfassen: (a) einen ersten Körper, welcher einen ersten Einlaß und einen ersten Auslaß mit einem dazwischen liegenden ersten Ventilsitz (22) ausbildet, (b) einen ersten Hauptventil-Ventilkegel (24), welcher wahlweise in den ersten Ventilsitz (22) eingreift, um Fluidströmung zwischen dem ersten Einlaß und dem ersten Auslaß zu steuern, und welcher eine erste Steuerkammer innerhalb des ersten Körpers auf einer Seite des ersten Ventilsitzes (22) beabstandet von dem ersten Hauptventil-Ventilkegel (24) ausbildet, (c) eine erste Apertur (34) in dem ersten Hauptventil-Ventilkegel (24) und eine Öffnung in die erste Steuerkammer, wobei die erste Apertur ein inneres Ende aufweist, welches in Fluidverbindung mit dem ersten Einlaß steht, (d) einen ersten Vorsteuerkanal, welcher in dem ersten Hauptventil-Ventilkegel (24) ausgebildet ist und eine erste Einlaßsektion aufweist, die sich zwischen dem ersten Einlaß und der ersten Steuerkammer erstreckt und eine erste Auslaßsektion aufweist, die einen Fluidkanal zwischen der ersten Apertur (34) und dem ersten Auslaß zur Verfügung stellt, (e) einen ersten Vorsteuerventilkegel (44) mit einem ersten Ventilkegelkörper, welcher wahlweise die Öffnung der ersten Apertur (34) abdichtet, mit einem ersten Druckbalancestutzen (56), der an dem ersten Ventilkegelkörper befestigt ist und sich in die erste Apertur (34) hinein erstreckt, wobei der erste Druckbalancestutzen (56) eine erste Ausnehmung (58) aufweist, auf die ein Druck von der ersten Auslaßsektion wirkt, und ein Ende aufweist, auf das ein Druck von der ersten Einlaßsektion wirkt, (f) einen Druckkompensator (60) innerhalb des ersten Körpers, welcher in Verbindung mit dem Kraftmeßkanal (74) steht und eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Einlaß und dem ersten Auslaß (18, 20) schließt, wenn ein Druck in dem Kraftmeßkanal einen Druck von dem ersten Einlaß übersteigt, und (g) einen ersten Aktuator (36), welcher zum Bewegen des ersten Vorsteuerventilkegels (44) angeordnet ist, wobei das erste und zweite vorgesteuert betriebene Rücklaufventil (218, 220) folgendes umfassen: (h) einen zweiten Körper (95), welcher einen zweiten Einlaß (96) und einen zweiten Auslaß (98) mit einem dazwischen liegenden zweiten Ventilsitz (22) ausbildet, (i) einen zweiten Hauptventil-Ventilkegel (94), welcher wahlweise in den zweiten Ventilsitz (22) eingreift, um Fluidströmung zwischen dem zweiten Einlaß und dem zweiten Auslaß (96, 98) zu steuern, und welcher eine zweite Steuerkammer (28) innerhalb des zweiten Körpers auf einer Seite des zweiten Ventilsitzes beabstandet von dem zweiten Hauptventil-Ventilkegel (94) ausbildet, (j) eine zweite Apertur (34) in dem zweiten Hauptventil-Ventilkegel (94) und eine Öffnung in die zweite Steuerkammer, wobei die zweite Apertur ein inneres Ende aufweist, welches in Fluidverbindung mit dem zweiten Einlaß steht, (k) einen zweiten Vorsteuerkanal (30), welcher in dem zweiten Hauptventil-Ventilkegel (94) ausgebildet ist und eine zweite Einlaßsektion (26) aufweist, die sich zwischen dem zweiten Einlaß und der zweiten Steuerkammer erstreckt und eine zweite Auslaßsektion (32) aufweist, die einen Fluidkanal zwischen der zweiten Apertur und dem zweiten Auslaß zur Verfügung stellt, (l) einen zweiten Vorsteuerventilkegel (44) mit einem zweiten Ventilkegelkörper, welcher wahlweise die Öffnung der zweiten Apertur abdichtet, mit einem zweiten Druckbalancestutzen (56), der an dem zweiten Ventilkegelkörper befestigt ist und sich in die zweite Apertur hinein erstreckt, wobei der zweite Druckbalancestutzen (56) eine Ausnehmung (58) aufweist, auf die ein Druck von der zweiten Auslaßsektion wirkt, und ein Ende (35) aufweist, auf das ein Druck von der zweiten Einlaßsektion wirkt, (m) ein Rückschlagventil (100), welches zum Blockieren des Flusses von Hydraulikfluid von dem zweiten Auslaß (98) zu dem zweiten Einlaß (96) angeordnet ist, wenn ein Druck an dem ersten oder zweiten Arbeitsanschluß einen Druck an dem Tankkanal übersteigt, und (n) einen zweiten Aktuator (36), welcher zum Bewegen des zweiten Vorsteuerventilkegels (44) angeordnet ist.
Die hydraulische Steuerventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkompensator (60) einen Kompensationsrückschlagventil-Ventilkegel (61) innerhalb des ersten Körpers und einen Kraftmeßdurchgang (208) aufweist, welcher sich zwischen dem Kraftmeßkanal (74) und dem ersten Auslaß (20) erstreckt, und ein Ventil (70), welches den Kraftmeßdurchgang (208) schließt, wenn ein Druck am Kraftmeßkanal (74) größer ist als ein Druck an dem ersten Auslaß.