EP1386084A2

EP1386084A2 - Hydraulische steueranordnung mit wegeventil zur steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen verbrauchers hinsichtlich richtung und geschwindigkeit

Info

Publication number: EP1386084A2
Application number: EP02742885A
Authority: EP
Inventors: Peter BÜTTNER; Tatu Miikkulainen
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2001-05-05
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2004-02-04
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: DE50205586D1; ATE315728T1; DK1386084T3; WO2002090778A3; DE10121924A1; WO2002090778A2; EP1386084B1

Description

Beschreibung

Hydraulische Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit und Wegeventil dafür

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung, die zur Steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers, insbesondere eines einfachwirkenden Hydrozylinders, hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit vor- gesehen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.

Eine solche hydraulische Steueranordnung ist zum Beispiel aus der DE 196 31 803 bekannt und umfaßt ein Wegeventil, das in einem Ventilgehäuse eine Kol- benbohrung mit einer mittleren Zulaufkammer, der Druckmittel von einer Druckmittelquelle zuführbar ist, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern und eine Ablaufkammer, über die Druckmittel zu einem Tank abführbar ist, hat. Üblicherweise sind zwei Ablaufkammern vorhanden. Das Wegeventil besitzt außerdem einen Steuerkolben, der durch eine willkürlich vorgegebene Ansteuerkraft von einer Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine dazu entgegengesetzte zweite Richtung verschiebbar ist und der mit ersten Feinsteuernuten zum Aufsteuem einer Verbindung zwischen der Zulaufkammer und einer ersten der beiden Verbraucherkammern bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in eine erste Richtung und mit zweiten Feinsteuernuten zum Aufsteuern der Verbindung zwischen der ersten Verbraucherkammer und der Ablaufkammer bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in die zweite Richtung versehen ist. Mit dem Steuerkolben wirken vom Lastdruck beaufschlagbare Meßkolben derart zusammen, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens aus der Mittelstellung eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete und mit zunehmendem Lastdruck zunehmende Kompensati- onskraft auf den Steuerkolben ausübbar ist. Die bekannte hydraulische Steueranordnung dient zur Steuerung eines doppeltwirkenden hydraulischen Verbrauchers, zum Beispiel eines Differentialzylinders und ist eine sogenannte Load-Sensing -Steuerung. Hier wird eine Verstellpumpe oder die im Bypass zu einer Konstantpumpe geschaltete Druckwaage derart gere- gelt, daß sich in einer Pumpenleitung, in die die Pumpe fördert, ein Pumpendruck einstellt, der um eine bestimmte Druckdifferenz, das sogenannte Pumpen-Δp, über dem höchsten Lastdruck aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher liegt. Das Druckmittel fließt über proportional verstellbare und durch Steuernuten am Steuerkolben gebildete Zumeßblenden dem einen oder dem anderen An- schluß des hydraulischen Verbrauchers zu. Damit nicht nur die dem lastdruck- höchsten, sondern auch die den anderen gleichzeitig angesteuerten hydraulischen Verbrauchern zufließende Druckmittelmenge lastdruckunabhängig nur von dem Durchflußquerschnitt der Zumeßblende abhängt, ist den beiden Zumeßblenden eines hydraulischen Verbrauchers eine sogenannte Individualdruckwaage vorge- schaltet, deren Regelkolben in Schließrichtung von dem Druck vor den Zumeßblenden und in Öffnungsrichtung vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers und von einer Regelfeder beaufschlagt ist. Die Druckwaage hält eine dem Druckäquivalent der Regelfeder entsprechende Druckdifferenz über die gerade aktive Zumeßblende aufrecht.

Durch die mit dem Steuerkolben zusammenwirkenden Meßkolben wird nun erreicht, daß der Durchflußquerschnitt einer Zumeßblende bei einer vorgegebenen auf den Steuerkolben wirkenden Ansteuerkraft um so kleiner ist, je höher der Lastdruck ist. Da die Druckwaage eine konstante Druckdifferenz über die Zumeß- blende aufrechterhält, wird die dem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge und damit die Geschwindigkeit, mit der sich der hydraulische Verbraucher bewegt, mit zunehmendem Lastdruck kleiner. Letztendlich vermögen in Abhängigkeit von der Ansteuerkraft verschieden hohe Lastdrücke die Zumeßblende ganz zu schließen, so daß der Lastdruck nicht weiter ansteigen kann. Die auf diese Weise mögliche Momenten- oder Kraftsteuerung des hydraulischen Verbrauchers ist bisher der wesentliche Grund für das Vorsehen der Meßkolben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwik- keln, daß auch bei einem einfachwirkenden hydraulischen Verbraucher, insbeson- dere bei einem einfachwirkenden Hydrozylinder, bei einer vorgegebenen auf den Steuerkolben wirkenden Ansteuerkraft mit einfachen Mitteln ein starker Anstieg der Senkgeschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers mit zunehmendem Lastdruck vermieden wird.

Das angestrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei der hydraulischen Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Meßkolben bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung von dem in der ersten Verbraucherkammer herrschenden Druck beaufschlagbar ist. Es wird also der Meßkolben, der bei der Verwendung des Wege- ventils für die Betätigung eines doppeltwirkenden hydraulischen Verbrauchers mit dem in der zweiten Verbraucherkammer anstehenden Lastdruck beaufschlagt wird, beim Senken mit der ersten Verbraucherkammer verbunden und damit beim Senken mit dem Lastdruck beaufschlagt. Die dadurch erzeugte Kompensationskraft steigt mit zunehmendem Lastdruck an und verschiebt den Steuerkolben im Sinne einer Verkleinerung des Durchflußquerschnitts von der ersten Verbraucherkammer zur Ablaufkammer. Auf diese Weise kann eine durch einen zunehmenden Lastdruck zunehmende Druckdifferenz über den Durchflußquerschnitt durch dessen Verkleinerung teilweise oder ganz oder sogar überkompensiert und damit die Senkgeschwindigkeit begrenzt werden. Dies geschieht auf wesentlich einfachere Weise als zum Beispiel mit einer Druckwaage in einem von der Ablaufkammer wegführenden Ablaufkanal.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung kann man den Unteransprüchen entnehmen. Grundsätzlich ist es denkbar, zwischen der ersten Verbraucherkammer und der zweiten Verbraucherkammer, von der aus der Meßkolben vorteilhafterweise gemäß Patentanspruch 2 mit Lastdruck beaufschlagt wird, eine fluidische Verbindung außerhalb des Ventilgehäuses zu schaffen. Besonders bevorzugt wird jedoch die einfache Lösung gemäß Patentanspruch 3, wonach die fluidische Verbindung zwischen der ersten Verbraucherkammer und der zweiten Verbraucherkammer ganz innerhalb des Ventilgehäuses besteht. Der Aufwand für die Verbindung ist bei den Ausbildungen gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 besonders gering.

Gemäß Patentanspruch 6 weist der Steuerkolben eine der Meldung des Lastdruk- kes des hydraulischen Verbrauchers dienende Axialbohrung auf, die bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die erste Richtung über eine erste Querbohrung zu der ersten Verbraucherkammer und bei einer Verschiebung des Steuer- kolbens in die zweite Richtung über eine zweite Querbohrung zu der zweiten Verbraucherkammer geöffnet wird. Bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die erste Richtung wird der Druck aus der Axialbohrung über eine dritte Querbohrung in eine Lastmeldekammer gegeben. Der Meßkolben ist in dem Steuerkolben geführt und im Innern des Steuerkolbens dem in der Axialbohrung anstehenden Druck ausgesetzt und außen an einem Anschlag des Ventilgehäuses abstützbar. Diese an sich zum Beispiel aus der DE 196 31 803 bekannte Gestaltung kann somit aufgrund der fluidischen Verbindung der zweiten Verbraucherkammer mit der ersten Verbraucherkammer ohne weiteres beibehalten werden, um den Meßkolben bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung mit dem in der ersten Verbraucherkammer anstehenden Druck zu beaufschlagen.

Beim Absenken des hydraulischen Verbrauchers wird für diesen kein Druckmittel von der Hydropumpe benötigt. Damit diese nicht durch den Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers aufgeregelt wird, ist gemäß Patentanspruch 7 bei einer Ver- Schiebung des Steuerkolbens in die zweite Richtung die Axialbohrung von der Lastmeldekammer getrennt. Vorteilhafterweise erreicht man dies durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8.

Die Erfindung ist auch in einem Wegeventil gemäß Patentanspruch 9 verkörpert, das die wegeventilspezifischen Merkmale aus den Patentansprüchen 1 bis 3 aufweist und das gemäß den Patentansprüchen 4 bis 8 vorteilhaft ausgestaltet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranord- nung mit einem erfindungsgemäßen Wegeventil ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen Figur 1 die hydraulische Steueranordnung einschließlich des Wegeventils als Schaltbild, Figur 2 einen Längsschnitt durch das Wegeventil mit dem Steuerkolben in der

Mittelstellung und Figur 3 einen Längsschnitt durch das Wegeventil mit dem Steuerkolben nach einer Verschiebung im Sinne eines Ablaufs von Druckmittel aus dem hydraulischen Verbraucher.

Nach Figur 1 können von einer Verstellpumpe 10 über einen Wegeventilblock 1 1 mehrere hydraulische Verbraucher mit Druckmittel, üblicherweise Mineralöl, ver- sorgt werden können. Im Schaltbild explizit dargestellt ist lediglich ein einfachwirkender Hydrozylinder 12 und eine Wegeventilscheibe 13, mit der die Druckmittelwege zwischen dem Hydrozylinder, der Verstellpumpe und einem Tank 14 steuerbar sind. Die Verstellpumpe ist strombedarfsgesteuert und weist einen Load- Sensing-Regler 15 auf, dem über einen Anschluß LS eines Eingangselements 16 der Wegeventilblocks 11 der höchste Lastdruck aller gleichzeitig angesteuerter hydraulischer Verbraucher gemeldet wird. Die Verstellpumpe saugt Druckmittel aus dem Tank 14 an und gibt es in eine zu einem Pumpenanschluß P des Eingangselements führende Druckleitung 17 ab. Sie fördert dabei jeweils soviel Druckmittel, daß in der Druckleitung 17 ein um das Pumpen-Δp, das üblicherweise auf einen Wert zwischen zehn und zwanzig bar eingestellt ist, über dem höchsten Lastdruck liegender Pumpendruck erzeugt wird.

Die Wegeventilscheibe 13 umfaßt ein proportional verstellbares Wegeventil 20 und eine einer Zumeßblende 21 des Wegeventils vorgeschaltete Druckwaage 22, die mit ihrem Eingang mit dem Pumpenanschluß P verbunden ist. Mit dem Wege- ventil und der Druckwaage kann der Hydrozylinder für das Ausfahren der Kolbenstange lastdruckunabhängig betätigt werden. Für die Wegefunktionen und die Funktion der Zumeßblende geht durch ein Ventilgehäuse 30 eine Kolbenbohrung 31 hindurch, in der ein Steuerkolben 32 axial bewegbar ist. Die Länge des Steuerkolbens 32 stimmt mit der Länge der Kolbenbohrung 31 von der einen Stirnseite 33 bis zur anderen Stirnseite 34 des Ventilgehäuses 30 überein. Die Kolbenbohrung 31 ist von fünf axial voneinander beabstandeten Steuerkammern umgeben. Drei davon dienen dem Zufluß von Druckmittel zu und dem Abfluß von Druckmittel aus dem Hydrozylinder 12. Die fluidischen Verbindungen unter den drei Steuerkammern werden von dem Steuerkolben 32 gesteuert. Es sind jedoch fünf Steuer- kammern vorhanden, weil ein auch für die Steuerung von doppeltwirkenden hydraulischen Verbrauchern gegossenes Ventilgehäuse verwendet wird. Die mittlere Steuerkammer 35 der fünf Steuerkammern ist die Zulaufkammer. Dieser strömt Druckmittel über einen Kanal 36 von der auch in Figur 2 nur schaltbildmäßig dargestellten Druckwaage 22 her zu. Beidseits der Zulaufkammer befindet sich je- weils eine Verbraucherkammer 38 bzw. 39, von denen jede mit einer am Ende eines Verbraucherkanals 40 bzw. 41 befindlichen Verbraucheranschlußgewindebohrung 42 bzw. 43 der Ventilscheibe verbunden ist. Die beiden Verbraucherkanäle 40 und 41 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Kolbenbohrung 31. Auf jede Verbraucherkammer 38 bzw. 39 folgt noch eine Ablauf- kammer 44 bzw. 45, die zu einem von zwei durch das Ventilgehäuse 30 hindurchgehenden Tankkanälen 46 offen ist. Der Steuerkolben 32 nimmt aufgrund von zwei Zentrierfedern 47, die in an den Stirnseiten 33 und 34 des Ventilgehäuses 30 befestigten und die Kolbenbohrung 31 nach außen verschließenden Deckeln 48 untergebracht sind, eine Mittelstel- lung ein, aus der er in eine erste Richtung und eine dazu entgegengesetzte zweite Richtung stetig verstellt werden kann. Bei maximalem Hub schlägt er jeweils an einem verstellbaren Hubbegrenzer 49 an. Der Steuerkolben 32 besitzt einen Kolbenhals 57, der in der Mittelstellung zur Zulaufkammer 35 zentriert ist. Die beiden Kolbenbunde 58 und 59 beidseits des Kolbenhalses 57 sind so lang, daß sich in der Mittelstellung des Steuerkolbens ihre eine Stirnseite in einem Abstand von der Zulaufkammer 35 und ihre andere Stirnseite in der Ablaufkammer 44 bzw. 45 befindet. Der Kolbenbund 58 hat Steuernuten 60, die an der der Zulaufkammer 35 zugekehrten Stirnseite axial offen sind, und Steuemuten 61 , die an der der Ablaufkammer 44 zugekehrten Stirnseite axial offen sind. In der Mittelstellung des Steu- erkolbens 32 sind die Steuernuten 60 und 61 von dem zwischen den Steuerkammern 35 und 44 befindlichen Gehäusesteg überdeckt, so daß über die Steuernuten keine offene fluidische Verbindung zwischen einzelnen Steuerkammern besteht. Der Kolbenbund 59 besitzt keine Steuernuten und trennt die Verbraucherkammer 39 in jeder Stellung des Steuerkolbens sowohl von der Zulaufkammer 35 als auch von der Ablaufkammer 45. Auf den Kolbenbund 59 folgt nach einem kurzen weiteren Hals ein weiterer Kolbenbund, der den Federraum in dem einen Deckel 48 gegen die Ablaufkammer 45 abdichtet.

Der Abstand zwischen der Ablaufkammer 44 und der Stirnseite 33 des Ventilge- häuses 30 ist größer als der Abstand zwischen der Ablaufkammer 45 und der Stirnseite 34. Zwischen der Ablaufkammer 44 und der Stirnseite 33 befinden sich in der Kolbenbohrung 31 drei axial voneinander beabstandete Kammern 63, 64 und 65, wobei die mittlere dieser drei Kammern als Lastmeldekammer 64 bezeichnet sei. Die Kammer 65 ist vorliegend ohne jede Funktion. In der in der Figur 2 gezeigten Mittelstellung des Steuerkolbens 32 reicht ein Kolbenabschnitt 67 von der Stirnseite 33 des Ventilgehäuses 30 aus bis in den Bereich des Gehäuseste- ges zwischen der Kammer 63 und der Ablaufkammer 44. In diesen Kolbenabschnitt ist eine flache Ringnut 69 eingedreht, über die in der gezeigten Mittelstellung des Steuerkolbens 32 die Lastmeldekammer 64 mit der Kammer 63 verbunden ist. Außerdem besitzt der Kolbenabschnitt 67 an einer der Ablaufkammer 44 zugekehrten Außenkante eines Kolbenbundes 71 , der sich zwischen der Ringnut 69 und einem Kolbenhals im Bereich der Ablaufkammer 44 befindet, eine Einkerbung 70, die die wirksame Breite des Kolbenbundes 71 kleiner als die Breite der Kammer 63 macht und durch die die Kammer 63 und die Ablaufkammer 44 mit einem kleinen Öffnungsquerschnitt zueinander offen sind, wenn sich der Steuerkol- ben 32 in seiner Mittelstellung befindet. Erst nach einem bestimmten Weg des Steuerkolbens aus seiner Mittelstellung heraus in die zweite Richtung wird diese fluidische Verbindung zwischen der Ablaufkammer 44 und der Kammer 63 und damit der Kammer 64 verschlossen. Auch bei einer Verstellung des Steuerkolbens 32 aus der Mittelstellung in die erste Richtung wird erst nach einem bestimmten Hub die fluidische Verbindung zwischen der Kammer 64 über die Kammer 63 zur Ablaufkammer 44 unterbrochen, indem der Kolbenbund 71 in den Bereich des Gehäusesteges zwischen den beiden Kammern 63 und 64 gelangt. Die Ringnut 69 ist nur so breit, daß sie nach einem kurzen Anfangshub des Steuerkolbens 32 in die zweite Richtung aus dem Bereich der Lastmeldekammer 64 herauskommt und von dieser getrennt ist. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens aus der Mittelstellung in die erste Richtung bleibt die fluidische Verbindung zwischen der Ringnut 69 und der Lastmeldekammer 64 über den gesamten Hub des Steuerkolbens erhalten.

Durch den gesamten Steuerkolben 32 hindurch verläuft eine Axialbohrung 74, die von zwei Querbohrungen 75 und 76 gekreuzt wird, von denen sich die Querbohrung 75 im Kolbenbund 58 und die Querbohrung 76 im Kolbenbund 59 des Steuerkolbens 32 jeweils an einer solchen Stelle befindet, daß sie in der Mittelstellung des Steuerkolbens von der Wand der Kolbenbohrung 31 überdeckt ist. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens 32 aus der Mittelstellung heraus in die erste Richtung wird die Querbohrung 75 zur Verbraucherkammer 38 hin und bei einer Be- wegung des Steuerkolbens in die zweite Richtung die Querbohrung 76 zur Verbraucherkammer 39 hin offen. Über eine weitere Querbohrung 77, die im Bereich der Ringnut 69 bis zur Axialbohrung 75 in den Steuerkolben 32 eingebracht ist, ist die Axialbohrung zur Ringnut 69 offen.

Die Druckwaage 22 besitzt einen Regelkolben 23, der in nicht näher dargestellter Weise in eine zur Kolbenbohrung 31 parallel verlaufende und von der Stirnseite 34 in das Ventilgehäuse 30 eingebrachte Sackbohrung eingesetzt ist. Der Ausgang der Druckwaage ist über den Kanal 36 mit der Zulaufkammer 35 der Kolbenboh- rung 31 verbunden ist. Der Regelkolben 23 wird im Sinne einer Vergrößerung des Durchflußquerschnitts der Druckwaage von dem in der Lastmeldekammer 64 herrschenden Druck, der bei einer Verschiebung des Steuerkolbens in die erste Richtung gleich dem Lastdruck des Hydrozylinders 12 ist, und von einer Druckfeder 78 beaufschlagt, deren Druckäquivalent im Bereich zwischen 10 und 20 bar liegt. Im Sinne einer Verkleinerung des Durchflußquerschnitts wird der Regelkolben vom Druck in der Zulaufkammer 35 der Kolbenbohrung 31 beaufschlagt.

Zu beiden Enden des Steuerkolbens 32 hin ist die Axialbohrung 74 in einer Stufe erweitert. In die jeweilige Erweiterung ist eine Buchse 79 bzw. 80 eingeschraubt, in der ein Meßkolben 81 bzw. 82 in der Achse des Steuerkolbens beweglich geführt ist. Der Führungsdurchmesser der Meßkolben beträgt etwa ein Siebtel des Durchmessers des Steuerkolbens, der die Fläche bestimmt, an der ein Steuerdruck auf den Steuerkolben wirkt. Mit seinem äußeren Ende können sich die Meßkolben an den Hubbegrenzern 49 abstützen. An seinem Ende im Innern des Steu- erkolbens 32 hat jeder Meßkolben 80 ein Kopf, durch den er unverlierbar in der eingeschraubten Buchse gehalten ist und der den Meßkolben in der Mittelstellung des Steuerkolbens und bei dessen Bewegung in die eine Richtung im Abstand zu dem jeweiligen Hubbegrenzer hält.

Wie schon erwähnt, sind in der Mittelstellung des Steuerkolbens 32 die Steuernuten 60 und 61 an dem Kolbenbund 58 überdeckt, so daß über sie keine fluidische Verbindung zwischen den Steuerkammern besteht. Wird der Steuerkolben 32 durch Beaufschlagung des Federraums in einem Deckel 48 mit einem Steuerdruck aus seiner Mittelstellung weit genug in die erste Richtung verschoben, so wird zunächst nach kurzem Anfangshub die Querbohrung 75 zur Verbraucherkammer 38 geöffnet und dann über die Steuernuten 60 am Kolbenbund 58 ein Durchflußquerschnitt zwischen der Zulaufkammer 35 und der Verbraucherkammer 38 aufgemacht, wobei sich der Durchflußquerschnitt mit zunehmendem Hub des Steuerkolbens vergrößert. Dem Hydrozylinder 12 fließt über den Verbraucherkanal 40 und den Anschluß 42 des Ventilgehäuses 30 Druckmittel zu. Der Lastdruck des Hydrozylinders 12 steht über die Querbohrung 75, über die Axialbohrung 74 und über die Querbohrung 77 in der Lastmeldekammer 64 und damit an der einen Seite der Druckwaage 22 an und wird außerdem, sofern er dar höchste Lastdruck ist, über ein aus Figur 1 ersichtliches Wechselventil 83 an den Pumpenregler 15 gemeldet. Durch den Durchflußquerschnitt an den Steuernuten 60 des Kolben- bunds 58 ist die Zumeßblende 21 aus Figur 1 realisiert, über die eine Druckdifferenz abfällt, die durch die Druckwaage 22 konstant gehalten wird und die dem Druckäquivalent der Druckfeder 78 entspricht. Die dem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge wird somit nur noch vom Durchflußquerschnitt der Zumeßblende bestimmt.

Allerdings wird dieser Durchflußquerschnitt für das dem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittel auch vom Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers beeinflußt. Der Lastdruck beaufschlagt nämlich die beiden Meßkolben 81 und 82, von denen sich nach einer Verschiebung des Steuerkolbens 32 in die erste Rich- tung über einen Anfangshub hinaus der Meßkolben 81 am entsprechenden Hubbegrenzer 49 abstützt, während der Meßkoiben 82 mit seinem Kopf an der Buchse 79 anliegt. Der Lastdruck erzeugt deshalb am Steuerkolben 32 eine in die zweite Richtung und damit gegen die durch den Steuerdruck erzeugte Ansteuerkraft gerichtete Kraft. Die Fläche, an der der Steuerdruck wirkt ist dabei etwa vierzig mal so groß wie die Fläche, an der der Lastdruck angreift. Die vom Lastdruck erzeugte Kraft ist um so größer, je höher der Lastdruck ist, so daß sich bei einem bestimm- ten Steuerdruck eine vom Lastdruck abhängige Stellung des Steuerkolbens 32 ergibt. Der Abstand dieser Stellung von der Mittelstellung und damit die Zumeßblende ist um so kleiner, je höher der Lastdruck ist.

Zur Verschiebung des Steuerkolbens 32 aus seiner Mittelstellung wird ein Federraum in einem der beiden Deckel 48 mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Dazu dienen zwei elektromagnetisch betätigbare Pilotventile 84 und 85, die in nicht näher dargestellter Weise an der Ventilscheibe 13 sitzen und die als proportional verstellbare Druckreduzierventile ausgebildet sind. Auf einen maximalen Steuer- druck von z.B. 30 bar begrenzt, wird den beiden Pilotventilen 84 und 85 Steueröl über einen Kanal 86 in der Ventilscheibe 13 zugeführt, während Steueröl über einen Kanal 87 abfließen kann.

Um Druckmittel aus dem einfachwirkenden Hydrozylinder 12 zum Tank abfließen zu lassen, wird der Steuerkolben 32 durch Druckbeaufschlagung an seiner anderen Stirnseite in die zweite Richtung verstellt und dadurch über die Steuernuten 61 am Kolbenbund 58 ein Durchflußquerschnitt zwischen der Verbraucherkammer 38 und der Ablaufkammer 44 geöffnet. Bei Vorgabe eines bestimmten Steuerdrucks, mit dem der Steuerkolben beaufschlagt wird, soll die Senkgeschwindigkeit des hy- draulischen Verbrauchers mit zunehmendem Lastdruck weniger ansteigen als es bei konstantem Durchflußquerschnitt durch die Zunahme der Druckdifferenz über den Durchflußquerschnitt bedingt wäre. Zu diesem Zweck sind die beiden Verbraucherkanäle 40 und 41 und damit die beiden Verbraucherkammern 38 und 39 über eine Bohrung 90 fluidisch miteinander verbunden, die parallel zu der Ventil- bohrung 31 verläuft und die durch eine Stufenbohrung 91 des Ventilgehäuses 30 in dieses eingebracht werden kann, die der Aufnahme eines zwischen dem Verbraucherkanal 40 und einem Tankkanal 46 angeordneten Sekundärdruckbegren- zungs- und Nachsaugventils 92 dient bzw., da der hydraulische Verbraucher einfachwirkend ist, durch einen Stopfen 93 verschlossen ist. Da nur Steueröl durch die Verbindungsbohrung 90 fließt, kann deren Durchmesser klein sein. An sich kann der Fluidpfad zur Anbindung der Verbraucherkammer 39 an den Druckmit- telweg zwischen der Verbraucherkammer 38 und dem hydraulischen Verbraucher auch außerhalb des Ventilgehäuses 30 liegen und über den Anschluß 43 führen. Die Verbindung innerhalb des Ventilgehäuses erscheint jedoch wesentlich einfacher. Der Anschluß 43 ist dann durch einen Stopfen 94 verschlossen.

Bei einer Verstellung des Steuerkolbens 32 in die zweite Richtung wird nach einem kurzen Anfangshub die Querbohrung 76 zu der Verbraucherkammer 39 geöffnet, in der wegen der Verbindungsbohrung 91 der Lastdruck des Hydrozylinders 12 ansteht. Der Lastdruck wirkt sodann auch in der Axialbohrung 74 und beauf- schlagt die beiden Meßkolben 81 und 82, von denen sich der Meßkolben 82 am Hubbegrenzer 49 und der Meßkolben 81 mit seinem Kopf am Steuerkolben 32 abstützt. Der Lastdruck erzeugt somit eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete Kompensationskraft am Steuerkolben. Erst wenn die Ansteuerkraft die Summe aus Kompensationskraft und Federkraft übersteigt, bewegt sich der Steuerkolben über den Anfangshub hinaus. Jetzt erst, also nach Öffnung der Querbohrung 76, öffnen die Steuernuten 61 einen Durchflußquerschnitt zwischen den beiden Steuerkammern 38 und 44. Letztendlich nimmt der Steuerkolben eine Stellung ein,, in der zwischen der Ansteuerkraft einerseits und der Summe aus der Kompensationskraft und der Kraft der einen Zentrierfeder 47 ein Gleichgewicht herrscht. Der Steuerkolben ist weniger weit aus der Mittelstellung verschoben als bei einem Ventil ohne Kompensationskraft, in der der Steuerkolben bei einem vorgegebenen Steuerdruck jeweils eine solche Stellung einnimmt, in der die Ansteuerkraft gleich der Federkraft ist. Entsprechend ist der Durchflußquerschnitt zwischen der Verbraucherkammer 38 und der Ablaufkammer 44 über die Steuernuten 61 kleiner. Durch entsprechende Formgebung der Steuernuten kann erreicht werden, daß bei vorgegebenem Steuerdruck und zunehmendem Lastdruck die Zunahme der Druckdifferenz über den Durchflußquerschnitt durch eine Verringerung des Durchflußquerschnitts weitgehend ausgeglichen wird. Anstelle einer hydraulischen Betätigung des Steuerkolbens ist das Vorsehen eines oder mehrerer Meßkolben grundsätzlich auch bei einer direkten Betätigung durch Proportionalmagnete möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Hydraulische Steueranordnung zur Steuerung eines einfachwirkenden hydraulischen Verbrauchers, insbesondere eines einfachwirkenden Hydrozylin- ders (12) , hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit mit einem Wegeventil (20), das aufweist in einem Ventilgehäuse (30) eine Kolbenbohrung (31) mit einer mittleren Zulaufkammer (35), der Druckmittel von einer Druckmittelquelle (10) zuführbar ist, zwei dazu benachbarte Verbraucherkammern (38, 39) und eine Ablaufkammer (44), über die Druckmittel zu einem Tank (14) abführbar ist, aufweist, in der Kolbenbohrung (31) einen Steuerkolben (32), der durch eine willkürlich vorgegebene Ansteuerkraft von einer Mittelstellung aus axial in eine erste und in eine dazu entgegengesetzte zweite Richtung verschiebbar ist und der erste Steuernuten (60) zum Aufsteuern einer Verbindung zwischen der Zulaufkammer (35) und einer ersten Verbraucherkammer (38) bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in eine erste Richtung und zweite Steuernuten (61) zum Aufsteuern der Verbindung zwischen der ersten Verbraucherkammer (38) und der Ablaufkammer (443) bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung in die zweite Richtung hat, und einen mit dem Steuerkolben (32) derart zusammenwirkenden Meßkolben (82), daß durch eine Druckbeaufschlagung des Meßkolbens (82) und bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung eine der Ansteuerkraft entgegengerichtete Kompensationskraft auf den Steuerkolben (32) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (82) bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung von dem(in der ersten Verbraucher- kammer (38) herrschendemDruck beaufschlagbar ist.

2. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein(an eine Meßfläche des Meßkolbens (82) angrenzender Druckraum ₎ (74) fluidisch mit der zweiten Verbraucherkammer (39) verbindbar ist und diese fluidisch dauernd mit der ersten Verbraucherkammer (38) verbunden ist.

3. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fluidische Verbindung zwischen der ersten Verbraucherkammer (38) und der zweiten Verbraucherkammer (39) ganz innerhalb des Ventilgehäuses (30) besteht.

4. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ventilgehäuses (30) zwei von den beiden Verbraucherkammern (38, 39) ausgehende Verbraucherkanäle (40, 41) im wesentlichen senkrecht zur Kolbenbohrung (31) und parallel zueinander zu zwei Anschlußbereichen (42, 43) des Ventilgehäuses (30) verlaufen und daß die Verbraucherkanäle (40, 41) durch einen im wesentlichen parallel zur Kolbenbohrung (31) verlaufenden Verbindungskanal (90) miteinander verbunden sind.

5. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (30) eine Aufnahme (91) für ein Sekundär- druckbegrenzungsventil (92) aufweist und daß der Verbindungskanal (90) durch die Aufnahme (91) hindurch für ein Bohrwerkzeug zugänglich ist.

6. Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkolben (32) eine der Meldung des

Lastdruckes des hydraulischen Verbrauchers (12) dienende Axialbohrung (74) verläuft, die bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die erste Richtung über eine erste Querbohrung (75) zu der ersten Verbraucherkammer (38) und bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung über eine zweite Querbohrung (76) zu der zweiten Verbraucherkammer (39) geöffnet wird, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die erste Richtung der Druck aus der Axialbohrung (74) über eine dritte Querbohrung (77) in eine Lastmeldekammer (64) gebbar ist und daß der Meßkolben (82) in dem Steuerkolben (32) geführt ist und im Innern des Steuerkolbens (32) dem in der Axialbohrung (74) anstehenden Druck ausgesetzt und außen an einem Anschlag (49) des Ventilgehäuses (30) abstützbar ist.

7. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung die Axialbohrung (74) von der Lastmeldekammer (64) trennbar ist.

8. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (32) im Bereich der ersten Verbraucherkammer (38) einen ersten Kolbenbund (58) mit ersten Steuemuten (60) und zweiten Steuernuten (61), an den ersten Kolbenbund (58) anschließend im Bereich der Ablaufkammer (44) einen erste Ringnut, daran anschließend einen weiteren Kolbenbund (71) und daran anschließend eine weitere Ringnut (69) aufweist, in die die dritte Querbohrung (77) mündet, daß, von der Ablaufkammer (44) durch einen Gehäusesteg getrennt, um die Kolbenbohrung (31 ) ein Ringraum (63) umläuft, dessen Breite größer als die wirksame Breite des weiteren Kolbenbundes (71) ist und dem nach ei- nem weiteren Gehäusesteg die Lastmeldekammer (64) folgt, daß der weitere Kolbenbund (71 ) und der Ringraum (63) derart zueinander liegen, daß die weitere Ringnut (49) in der Mittelstellung des Steuerkolbens (32) über den Ringraum (63) zur Ablaufkammer (44) offen, nach einem kurzen Weg des Steuerkolbens (32) aus der Mittelstellung heraus durch den weiteren Kolbenbund (71) von Ablaufkammer (44) getrennt ist, und daß die Breite der weiteren Ringnut (69) nur so groß ist, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens (32) in die zweite Richtung die weitere Ringnut (32) durch den weiteren Gehäusesteg von der Lastmeldekammer (64) getrennt wird.

9. Wegeventil mit den Merkmalen aus einem der Ansprüche 3 bis 8.