EP4074986B1

EP4074986B1 - Ventil

Info

Publication number: EP4074986B1
Application number: EP22162366.3A
Authority: EP
Inventors: Peter Bruck; Frank Niehren
Original assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Current assignee: Hydac Fluidtechnik GmbH
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2024-05-15
Anticipated expiration: 2042-03-16
Also published as: DE102021001960A1; EP4074986A1; EP4074986C0

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Durch DE 39 09 291 A1 ist ein Wegesteuerventil mit einer im Gehäuse angeordneten Druckwaage bekannt, die zulaufseitig an einen Druckversorgungskanal im Gehäuse und ablaufseitig an wenigstens einen Verbindungskanal zur Schieberbohrung angeschlossen ist, und bei dem ferner eine Nutzstrombegrenzungsvorrichtung mit wenigstens einem stromab der Regelblende der Druckwaage in den Verbindungskanal eingreifenden Drosselelement vorgesehen ist. Da das Drosselelement der Nutzstrombegrenzungsvorrichtung bereits stromauf der Schieberbohrung wirkt, kann bei der bekannten Lösung der Abgriff des Lastdruckes an jeder geeigneten Stelle innerhalb des Gehäuses erfolgen, wobei sowohl die Druckwaage als auch die Nutzstrombegrenzungsvorrichtung bauraumsparend im Ventilgehäuse untergebracht sind.
In der Mobilhydraulik werden regelmäßig Load-Sensing-Systeme eingesetzt, durch die ein Lastdruck unabhängiger Durchflussstrom und damit eine feinfühlige Geschwindigkeitssteuerung des Verbrauchers erreicht wird. Dabei wird die Druckdifferenz über einem Wegeventil konstant gehalten, indem in die einzelnen Verbraucheranschlüsse Individualdruckwaagen geschaltet werden, die den Systemdruck, d.h. den Druck der höchsten Last im System auf den jeweiligen Verbraucherdruck abdrosseln.
So offenbart in diesem Zusammenhang WO 98/21485 A1 eine Ventilanordnung zur Druck- und Volumenstrom angepassten Versorgung zumindest eines Verbrauchers, der über zwei Arbeitsanschlüsse eines stetig verstellbaren Wegeventils mit Hydraulikfluid versorgbar oder mit einem Tank verbindbar ist. Den beiden Arbeitsanschlüssen der bekannten Ventilanordnung ist eine gemeinsame Druckwaage zugeordnet, deren Kolben in einer Axialbohrung des Wegeventilschiebers axial verschiebbar geführt ist, so dass bei geeigneter Ansteuerung des Wegeventils wahlweise einer der beiden Arbeitsanschlüsse mit dem Pumpenanschluss als dem Druckanschluss verbindbar ist. An beiden Stirnseiten des Wegeventilschiebers und an der Federseite des Druckwaagen-Kolbens wirkt jeweils ein Steuerdruck, der beispielsweise dem höchsten Systemlastdruck, dem Individuallastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck entspricht.
Durch EP 2 241 764 A1 ist ein Sitzventil mit Umlaufventil- und Druckwaagenfunktion bekannt, mit einem Steuerkolben zur Unterbrechung einer Verbindung zwischen einem Fluideingang und einem Fluidausgang, wobei der Fluideingang zum Anschluss an eine Druckleitung und der Fluidausgang zum Anschluss an eine Leitung mit niedrigerem Druck als dem Druck in der Druckleitung vorgesehen ist, wobei ein erster Druck der Druckleitung auf eine erste Beaufschlagungsfläche des Steuerkolbens und ein zweiter Druck in einer Steuerleitung auf eine zweite Beaufschlagungsfläche des Steuerkolbens in entgegengesetzter Richtung zur Kraftwirkung auf die erste Beaufschlagungsfläche wirkt. Dahingehende hydraulische Steuerungssysteme mit Druck- und Volumenstromanpassung an die momentanen Anforderungen eines oder mehrerer Verbraucher werden in sogenannten Load-Sensing-Systemen realisiert, regelmäßig unter Einsatz einer Konstantpumpe für die Druckversorgung und mit einer Druckwaage. Der höchste im System auftretende Druck in den Leitungen zu den Aktuatoren, wie Hydraulikzylindern oder Hydromotoren, wird auf eine Eingangsdruckwaage zurückgeführt und mit dem Systemdruck, den die Pumpe aktuell liefert verglichen. Der Systemdruck und Volumenstrom wird dann entsprechend dem Bedarf geregelt und ein nicht benötigter Volumenstrom mit Systemdruck wird über die Druckwaage zum Tank hin abgeführt.
All diesen Load-Sensing-Systemen, die mit Konstantpumpen betrieben werden, ist gemein, dass in der Regel eine Umlaufdruckwaage zur Regelung des Systemdrucks eingesetzt wird, wobei diese Druckwaagen den maximalen Verbraucherdruck aus dem Load-Sensing-System als Eingangsgröße erhalten. Ihre Aufgabe ist es, den Pumpendruck um einen definierten Wert über diesen Wert anzuheben. Diese Differenz wird Load-Sensing Δp genannt. Dieses Δp respektive diese Druckdifferenz wird benötigt, um an den Steuerkanten der Wegeventile mit immer gleichen Differenzdruckverhältnissen eine gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung zu erzielen.
Ein Problem ist aber nun darin zu sehen, dass auch im Leerlauf, wenn der Load-Sensing-Druck Null bar beträgt das gleiche Δp auf den Pumpendruck aufgeprägt wird. Somit wird auch im Leerlauf der Arbeitshydraulik das Produkt aus Pumpenförderstrom und Umlauf Δp als Energieverlust verheizt.
Besonders in der Mobilhydraulik und demgemäß besonders bei verfahrbaren Arbeitsmaschinen, die über sehr lange Phasen hinweg ohne aktive Arbeitshydraulik betrieben werden (z.B. Zugbetrieb von Traktoren), vergeuden so unnötig Energie.
Die DE 101 20 643 A1 beschreibt ein Ventil mit einem Ventilgehäuse und einem darin längsverfahrbar geführten Ventilkolben, der unter der Einwirkung einer Ventilfeder in seiner geschlossenen Stellung eine fluidführende Verbindung zwischen einem Druckanschluss und einem Tankanschluss im Ventilgehäuse sperrt und in einer Öffnungsstellung freigibt und der eine Blende aufweist, die eine permanente Fluidverbindung auf Seiten des Druckanschlusses mit einem Federraum mit der Ventilfeder herstellt.
Die DE 10 2012 010 522 A1 beschreibt ein Ventil mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 mit einem Ventilgehäuse und einem darin längsverfahrbar geführten Ventilkolben, der unter der Einwirkung einer Ventilfeder in seiner geschlossenen Stellung eine fluidführende Verbindung zwischen einem Druckanschluss und einem Tankanschluss im Ventilgehäuse sperrt und in einer Öffnungsstellung freigibt und der eine Blende aufweist, die eine permanente Fluidverbindung auf Seiten des Druckanschlusses mit einem Federraum mit der Ventilfeder herstellt, und mit einem Load-Sensing-Anschluss im Ventilgehäuse, der in den Federraum ausmündet, wobei im Ventilgehäuse eine Druckabsenkeinrichtung aufgenommen ist, die bei fehlendem Druck am Load-Sensing-Anschluss den Federraum des Ventilkolbens mit dem Tankanschluss fluidführend verbindet.
Ein weiteres Ventil geht aus der WO 2011/045063 A1 hervor.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, das eine Lösung für das vorstehend genannte Problem ermöglicht.
Eine dahingehende Aufgabe ist gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Druckabsenkeinrichtung in einem Einschraubgehäuse aufgenommen ist, das über eine freie Stirnseite des Ventilgehäuses einschraubbar ist, die der anderen Stirnseite mit dem Druckanschluss gegenüberliegt. Dergestalt lassen sich Druckabsenkeinrichtungen mit unterschiedlich gewählten Blendenkombinationen in ein Standardventilgehäuse, das bevorzugt als Einschraub- oder Cartridge-Ventil ausgebildet ist, je nach Bedarfsfall einwechseln.
Dadurch, dass im Ventilgehäuse eine Druckabsenkeinrichtung aufgenommen ist, die bei fehlendem Druck am Load-Sensing-Anschluss den Federraum des Ventilkolbens mit dem Tankanschluss fluidführend verbindet, wird der Systemdruck im Leerlauf erheblich reduziert; jedoch wird bei einer Aktivierung der Arbeitshydraulik automatisch das geforderte Load-Sensing Δp erzeugt.
Das erfindungsgemäße Ventil basiert auf dem Grundprinzip einer halbvorgesteuerten Druckwaage, die kein Schließelement auf der Vorsteuerung hat. Der in einem Federraum mittels einer Ventilfeder beaufschlagte Ventilkolben als Hauptkolben des Ventils vergleicht den Differenzdruck zwischen dem Load-Sensing-Anschluss und dem Tankanschluss. Im Leerlauf wird bekanntermaßen diese Differenz zu Null und die dann zum Einsatz kommende Druckabsenkeinrichtung entlastet den Federraum hinter dem Ventil- oder Hauptkolben und der Pumpendruck der Druckversorgung in Form einer Konstantpumpe wird entsprechend abgesenkt.
Beim etwaigen Aktivieren der Arbeitshydraulik wird ein Ventil (Drosselventil) betätigt, das die Fluidverbindung und damit die Druckversorgung zwischen einer Hydraulikpumpe, wie einer Konstantpumpe, und einem hydraulischen Verbraucher, wie einem hydraulischen Arbeitszylinder, herstellt. Somit entsteht auf dem Load-Sensing-System ein Druck, der zunächst dem Pumpendruck entspricht und der ausreicht die Druckabsenkeinrichtung zu deaktivieren. Dabei wird die Entlastung der Ventil- oder Hauptkolbenrückseite im Bereich des zugehörigen Federraumes unterbrochen und das Loadsensing Δp kann wieder auf den benötigten Wert ansteigen. In dem dahingehenden Fall arbeitet die Druckwaage dann wieder wie von einer Standard-Druckwaage gewohnt. Die erfindungsgemäße Ventillösung ist auch insofern vorteilhaft, als sie gegen eine, in einem hydraulischen Versorgungskreislauf eingesetzte, handelsübliche Standard-Umlaufdruckwaage austauschbar konzipiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist vorgesehen, dass die Druckabsenkeinrichtung einen längsverfahrbaren Druckabsenkolben aufweist, der mit seiner einen freien Stirnseite einen weiteren Federraum mit einer Druckkolbenfeder begrenzt und der von dem Druck in einem weiteren Load-Sensing-Anschluss im Ventilgehäuse ansteuerbar ist, der vorzugsweise in einen Fluidraum ausmündet, der mit dem ersten Load-Sensing-Anschluss verbunden ist. Dergestalt ist in Wirkabfolge hinter der Ventilfeder im Federraum des Ventilkolbens der federbelastete Druckabsenkkolben eingebaut und im Leerlauf, bei dem der Load-Sensing-Druck Null bar beträgt, kann die Druckkolbenfeder den Druckabsenkkolben in eine hintere Verfahrstellung bewegen bei gleichzeitiger Entlastung des Federraums hinter dem Ventilkolben. Durch die Hintereinanderanordnung der beiden Kolben in Form des Ventilkolbens und des Druckabsenckolbens zusammen mit ihren hierzu jeweils koaxial angeordneten Betätigungsfedern lässt sich bauraumsparend die Druckabsenkeinrichtung im Ventilgehäuse integrieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist vorgesehen, dass in dem Einschraubgehäuse ein erster Fluidkanal eingebracht ist, der vom Druckabsenkkolben freigelassen eine fluidführende Verbindung zwischen dem einen und dem weiteren Federraum herstellt. Dabei ist weiter vorzugsweise vorgesehen, dass in das Einschraubgehäuse ein zweiter Fluidkanal eingebracht ist, der in jeder Verfahrrichtung des Druckabsenkkolbens eine fluidführende Verbindung zwischen dem weiteren Federraum über einen im Ventilgehäuse verlaufenden Verbindungskanal zum Tank herstellt. Und in weiterer vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass in dem Einschraubgehäuse ein dritter Fluidkanal eingebracht ist, der den Fluidraum mit dem weiteren Load-Sensing-Anschluss verbindet.
Dergestalt ist erreicht, dass bei einem Load-Sensing-Druck von Null und einem vorgebbaren Pumpendruck am Druckanschluss der Druckabsenkkolben unter der Federwirkung seiner Druckkolbenfeder die fluidführende Verbindung zwischen den beiden Federräumen freigibt, so dass der hinter der Blende mittels des Pumpendrucks im Federraum des Ventilkolbens entstehende Blendendruck zum Tank T hin abfällt und dergestalt der Pumpendruck abgesenkt ist.
Ferner ist durch diese konstruktive Anordnung erreicht, dass bei am Ventil anstehendem Load-Sensing-Druck der Druckabsenkkolben entgegen der Federwirkung der Druckkolbenfeder in seine die fluidführende Verbindung zwischen den Federräumen sperrende Stellung verfahren ist, was dem Deaktivieren der Druckabsenkeinrichtung gleich kommt, mit der Folge, dass der Ventilkolben an seiner dem Federraum zugewandten Seite dem Load-Sensing-Druck ausgesetzt ist und dergestalt die Ansteuerung des Fluidstroms vom Pumpendruckanschluss zum Tankanschluss vornimmt. Insoweit steigt das Load-Sensing Δp wieder auf den gewünschten hohen Wert an und die Funktion einer Standard-Druckwaage ist realisiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die jeweilige Blende als Einschraubblende mit unterschiedlichen Blendengeometrien ausgestaltet ist, die tauschbar im Ventilkolben bzw. im Ventilgehäuse einsetzbar ist. Auch dergestalt lässt sich im Rahmen eines modularen Ventilaufbaus durch Anpassen der Blendengeometrien, das erfindungsgemäße Ventil sich an eine Vielzahl von Fluid-Versorgungsanwendungen anpassen.
Die Druckabsenkvorrichtung entlastet den Druck hinter der ersten Blende im Ventilkolben zum Tank hin. Somit wird der am Druckanschluss des Ventilgehäuses anstehende Druck nicht vollständig entlastet, weil weiterhin die Federkraft der am Ventilkolben angreifenden Ventilfeder als Δp am Ventilkolben aufgebracht werden muss. Von besonderer Bedeutung ist, dass durch die Reihenschaltung der beiden Blenden, also von erster und weiterer Blende hintereinander, im regulären LS-Betrieb beide das gleiche Δp abbauen, bei gleichgroßer Blende hintereinander. Somit wird im Vergleich zu einer herkömmlichen Druckwaage die notwendige Federkraft halbiert. Voraussetzung hierfür ist, dass durch die beiden angesprochenen Blenden ein permanenter Vorsteuerölstrom vom Druckanschluss des Ventils zum ersten Load-Sensing-Anschluss im Ventilgehäuse fließt. Er kann dadurch durch die Entlastung des Federraums hinter der ersten Blende im Ventilkolben die Absenkung auf den halben üblichen Load-Sensing-Δp-Wert im Leerlauf erreichen.
Wenn jetzt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die weitere zweite Blende von ihrem freien Blendenquerschnitt etwas kleiner gewählt ist als die erste Blende im Ventilkolben, kommt man sogar unter 50%, weil die Feder noch weiter verkleinert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, dass erfindungsgemäße Ventil bei einem hydraulischen Versorgungskreislauf einzusetzen mit

einem hydraulischen Verbraucher, wie einem Differentialzylinder;
einer Druckversorgungseinrichtung, wie einer Konstantpumpe;
einem Tank oder Rücklauf;
einem zwischen der Druckversorgungseinrichtung und dem hydraulischen Verbraucher geschalteten Hauptsteuerventil; und
einem Wechselventil zwischen dem hydraulischen Verbraucher und dem Hauptsteuerventil.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Ventil an die Ausgangsseite der Druckversorgungseinrichtung angeschlossen ist und dass das Ventil den höchsten Druck am Wechselventil als Load-Sensing-Druck erhält.
Das erfindungsgemäße Ventil wird anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Gezeigt wird in prinzipieller und nicht maßstäblicher Ausführung in

Fig. 1: in der Art eines vereinfachten hydraulischen Schaltplans die Verwendung des Ventils in einem hydraulischen Versorgungskreislauf; und
Fig. 2: in der Art eines Längsschnitts das in Fig. 1 verwendete Ventil.

Die Fig. 1 zeigt in prinzipieller Darstellung einen hydraulischen Versorgungskreislaufzum Ansteuern eines hydraulischen Verbrauchers, hier der Einfachheit halber in Form eines hydraulischen Differentialzylinders 10 als Aktor respektive als hydraulischen Arbeitszylinder. Der genannte Differentialzylinder 10 weist eine Kolbenstangeneinheit 12 auf, die das Gehäuse des Differentialzylinders 10 in zwei Fluidräume unterteilt, einmal in Form eines Kolbenraums 14 und einmal in Form eines Stangenraums 16.
Zur Druckversorgung des hydraulischen Arbeitszylinders 10 dient eine Druckversorgungseinrichtung 18 in Form einer sog. Konstantpumpe. Des Weiteren ist ein Rücklauf 20 vorgesehen, über den überschüssiges Fluid an einen Tank T abgegeben wird, über den die Druckversorgungseinrichtung 18 Arbeitsfluid regelmäßig in Form von Hydrauliköl entnimmt und unter einem vorgebbaren Druck in den Versorgungskreislauf zur Versorgung des Differentialzylinders 10 einspeist.
Zum Ansteuern des Differentialzylinders 10 dient ein Hauptsteuerventil 22 hier der Einfachheit halber in Form eines elektromagnetisch betätigbaren 4/3-Wegeventils, das in der Fig. 1 in seiner sperrenden Neutralstellung gezeigt ist. Wird in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen, das Hauptsteuerventil 22 in seine rechte Betätigungsstellung bewegt, gelangt Fluid vorgebbaren Drucks von Seiten der Druckversorgungseinrichtung 18 über das Ventil 22 in den Kolbenraum 14 und die Kolbenstangeneinheit 12 fährt demgemäß nach rechts aus. Das aus dem Stangenraum 16 verdrängte Fluid gelangt dann wiederum über das Ventil 22 in den Rücklauf 20 und mithin zum Vorratstank T. Nimmt das Ventil 22 sein linkes Schaltbild ein, gelangt Fluid unter Druck in den Stangenraum 16 und der Kolbenraum 14 wird über den Rücklauf 20 zum Tank T hin entlastet. Dergestalt fährt die Kolbenstangeneinheit 12 nach links ein. In der Praxis werden aber regelmäßig für das Hauptsteuerventil 22 Proportionaldrosselventile mit vergleichbaren Ventilstellungen eingesetzt.
Des Weiteren ist in die Zu- und Ablaufleitungen zum hydraulischen Arbeitszylinder 10 ein Wechselventil 24 geschaltet, das den höchsten Druck an eine Load-Sensing-Leitung 26 weiterleitet. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Schaltdarstellung für das Wechselventil 24 ist mithin der Fluiddruck auf der Kolbenseite 14 am höchsten und mithin am Anschluss 3, so dass sich die Schließkugel des Wechselventils 24 in ihrer rechten Schließstellung befindet zwecks Sperrung der Fluidzuleitung 1. Der den Kolbenraum 14 betreffende Fluiddruck steht damit über die Leitungsabschnitte 3, 2 in der Load-Sensing-Leitung 26 an. Dasselbe gilt, wenn der Druck im Stangenraum 16 höher ist als der Druck im Kolbenraum 14, mit der Folge, dass die Schließkugel sich dann in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen nach links bewegt und den Anschluss 3 absperrt. Dergestalt gelangt dann Fluid mit dem Druck im Stangenraum 16 über die Leitungsabschnitte 1 und 2 in die Load-Sensing-Leitung 26.
An einem Abzweig 28 in einer Fluidleitung zwischen der Druckversorgungseinrichtung 18 und der Eingangsseite des Hauptsteuerventils 22 mündet eine Druckversorgungsleitung 30 in den Druckanschluss 32 eines Ventils ein, wie es in Fig. 2 näher dargestellt ist. Der Druck am Druckanschluss 32 des Ventils wirkt über eine Steuerleitung 34 auf einen in einem Ventilgehäuse 44 längsverfahrbaren Ventilkolben 46 ein, der mit seiner gegenüberliegenden Steuerseite der Gegenkraft aus der Load-Sensing-Leitung 26 ausgesetzt ist. Des Weiteren wird gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 der Ventilkolben 46 mittels einer Ventilfeder 40 in seiner Schließstellung gehalten, bei dem die Druckversorgungsleitung 30 von einem weiteren Rücklauf 42 zum Tank T gesperrt ist. Nimmt der von der Druckversorgungsleitung 30 stammende Fluiddruck zu und übersteigt er den Druck in der Load-Sensing-Leitung 26 zusammen mit der Federkraftwirkung der Druckfeder 40, kommt das als Proportionalventil ausgebildete Ventil als Druckwaage in eine regelnde drosselnde Stellung betreffend den Ablaufstrom aus der Druckversorgungsleitung 30 in Richtung Tank T. Dergestalt wird das in der Fig. 1 gezeigte Ventil im Rahmen eines Load-Sensing-Systems, das mit einer Konstantpumpe 18 betrieben wird, zur Regelung des Systemdrucks eingesetzt. Das Ventil in Form der Druckwaage erhält den maximalen Verbraucherdruck aus dem Load-Sensing-System als Eingangsgröße über die Load-Sensing-Leitung 26. Das in Fig. 1 gezeigte Ventil nach dem Stand der Technik hat demgemäß die Aufgabe, den Pumpendruck um einen definierten Wert über diesen Wert anzuheben und die entstehende Differenz wird Load-Sensing Δp genannt. Dieses Δp wird benötigt, um an den Steuerkanten des Wegeventils in Form des Hauptsteuerventils 22 mit immer gleichen Differenzdruckverhältnissen eine gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung für den Differentialzylinder 10 zu erzielen.
Das Problem ist, dass auch im Leerlauf, wenn der Load-Sensing-Druck Null bar beträgt, das gleiche Δp auf den Pumpendruck auf der Ausgangsseite der Konstantpumpe 18 aufgeprägt wird, und somit wird auch im Leerlauf der Arbeitshydraulik das Produkt aus Pumpenförderstrom und Umlauf Δp als Energieverlust verheizt. Wird nun das erfindungsgemäße Ventil nach der Fig. 2 als Druckwaage oder Ventil nach der Fig. 1 eingesetzt, wird im Leerlauf für den hydraulischen Versorgungskreislauf nicht unnötig Energie verbraucht und bei Aktivierung der Arbeitshydraulik wird automatisch wieder das geforderte Load-Sensing Δp erzeugt. Das für dieses Ansteuerverhalten verantwortliche Ventil ist in der Fig. 2 näher dargestellt und wird vom Aufbau und der Funktion her im Folgenden näher erläutert.
Das Ventil nach der Fig. 2 weist ein Ventilgehäuse 44 auf und einen darin längsverfahrbar geführten Ventilkolben 46, der unter der Einwirkung der Ventilfeder 40 in Form einer Druckfeder in seiner in der Fig. 2 dargestellten Stellung gehalten ist und dabei eine mögliche fluidführende Verbindung zwischen dem Druckanschluss 32 und einem Tankanschluss 48 im Ventilgehäuse 44 sperrt. Der Tankanschluss 48 kann, vorzugsweise aus paarweise diametral zu der Längsachse 50 gegenüberliegend angeordneten Durchgriffsbohrungen im Ventilgehäuse 44 bestehen, wobei gemäß der Darstellung nach der Fig. 2, nur zwei dieser gegenüberliegenden Bohrungen dargestellt sind. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 2 ist das innere freie Ende des Tankanschlusses 48 von der Außenumfangsseite des Ventilkolbens 46 überfahren und das andere freie Ende des Tankanschlusses 48 mündet in einen tankseitigen Ablaufraum 52 ein, in den die Rücklaufleitung 42 zum Vorratstank T hin ausmündet. Das in Fig. 2 als Ganzes gezeigte Ventil ist als sogenanntes Einschraubventil oder Cartridge-Ventil konzipiert und lässt sich patronenartig über eine Einschraubstrecke 54 in einen nicht dargestellten Ventilblock oder dergleichen einschrauben. Zur Abdichtung des Cartridge-Ventils gegenüber dem nicht näher dargestellten Ventilblock weist das Ventil außenumfangsseitig Dicht- und Führungsringe auf, wobei der konzentrisch zur Längsachse 50 radial umlaufende Ablaufraum 52 zwischen zwei solchen Dichtsätzen aufgenommen ist.
In der freien Stirnseite des Ventilkolbens 46, die dem Druckanschluss 32 benachbart gegenüberliegt, ist mittig eine Blende 56 aufgenommen, die eine permanente Fluidverbindung auf Seiten des Druckanschlusses 32 mit einem Federraum 58 mit der Ventilfeder 40 herstellt. Die Ventilfeder 40 stützt sich dabei mit ihrem einen freien Ende in Blickrichtung auf die Fig. 2 gesehen, rechts am Ventilkolben 46 ab und mit ihrem linken freien Ende an einer freien Stirnseite eines Einschraubgehäuses 60, das gleichfalls in der Art einer Einschraubpatrone über die freie Stirnseite in das Ventilgehäuse 44 über eine weitere Einschraubstrecke 62 geschraubt ist. Darüber hinaus steht am Druckanschluss 32 gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 auch der Druck in der Steuerleitung 34 an, der entgegen dem Druck in der Load-Sensing-Leitung 26 wirkt.
Des Weiteren ist das Ventilgehäuse 44 von einem Load-Sensing-Anschluss 64 durchgriffen, der als Schrägbohrung ausgebildet mit seinem einen freien Ende in den Federraum 58 ausmündet und mit seinem anderen Ende in einen Fluidraum 66, der von zwei Dichtungsanordnungen am Außenumfang des Ventilgehäuses 44 begrenzt ist und aus einer Aussparung am Außenumfang des Ventilgehäuses 44 mit gebildet ist. In diesem Fluidraum 66 mündet die Load-Sensing-Leitung 26 aus. Die dahingehende Schrägbohrung 64 bildet zusammen mit dem Ventilgehäuse 44 an der Stelle des Übergangs zum Federraum 58 durch Verringerung ihres freien Querschnitts eine Blende 67 aus, die bei einer bevorzugten Ausführungsform (nicht dargestellt) zur Realisierung verschiedener Blendengeometrien auch tauschbar im Ventilgehäuse 44 aufgenommen sein kann. Im Ventilgehäuse 44 und mithin auch als integraler Bestandteil des Einschraubgehäuses 60 ist als Ganzes eine Druckabsenkeinrichtung 68 vorgesehen, die bei einem fehlenden Steuerdruck am Load-Sensing-Anschluss 26 den Federraum 58 mit dem Tankanschluss 48 respektive mit dem tankseitigen Ablaufraum 52 fluidführend verbindet.
Für die dahingehende Fluidverbindung weist die Druckabsenkeinrichtung 68 im Einschraubgehäuse 60 einen ersten Fluidkanal 70 auf, der mit seinem ersten Abschnitt 72 mit seinem einen freien Ende in den Federraum 58 ausmündet und mit seinem anderen freien Ende in eine Querbohrung 74 im Einschraubgehäuse 60 als dem zweiten Abschnitt des Fluidkanals 70. Die Querbohrung 74 mündet mit ihrem einen freien Ende wiederum in einen weiteren Federraum 76 aus, der von einer Druckkolbenfeder 78 durchgriffen ist. Diese Druckkolbenfeder 78 stützt sich mit ihrem einen freien Ende in Verlängerung der Ventilfeder 40 und in koaxialer Anordnung zur Längsachse 50 an einer inneren Abschlusswand des Einschraubgehäuses 60 ab und mit ihrem anderen freien Ende an einem Druckabsenkkolben 80, der als Bestandteil der Druckabsenkeinrichtung 68 längsverfahrbar in einer hohlzylindrischen Ausnehmung im Einschraubgehäuse 60 außenumfangsseitig abgedichtet geführt ist.
In Blickrichtung auf die Fig. 2 gesehen, ist der Druckabsenkkolben 80 in seiner hinteren Verfahrstellung gezeigt, bei der er mit einem zapfenartigen Anschlagteil 82 an einer Stirnwand der Ausnehmung innerhalb des Einschraubgehäuses 60 anliegt. Das andere freie Ende der Querbohrung 74 mündet in einen umlaufenden Ringspalt 84 aus, der innenumfangsseitig durch eine Außenwand des Einschraubgehäuses 60 gebildet und außenumfangsseitig von einer Innenwand des Ventilgehäuses 44 begrenzt ist. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 2 ist in das Einschraubgehäuse 60 ein zweiter Fluidkanal 86 eingebracht, der mit seinem einen freien Ende in den zweiten Federraum 76 ausmündet und mit seinem anderen freien Ende in einen schräg verlaufenden Verbindungskanal 88, der insoweit die Verbindung zwischen zweitem Federraum 76 und dem tankseitigen Ablaufraum 52 herstellt, in den auch der Tankanschluss 48 im Ventilgehäuse 44 ausmündet. Ist also der Druckabsenkkolben 80 in seiner in der Fig. 2 gezeigten, rückwärtigen Position ist der erste Federraum 58 über die Längsbohrung 72 und die Querbohrung 74 als Teile des ersten Fluidkanals 70 und über den zweiten Federraum 76, den zweiten Fluidkanal 86 sowie den schräg verlaufenden Verbindungskanal 88 mit der Tankseite T fluidführend verbunden. Um Hemmnisse im Betrieb zu vermeiden und beim Überfahren der Querbohrung 74 mittels des Druckabsenkkolbens 80 ein eventuell zu viel an Medium zu verdrängen, ist der Aufnahmeraum in Form des Ringspaltes 84 vorgesehen.
Des Weiteren begrenzt der Druckabsenkkolben 80 mit seinem Anschlagteil 82 einen weiteren Fluidraum 90, in den ein dritter Fluidkanal 92 im Einschraubgehäuse 60 einmündet, der über eine weitere Schrägbohrung 94 als dem weiteren Load-Sensing-Anschluss den dahingehenden Druck vom ersten Fluidraum 66 und mithin von der Load-Sensing-Leitung 26 an den weiteren zweiten Fluidraum 90 auf die Rückseite des Druckabsenkkolbens 80 weiterleitet. Insoweit bedient also der Fluiddruck in der Load-Sensing-Leitung 26 sowohl den Anschluss 64 als auch den Anschluss 90 über den gemeinsamen Fluidraum 66, der entlang des Außenumfanges des Ventilgehäuses 44 ausgespart ist und in den die Load-Sensing-Leitung 26 mit ihrem einen freien Ende einmündet. Der Druckabsenkkolben 80 weist auf seiner dem Anschlagteil 82 gegenüberliegenden Seite ein weiteres Anschlagteil 96 auf, das in einer voll zusammengedrückten Stellung der Druckkolbenfeder 78 an der vorderen, inneren Stirnwand des Einschraubgehäuses 60 gegebenenfalls anschlägt, das insoweit den zweiten Federraum 76 mit begrenzt.
Bei einem Load-Sensing-Druck von Null in der Leitung 26 und im Fluidraum 66 und mithin an den Load-Sensing-Anschlüssen 64 und 94 wird unter einem vorgebbaren Pumpendruck mittels der Konstantpumpe 18 am Druckanschluss 32 der Druckabsenkkolben 80 unter der Federwirkung der Druckkolbenfeder 78 in seine in der Fig. 2 gezeigt rückwärtige Position verfahren und gibt dabei über die bereits angesprochenen Kanäle die fluidführende Verbindung zwischen den beiden Federräumen 58, 76 frei. Dies hat zur Folge, dass der hinter der Blende 56 mittels des Pumpendruckes im Federraum 58 des Ventilkolbens 46 entstehende Blendendruck im ersten Federraum 58 über die Kanalführung 72, 74, 76, 86, 88, 52 zum Tank T hin, abfällt und dergestalt der diesbezügliche Pumpendruck abgesenkt ist.
Wird nun die Arbeitshydraulik im hydraulischen Kreislauf nach der Fig. 1 erneut hochgefahren, entsteht ein Load-Sensing-Druck und dieser wird zunächst über den Anschluss 64 und die Fluidführung 70, 72, 74, 76, 86, 88, 52 zum Tank T hin entlastet. Der über den Fluidraum 66 in den weiteren Load-Sensing-Anschluss in Form der Schrägbohrung 94 und somit in den weiteren Fluidraum 90 eingeleitete Load-Sensing-Druck führt dann bei drucklos gehaltenem weiteren Federraum 76 dazu, dass der Druckabsenckolben 80 entgegen der Federwirkung der Druckkolbenfeder 78 von seiner in der Fig. 2 gezeigten Anschlagstellung nach rechts verfährt und dabei mit seinem Außenumfang die Querbohrung 74 überfährt und insoweit die vorstehend beschrieben Druckabsenkung über den Load-Sensing-Anschluss 64 zum Tank T hin unterbindet. Bei im Fluidraum 90 anstehendem Load-Sensing-Druck verfährt also wie dargelegt der Druckabsenkkolben 80 entgegen der Federwirkung der Druckkolbenfeder 78 in seine, die fluidführende Verbindung zwischen den Federräumen 58 und 76 sperrende Stellung und es erfolgt die proportionale Ansteuerung des Fluidstroms vom Pumpendruckanschluss 32 zum Tankanschluss T, unterstützt von dem jeweiligen Steuerdruck in der Steuerleitung 34. Dergestalt ist die Druckabsenkeinrichtung 68 als Ganzes deaktiviert und das in der Fig. 2 gezeigte Ventil arbeitet wie eine Standard-Druckwaage in einem Versorgungskreislauf, beispielsweise gemäß der Ausführungsform nach der Fig. 1.
In der Fig. 2 ist mit einem Oval 98 ein Bereich fiktiv umgrenzt, der die Möglichkeit eröffnet die Blende 56 als Einschraubblende mit unterschiedlichen Blendengeometrien auszugestalten, die tauschbar im Ventilkolben 46 einsetzbar eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Ventil im Bedarfsfall ermöglicht. Ist die erste Blende 67 gleich der Blende 56 ausgebildet, verdoppelt sich die Federkraft und das Δp ist halbiert, so dass ein besonders günstiges Druckabsenkverhalten erreicht ist. Ist die Blende 56 mit ihrem freien Öffnungsquerschnitt etwas größer gewählt als der freie Blendenquerschnitt der Blende 67 lassen sich im Bedarfsfall auch asymmetrische Differenzdruckwerte im Rahmen der Druckabsenkung mittels der diesbezüglichen Einrichtung 68 erreichen.
Das in der Fig. 2 gezeigte Ventil in der Art einer Cartridge-Lösung erlaubt es, den Systemdruck bei hydraulischen Versorgungskreisläufen, wie sie beispielhaft in der Fig. 1 aufgezeigt sind, im Leerlauf erheblich zu reduzieren und bei Aktivieren der Arbeitshydraulik in Form des Differentialzylinders 10 wird wieder, wie beschrieben, automatisch das geforderte Load-Sensing Δp erzeugt.

Claims

Ventil mit einem Ventilgehäuse (44) und einem darin längsverfahrbar geführten Ventilkolben (46), einem Druckanschluss (32) und einen Tankanschluss (48), wobei der Ventilkolben (46) der unter der Einwirkung einer Ventilfeder (40) in seiner geschlossenen Stellung eine fluidführende Verbindung zwischen dem Druckanschluss (32) und dem Tankanschluss (48) im Ventilgehäuse (44) sperrt und in einer Öffnungsstellung freigibt und der eine Blende (56) aufweist, die eine permanente Fluidverbindung auf Seiten des Druckanschlusses (32) mit einem Federraum (58) mit der Ventilfeder (40) herstellt, und mit einem Load-Sensing-Anschluss (64) im Ventilgehäuse (44), der in den Federraum (58) ausmündet, wobei im Ventilgehäuse (44) eine Druckabsenkeinrichtung (68) aufgenommen ist, die bei fehlendem Druck am Load-Sensing-Anschluss (64) den Federraum (58) des Ventilkolbens (46) mit dem Tankanschluss (48) fluidführend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabsenkeinrichtung (68) in einem Einschraubgehäuse (60) aufgenommen ist, das über eine freie Stirnseite des Ventilgehäuses (44) einschraubbar ist, die der anderen Stirnseite mit dem Druckanschluss (32) gegenüberliegt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabsenkeinrichtung (68) einen längsverfahrbaren Druckabsenkkolben (80) aufweist, der mit seiner einen freien Stirnseite einen weiteren Federraum (76) mit einer Druckkolbenfeder (78) begrenzt und der von dem Druck in einem weiteren Load-Sensing-Anschluss (94) im Ventilgehäuse (44) ansteuerbar ist, der vorzugsweise in einen Fluidraum (66) ausmündet, der mit dem Load-Sensing-Anschluss (64) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einschraubgehäuse (60) ein erster Fluidkanal (70) eingebracht ist, der vom Druckabsenkkolben (80) freigelassen eine fluidführende Verbindung zwischen dem einen (58) und dem weiteren Federraum (76) herstellt.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Einschraubgehäuse (60) ein zweiter Fluidkanal (86) eingebracht ist, der in jeder Verfahrrichtung des Druckabsenkkolbens (80) eine fluidführende Verbindung zwischen dem weiteren Federraum (76) über einen im Ventilgehäuse (44) verlaufenden Verbindungskanal (88) zum Tank (T) herstellt.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einschraubgehäuse (60) ein dritter Fluidkanal (92) eingebracht ist, der den weiteren Fluidraum (90), der von dem Druckabsenkkolben (80) mit begrenzt ist, mit dem weiteren Load-Sensing-Anschluss (94) verbindet.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druck von Null am Load-Sensing-Anschluss (64) und am weiteren Load-Sensing-Anschluss (94) und einem vorgebbaren Pumpendruck am Druckanschluss (32) der Druckabsenckolben (80) unter der Federwirkung der Druckkolbenfeder (78) die fluidführende Verbindung zwischen den beiden Federräumen (58, 76) freigibt, so dass der hinter der Blende (56) mittels des Pumpendrucks im Federraum (58) des Ventilkolbens (46) entstehende Blendendruck zum Tankanschluss (48) hin abfällt und dergestalt der Pumpendruck am Druckanschluss (32) abgesenkt ist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei im weiteren Fluidraum (90) anstehendem Load-Sensing-Druck der Druckabsenkkolben (80) entgegen der Federwirkung der Druckkolbenfeder (78) in seine die fluidführende Verbindung zwischen den Federräumen (58, 76) sperrende Stellung verfahren ist, so dass der Ventilkolben (46) entgegen dem Load-Sensing-Druck im Federraum (58) an seiner dem Federraum (58) die Ansteuerung des Fluidstroms vom Pumpendruckanschluss (32) zum Tankanschluss (48) vornimmt.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (56) und/oder eine weitere Blende (67) am Load-Sensing-Anschluss (64) jeweils als Einschraubblende mit unterschiedlichen Blendengeometrien ausgestaltet ist, die tauschbar im Ventilkolben (46) bzw. im Ventilgehäuse (44) einsetzbar ist, und/oder dass beide Blenden (56, 67) in Reihe hintereinander geschaltet sind.
Hydraulischer Versorgungskreislauf mit
- einem hydraulischen Verbraucher (10), wie einem Differentialzylinder;

- einer Druckversorgungseinrichtung (18), wie einer Konstantpumpe;

- einem Tank (T) oder Rücklauf (42);

- einem zwischen der Druckversorgungseinrichtung (18) und dem hydraulischen Verbraucher (10) geschalteten Hauptsteuerventil (22); und

- einem Wechselventil (24) zwischen dem hydraulischen Verbraucher (10) und dem Hauptsteuerventil (22),
dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche an die Ausgangsseite der Druckversorgungseinrichtung (18) angeschlossen ist, das den höchsten Druck am Wechselventil (24) als Load-Sensing-Druck erhält.