CH708875A1

CH708875A1 - Hydraulikventilanordnung mit Steuerungs-/Regelungsfunktion.

Info

Publication number: CH708875A1
Application number: CH01929/13A
Authority: CH
Inventors: Michael Deeken; Volker Gliniorz; Philipp Hahn; Pascal Progin; Patrick Stephan
Original assignee: Liebherr Machines Bulle Sa
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-05-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikventilanordnung zum Steuern/Regeln von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (V1) einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer Summierungsverschaltung (SB) von mindestens zwei Hydraulikventilen (S1, S2) und mindestens einer Verbraucherverschaltung (VB) von Hydraulikventilen (Z1, Z2, R1, R2), wobei die Ausgänge (SLA_1) der Summierungsverschaltung (SB) hydraulisch mit den Eingängen (VLE) der Verbraucherverschaltung (VB) verbunden sind, wobei wenigstens ein Rücklaufventil (R1, R2) in der Verbraucherverschaltung (VB) vorgesehen ist, und wobei das wenigstens eine Rücklaufventil (R1, R2) zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck öffnet oder schliesst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Ventil zur Verwendung in dieser Hydraulikventilanordnung, gekennzeichnet durch zwei in einer gemeinsamen Ventilhülse (a9) angeordnete Ventilkolben (Hauptkolben a6 und Rückschlagkolben a14).

Description

Beschreibung

[0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikventilanordnung mit SteuerungsVRegelungsfunktion, ein Rücklaufventil für die Hydraulikventilanordnung, ein hydraulisches Antriebssystem mit wenigstens einer Hydraulikventilanordnung sowie eine mobile Arbeitsmaschine mit dem hydraulischen Antriebssystem.

[0002] Sitzventile in Cartridge-Bauweise sind in vielfältigen Ausführungen heute am Markt erhältlich. Es existiert bei verschiedenen Herstellern eine breite Produktpalette von Sitzventilen von sehr kleinen bis zu sehr grossen Nenngrössen. Es zeigt sich, dass Sitzventile kleiner Nenngrössen häufig in Vorsteuerungssystemen von Hydraulikreisläufen zum Einsatz kommen. Dies gilt sowohl für mobile, als auch für stationäre Hydrauliksysteme. Sitzventile für hohe ölvolumenströme kommen überwiegend in der Stationär-Hydraulik zum Einsatz.

[0003] Die erhältlichen Sitzventile in Cartridge-Bauweise sind meist durch externe Signale (Drucksignale, elektrische Signale) gesteuert, und bedürfen einer Systemeinbindung über eine externe Steuerungseinheit. Dies bedeutet, dass heute existierende Cartridge-Ventile nicht über die im Folgenden benannten Funktionen verfügen, welche für den Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine notwendig sind. Sollen die vorhandenen Cartridge-Ventile in einem hydraulischen Steuerungssystem einer mobilen Arbeitsmaschine zum Einsatz kommen, so zeigt sich in einer Vielzahl von Erfindungs-Anmeldungen, dass immer eine elektronische oder elektrische Steuereinheit die Algorithmen zur Erfüllung der Steuerungs-/Regelungsfunktionen der hydraulischen Antriebe übernimmt und entsprechend die Ventile steuert.

[0004] Als Beispiel für ein solches hydraulisches Steuerungssystem für reine Arbeitsmaschine kann die Veröffentlichung DE 11 2004 001 916 T5 genannt werden.

[0005] Allgemein sollen Hydraulikventile dabei Funktionen zur Gewährleistung des einwandfreien Betriebes der hydraulischen Verbraucher innerhalb des hydraulischen Steuerungssystems einer mobilen Arbeitsmaschine (Bagger, Radlader, Krane, etc.) realisieren. Die Funktionen der Hydraulikventile unterscheiden sich nach den Ventilarten (Summierungsventile, Zulaufventile und Rücklaufventile).

[0006] Die neuen Hydraulikventile haben die Aufgabe, innerhalb eines hydraulischen Steuerungssystems, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, die Steuerung von Ölvolumenströmen in Abhängigkeit von spezifischen Zuständen innerhalb des Hydrauliksystems sowie externer Steuerungssignale zu realisieren.

[0007] Dieser Zusammenhang soll als Funktion eines Rücklaufventils innerhalb der Verbraucherverschaltung realisiert werden. Dabei soll das Rücklaufventil in Abhängigkeit des Verbraucher-Zulaufdruckes öffnen oder schliessen, um den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom so zu drosseln, dass ein entsprechender Verbraucher-Zulaufdruck aufrechterhalten wird. Somit soll das Rücklaufventil direkt durch den hydraulischen Verbraucher-Zulaufdruck verstellt werden.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Hydraulikventilanordnung zum Steuern/Regeln von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher einer mobilen Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, mit einer Summierungsverschaltung von mindestens zwei Hydraulikventilen und mindestens einer Verbraucherverschaltung von Hydraulikventilen, wobei die Ausgänge der Summierungsverschaltung hydraulisch mit den Eingängen der Verbraucherverschaltung verbunden sind, wobei wenigstens ein Rücklaufventil in der Verbraucherverschaltung vorgesehen ist, und wobei das wenigstens eine Rücklaufventil zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck öffnet oder schliesst.

[0009] Vorteilhafterweise wird so die Steuerung/Regelung des Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms ermöglicht, ohne dass das Rücklaufventil hierfür eigens elektronisch angesteuert werden muss. Das Rücklaufventil regelt sich vielmehr in Abhängigkeit von dem Verbraucher-Zulaufdruck selbst.

[0010] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, die sich an den Hauptanspruch anschliessen.

[0011 ] Dabei kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Rücklaufventil wenigstens zwei in derselben, einstückigen Ventilhülse angeordnete Kolben umfasst.

[0012] Die Bereitstellung von zwei Kolben in derselben, einstückigen Ventilhülse vereinfacht dabei vorteilhafterweise die Konstruktion des Rücklaufventils.

[0013] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Hydraulikventilanordnung den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom in Abhängigkeit von externen Steuersignalen drosselt und/oder dass das wenigstens eine Rücklaufventil eine Druckbegrenzungsfunktion zum Begrenzen des Verbraucherdrucks auf ein maximales Druckniveau aufweist.

[0014] Zum Einen wird es so vorteilhaft ermöglicht, über externe Steuersignale auf den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom einzuwirken und zum Anderen ermöglicht es die Druckbegrenzungsfunktion den Verbraucherdruck auf ein maximales Druckniveau zu begrenzen, um das hydraulische Steuerungssystem vor Überlastung der einzelnen Hydraulik-Komponenten zu schützen.

[0015] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass wenigstens ein Summierungsventil/Zulaufventil in der Summierungsverschaltung und/oder der Verbrauch-Verschaltung angeordnet ist, wobei das eine Summierungsventil/Zulaufventil wenigstens zwei Kolben umfasst, die in derselben, einstückigen Ventilhülse angeordnet sind.

2 [0016] Hierdurch können vorteilhafterweise mehrere Pumpenvolumenströme dem Verbraucher oder den Verbrauchern zugeordnet werden, wobei z.B. mehrere Pumpenvolumenströme auf einen Verbraucher summiert oder auch wieder getrennt werden können. Die Ausführung des Summierungsventils/Zulaufventils mit zwei Kolben in derselben, einstückigen Ventilhülse bedeutet hierbei eine vorteilhaft einfache und kostengünstige Bauweise des Summierungsventils/Zulaufventils.

[0017] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Summierungsverschaltung ihr zugeführte Volumenströme auf an ihr vorgesehene Ausgänge summiert oder trennt.

[0018] Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, bedarfsabhängig Volumenströme auf an die Summierungsverschaltung angeschlossene Verbraucher abzugeben.

[0019] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Verbraucherverschaltung zum Steuern/ Regeln der Bewegungsrichtungen von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher ausgelegt ist und/oder dass in der Verbraucherverschaltung für jede Bewegungsrichtung des wenigstens einen hydraulischen Verbrauchers mindestens ein Summierungsventil/Zulaufventil und mindestens ein Rücklaufventil vorgesehen ist.

[0020] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei denkbar, dass in der Verbraucherverschaltung zwei Summierungsventile/Zulaufventile und zwei Rücklaufventile vorgesehen sind.

[0021 ] Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Rücklaufventil für eine Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Rücklaufventil wenigstens zwei in derselben, einstückigen Ventilhülse angeordnete Kolben umfasst.

[0022] Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf ein hydraulisches Antriebssystem mit wenigstens einer Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, wobei der wenigstens eine hydraulische Verbraucher mit der Verbraucherverschaltung hydraulisch verbunden ist, und/oder mit wenigstens zwei Hydraulikpumpen, wobei die Hydraulikpumpen mit der Summierungsverschaltung hydraulisch verbunden sind.

[0023] Die Erfindung richtet sich ferner auf eine mobile Arbeitsmaschine mit einem hydraulischen Antriebssystem nach Anspruch 10.

[0024] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 : einen schematischen Aufbau eines hydraulischen Antriebssystems;

Fig. 2: einen hydraulischen Schaltplan des Summierungsventils/Zulaufventils;

Fig. 3: einen Querschnitt des Summierungsventils/Zulaufventils;

Fig. 4: einen hydraulischen Schaltplan des Rücklaufventils;

Fig. 5: einen Querschnitt des Rücklaufventils;

Fig. 6: einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse mit eingepresstem Ventilsitz (Version A);

Fig. 7: einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse mit integriertem Ventilsitz (Version B);

Fig. 8: einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse mit Formfräsung (Version C);

Fig. 9: einen Öffnungsquerschnitt, generiert durch Formdrehung am Kolben (Version D); und

Fig. 10: eine axiale Fixierung der Ventile durch Einsatz eines Gewindes auf der Ventilhülse.

[0025] Das hydraulische Steuerungssystem kann, wie in Fig. 1 gezeigt, aufgebaut sein. Dabei besteht das gezeigte hydraulische Steuerungssystem aus mindestens zwei Hydraulikpumpen, einer Summierungsverschaltung von mindestens zwei Hydraulikventilen, mindestens einer Verbraucherverschaltung von Hydraulikventilen und mindestens einem hydraulischen Verbraucher (Linearantrieb, Rotationsantrieb).

[0026] Die Hydraulikpumpen sind mit der Summierungsverschaltung hydraulisch verbunden. Durch die Summierungsverschaltung können die Volumenströme der Hydraulikpumpen auf entsprechend vorhandene Ausgänge der Summierungsverschaltung summiert oder getrennt werden. Die Summierungsverschaltung kann in einem Summierungsblock angeordnet oder durch einzelne Ventilblockanordnungen realisiert werden. Bei der Umsetzung durch einzelne Ventilblöcke sind die Ventilblöcke durch hydraulische Leitungen (Rohre oder Schläuche) miteinander verbunden.

[0027] Die Ausgänge der Summierungsverschaltung sind hydraulisch mit den Eingängen der Verbraucherverschaltung verbunden. Die Ausgänge der Verbraucherverschaltung sind mit den jeweiligen hydraulischen Verbrauchern verbunden. Die Verbraucherverschaltung dient zum Einstellen der Bewegungsrichtung eines hydraulischen Verbrauchers, indem die Verbraucheranschlüsse wahlweise mit dem Tankrücklauf oder den Zulaufvolumenströmen der Hydraulikpumpen verbunden werden. Die Verbraucherverschaltung kann in einem Verteilerblock angeordnet werden, so dass für jeden, im hydraulischen Steuerungssystem vorhandenen Verbraucher, mindestens ein Verteilerblock die notwendigen Funktionen erfüllt.

3 Die Verbraucherverschaltung kann jedoch auch durch einzelne Ventilblockanordnungen umgesetzt werden, so dass die hydraulischen Verbindungen zwischen den einzelnen Ventilblöcken durch hydraulische Leitungen (Rohre oder Schläuche) realisiert sind. Ebenfalls ist es möglich, dass mehrere parallele Verteilerverschaltungen für einen hydraulischen Verbraucher geschälten werden.

[0028] Ein ähnlicher Systemaufbau wurde bereits in der Anmeldung DE 10 2012 004 012.1 beschrieben.

[0029] Innerhalb des beschriebenen hydraulischen Steuerungssystems sollen die neuen Hydraulikventile in Form von verschiedenen Ventilarten zum Einsatz kommen können. Dabei sollen sie entweder als Summierungsventile innerhalb der Summierungsverschaltung, Zulaufventile innerhalb der Verteilerverschaltung und/oder Rücklaufventile innerhalb der Verteilerverschaltung verwendet werden.

[0030] Die Zulaufventile und Rücklaufventile einer Verteilerverschaltung sollen innerhalb des hydraulischen Steuerungssystems zur Steuerung der Bewegungsrichtungen hydraulischer Verbraucher (Linearantriebe, Rotationsantriebe) verwendet werden. Dabei sollen diese Hydraulikventile so angeordnet werden, dass für jede Bewegungsrichtung mindestens ein Zulaufventil und mindestens ein Rücklaufventil die Bewegungsrichtung des hydraulischen Verbrauchers einstellen können. Somit soll für jede Bewegungsrichtung mindestens ein Zulaufventil (Fig. 1 : Z1 und Z2) die Verbindung zwischen einem zufliessenden Pumpenvolumenstrom (Primärseite) und dem jeweiligen Verbraucheranschluss (Sekundärseite) hersteilen können. Zugleich soll für jede Bewegungsrichtung entsprechend mindestens ein Rücklaufventil (Fig. 1 : R1 und R2) die Verbindung zwischen dem jeweiligen Verbraucheranschluss (Sekundärseite) und dem Tankrücklauf hersteilen können.

[0031 ] Die Summierungsventile dienen der Zuordnung von Pumpenvolumenströmen zu den Verbrauchern. Dabei können mehrere Pumpenvolumenströme auf einen Verbraucher summiert und auch wieder getrennt werden.

[0032] Um die Schaltvorgänge während des Wechsels eines Summierungszustandes in einen anderen weitestgehend zu vereinfachen, sollen die Summierungsventile folgende Funktionen beinhalten:

[0033] Die Aktivierung und Deaktivierung der Funktion der Summierungsventile soll durch ein integriertes Schaltventil (elektrisch oder hydraulisch betätigt) (siehe Fig. 1 - F5 und F6) erfolgen, welches über ein extern zugeführtes Signal (elektrisch oder hydraulisch) angesteuert wird. Bei nicht anliegendem Steuersignal soll das Summierungsventil deaktiviert sein, d.h. das Ventil ist geschlossen und kann nicht öffnen. Bei anliegendem Steuersignal soll das Ventil die Möglichkeit besitzen, abhängig vom anliegenden Primärdruck (Ventileingang), zu öffnen (Primärdruck-Öffnung).

[0034] Ist die Funktion des Summierungsventils durch das Anlegen des Steuerungssignals freigegeben, ist dieses zunächst geschlossen. Wird am Eingang des Ventils (Primärseite) ein Druck aufgebaut, führt dieser zu einer Öffnung des Ventils (Primärdruck-Öffnungs-Funktion). Wird der Druck vor dem Ventil abgebaut oder eine Deaktivierung erfolgt, schliesst das Ventil.

[0035] Des Weiteren sollen die Summierungsventile über eine Rückschlagfunktion verfügen, so dass sie bei höherem Sekundärdruck (Druck hinter dem Summierungsventil) gegenüber dem Primärdruck (Druck vor dem Summierungsventil) schliessen. Diese Funktion ist gegenüber der Primärdruck-Öffnungs-Funktion prioritär.

[0036] Resultierend aus der Anwendung des beschriebenen hydraulischen Steuerungssystems in einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere in einem Hydraulikbagger, soll das Steuerungssystem unter anderem über die folgenden Funktionen verfügen, welche in die Zulaufventile integriert werden sollen:

[0037] Die Aktivierung und Deaktivierung der Funktionen der Zulaufventile soll durch ein integriertes Schaltventil (elektrisch oder hydraulisch) (siehe Fig. 1 - F2 und F3) erfolgen, welches über ein extern zugeführtes Signal (elektrisch oder hydraulisch) angesteuert wird. Bei nicht anliegendem Steuersignal soll das Zulaufventil deaktiviert sein, d.h. das Ventil ist geschlossen und kann nicht öffnen. Bei anliegendem Steuersignal soll das Ventil die Möglichkeit besitzen, abhängig vom anliegenden Primärdruck (Ventileingang), zu öffnen (Primärdruck-Öffnung).

[0038] Ist die Funktion des Zulaufventils durch das Anlegen des Freigabe-Steuerungssignals aktiviert, ist dieses zunächst geschlossen. Wird am Eingang des Ventils (Primärseite) ein Druck aufgebaut, führt dieser zu einer Öffnung des Ventils (Primärdruck-Öffnungs-Funktion). Wird der Druck vor dem Ventil abgebaut oder eine Deaktivierung erfolgt, schliesst das Ventil.

[0039] Des Weiteren sollen die Zulaufventile über eine Rückschlagfunktion verfügen, so dass sie bei höherem Sekundärdruck (Druck hinter dem Zulaufventil) gegenüber dem Primärdruck (Druck vor dem Zulaufventil) schliessen. Diese Funktion ist gegenüber der Primärdruck-Öffnungs-Funktion prioritär und ist bei den Zulaufventilen zur Umsetzung einer Lasthaltefunktion der Verbraucher notwendig. Die Rückschlagfunktion sperrt einen Rückfluss des Primärseitigen Volumenstroms in die Pumpen. Hierdurch wird einerseits verhindert, dass der Verbraucher aufgrund von Leckage durch die Pumpen absinkt, andererseits werden die Pumpen vor Druckspitzen, ausgehend vom Verbraucher, geschützt.

[0040] Das hydraulische Steuerungssystem soll in seiner Anwendung in einer mobilen Arbeitsmaschine für verschiedene Verbraucherarten (bei einem Hydraulikbagger mit Tieflöffelausrüstung: Hubzylinder-, Stielzylinder-, Löffelzylinder- und Fahrwerksantriebe, etc.) in den vier Leistungsquadranten fehlerfrei arbeiten können. Demzufolge müssen hydraulische Verbraucher in beiden Bewegungsrichtungen (bei hydraulischen Linearantrieben: Einfahren/Ausfahren; bei hydraulischen Rotationsantrieben: Linksdrehend/Rechtsdrehend) positive und negative Lasten aufnehmen können.

4 [0041 ] Im Falle negativer Lasten muss bei einem hydraulischen Steuerungssystem im hydraulisch offenen Kreislauf eine Vorrichtung im System vorgesehen werden, welche den hydraulischen Verbraucher bremst und an seine Geschwindigkeitsvorgabe, welche durch einen eingeprägten Volumenstrom der verbundenen Hydraulikpumpen charakterisiert ist, anpasst (Abflussstromregelung). Hierdurch soll vermieden werden, dass der hydraulische Verbraucher durch äussere Lasten unwillkürlich beschleunigt wird. Dieses würde zu einem Unterdrück auf der Primärseite des Verbrauchers führen, welcher Kavitation in dem hydraulischen Steuerungssystem hervorrufen kann. Durch das Auftreten von Kavitation können die hydraulischen Systemkomponenten beschädigt werden, was in jedem Fall vermieden werden soll.

[0042] Dieser Zusammenhang soll als Funktion des Rücklaufventils innerhalb der Verbraucherverschaltung realisiert werden. Dabei soll das Rücklaufventil in Abhängigkeit des Verbraucher-Zulaufdruckes öffnen oder schliessen, um den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom so zu drosseln, dass ein entsprechender Verbraucher-Zulaufdruck aufrechterhalten wird. Somit soll das Rücklaufventil direkt durch den hydraulischen Verbraucher-Zulaufdruck verstellt werden.

[0043] Das hydraulische Steuerungssystem soll in seiner Anwendung in einer mobilen Arbeitsmaschine für verschiedene Verbraucherarten (bei einem Hydraulikbagger mit Tieflöffelausrüstung: Hubzylinderantrieb, Stielzylinderantrieb, Löffelzylinderantrieb, Fahrwerksantriebe, etc.) über eine Sekundärdruckbegrenzungsfunktion verfügen. Diese Funktion begrenzt den Verbraucherdruck (Sekundärdruck) auf ein maximales Druckniveau, um das hydraulische Steuerungssystem vor Überlastung der einzelnen Hydraulik-Komponenten zu schützen. Diese Funktion soll bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau eines hydraulischen Steuerungssystems in die Rücklaufventile R1 und R2 so integriert werden, dass diese Ventile im Fall eines zu hohen Verbraucherdruckes eine Öffnung von der Verbraucherdruckseite zum Tank ermöglichen, und damit den Verbraucherdruck auf ein vorgegebenes Druckniveau begrenzen.

[0044] Die Erfindung umfasst die Konstruktionsprinzipien der Hydraulikventile, welche es ermöglichen, die erforderlichen und weiter oben beschriebenen Funktionen zur Verwendung in einem hydraulischen Steuerungssystem nach Fig. 1 zum Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine zu realisieren.

[0045] In Fig. 2 ist der hydraulische Schaltplan und in Fig. 3 ein Querschnitt des Summierungsventils/Zulaufventils dargestellt. Diese beiden Ventile (Summierungs- und Zulaufventil) sind von ihrer konstruktiven Ausführung sowie der Funktionsweise identisch.

[0046] Die gesamte Ventilkonstruktion ist nach dem Prinzip eines Einbauventils ausgeführt und wird in den Ventilblock a1 eingeschoben und wahlweise mit einem Deckel a10 axial oder mit einem Gewinde auf der Ventilhülse a9 fixiert. Durch die axiale Positionierung wird die Verbindung der Ventilanschlüsse Zulauf A, dem Ablauf B sowie dem Tankanschluss T sichergestellt. Der hier gezeigte Aufbau wird ausschliesslich vom Anschluss A nach B durchströmt. Liegt am Anschluss A Druck an, wird dieser ebenfalls durch die Verbindungsdüse a2 in die Ausgleichskammer a12 weitergeleitet. So liegen an der oberen und der unteren Seite des Hauptkolbens a6 die gleichen Drücke an. Da der obere Durchmesser des Hauptkolbens a6 geringfügig grösser als der untere Durchmesser ausgeführt ist, wirkt immer eine Kraft auf den Hauptkolben a6, die diesen nach unten drückt. Durch die Hauptfeder a8, welche mit der Einstellscheibe a4 vorgespannt wird, wird eine weitere Kraft auf den Hauptkolben a6 generiert, die nach unten wirkt. Im ungeöffneten Zustand wird so der Hauptkolben a6 durch diese beiden Kräfte in den Ventilsitz a3 gedrückt. Die obere Vorsteuerkammer a7 ist immer zum Tank verbunden.

[0047] Bei unbetätigtem Freigabeventil a1 1 ist die obere Fläche des Rückschlagkolbens a14 mit Tankdruck beaufschlagt. Durch die Blende a13 im Rückschlagkolben a14 ist die untere Vorsteuerkammer a5 des Hauptkolbens a6 durch Kanäle in der Ventilhülse a9 ebenfalls zum Tank verbunden. Durch eine Verbindungsbohrung liegt an der Unterseite des Rückschlagkolbens a14 der Druck von Anschluss B an. Dieser wirkt, zusammen mit der Feder a15 gegen den Druck auf der Oberseite des Rückschlagkolbens a14. Durch diese Beaufschlagung des Rückschlagkolbens a14 ist ein Vergleich der Drücke an Anschluss A und B möglich. Ist der Rückschlagkolben a14 im oberen Anschlag, gibt eine Bohrung eine Verbindung der unteren Vorsteuerkammer a5 und dem Tankanschluss T frei. Bei Betätigung/Freigabe des Summierungsventils/Zulaufventils wird durch das Freigabeventil a1 1 eine Verbindung zwischen der Ausgleichskammer a12 und der oberen Seite des Rückschlagkolbens a14 geschaffen. Durch die Blende a13 fliesst ein kleiner Volumenstrom solange zum Tank ab, bis der Druck auf der oberen Seite des Rückschlagkolbens a14 eine grössere Kraft erzeugt, als die, die durch den Druck auf der unteren Seite des Rückschlagkolbens a14 und der Feder a15 hervorgerufen wird. Hierdurch bewegt sich der Rückschlagkolben a14 in den unteren Anschlag und verschliesst die Verbindung zum Tank. So wird die untere Vorsteuerkammer a5 mit dem Druck von Anschluss A beaufschlagt, was zu einer Bewegung des Hauptkolbens a6 nach oben führt. Hierdurch hebt sich der Hauptkolben a6 vom Ventilsitz a3 ab und gibt eine Verbindung zwischen Anschluss A und B frei. Wird das Ventil deaktiviert, wird durch das Freigabeventil a1 1 wieder eine Verbindung zwischen oberer Seite des Rückschlagkolbens a14 und dem Tank geschaffen. Hierdurch bewegt sich dieser wieder in den oberen Anschlag und verbindet die untere Vorsteuerkammer a5 mit dem Tank. Hierdurch bewegt sich der Hauptkolben a6 wieder in den Ventilsitz a3 und schliesst so die Steuerkante. Der Durchfluss zwischen Anschluss A und B ist gesperrt.

[0048] Ist die Hauptsteuerkante geöffnet und der Druck an Anschluss B steigt über den an Anschluss A, wird der Rückschlagkolben a14 ebenfalls in seinen oberen Anschlag bewegt. Hierdurch wird wieder die untere Vorsteuerkammer a5 mit dem Tank verbunden, wodurch die Hauptsteuerkante ebenfalls geschlossen wird. Der durch die Blende a13 im Rückschlagkolben a14 fliessende Volumenstrom wird ebenfalls zum Tank abgeführt. Steigt der Druck an Anschluss A wieder über den Druck an Anschluss B, wird der Rückschlagkolben a14 wieder in seinen unteren Anschlag gedrückt, die Verbindung zum Tank geschlossen und die Hauptsteuerkante öffnet wieder.

5 [0049] Fig. 4 ist der hydraulische Schaltplan und in Fig. 5 ein Querschnitt des Rücklaufventils dargestellt.

[0050] Die gesamte Ventilkonstruktion ist nach dem Prinzip eines Einbauventils ausgeführt und wird in den Ventilblock b1 eingeschoben und mit einem Deckel b1 1 axial oder mit einem Gewinde auf der Ventilhülse b10 fixiert. Durch die axiale Positionierung wird die Verbindung der Ventilanschlüsse Zulauf A, dem Ablauf B, der Verbindung zum Zulaufdruck X sowie dem Tankanschluss T sichergestellt. Der hier gezeigte Aufbau wird ausschliesslich vom Anschluss A nach B durchströmt. Liegt am Anschluss A Druck an, wird dieser ebenfalls durch die Verbindungsdüse b3 in die Ausgleichskammer b20 weitergeleitet. So liegen an der oberen und der unteren Seite des Hauptkolbens b7, der sich axial in der Ventilhülse b10 bewegen kann, die gleichen Drücke an. Da der obere Durchmesser des Hauptkolbens b7 geringfügig grösser als der untere Durchmesser ausgeführt ist, wirkt immer eine Kraft auf den Hauptkolben b7, die diesen nach unten drückt. Durch die Hauptfeder b8, welche mit der Einstellscheibe b5 vorgespannt wird, wird eine weitere Kraft auf den Hauptkolben b7 generiert, die nach unten wirkt. Im ungeöffneten Zustand wird so der Hauptkolben b7 durch diese beiden Kräfte in den Ventilsitz b2 gedrückt, welcher in die Sitzhülse b4 eingepresst ist. Die obere Vorsteuerkammer b9 ist immer zum Tank verbunden. Beim Freigabeventil des Rücklaufventils (in Fig. 5 nicht dargestellt) ist im deaktivierten Zustand der Anschluss X des Ventils mit der Tankleitung T verbunden. Wird das Rücklaufventil aktiviert, wird die Verbindung von X zu T gesperrt und der Anschluss X mit der, dem Rücklauf gegenüberliegenden Druckkammer (Zulaufdruck), verbunden. Hierdurch gelangt der Zulaufdruck auf die Unterseite des Shuttelkolbens b22 und in die untere Vorsteuerkammer b6 des Hauptkolbens b7. Dies führt zu einer Bewegung des Hauptkolbens b7 nach oben, wodurch sich dieser vom Ventilsitz b2 abhebt. Abhängig von der Position des Hauptkolbens b7 in der Sitzhülse b4 wird eine Öffnungsfläche freigegeben, die ein Durchströmen des Ventils von A nach B ermöglicht. Der Shuttelkolben b22 ist auf der oberen Seite zum Tank entlastet und mit einer Feder b21 vorgespannt. Auf der unteren Seite des Shuttelkolbens b22 wirkt der Zulaufdruck, welcher mit einem Stopfen b23 gegen den Anschluss B abgedichtet ist. Steigt der Wert des Zulaufdruckes über einen definierten Wert, bewegt sich der Shuttelkolben b22 nach oben gegen einen Sitz. Hierdurch wird der Durchflussquerschnitt von Anschluss X in die untere Vorsteuerkammer b6 verringert. Dieses führt zu einer stärkeren Bedämpfung der axialen Bewegung des Hauptkolbens b7. Fällt der Druck an Anschluss X wieder unter den eingestellten Wert, wird durch den Shuttelkolben b22 wieder ein grösserer Durchflussquerschnitt freigegeben. Durch die Verbindungsdüse b3 liegt der Druck von Anschluss A in der Ausgleichskammer an, von wo dieser ebenfalls an der Stirnseite des Druckbegrenzungskolbens b19 anliegt. Der Druckbegrenzungskolben b19 kann sich axial in der Hülse b12 bewegen. Durch eine Bohrung in diesem Kolben wird der Druck in den Hohlraum hinter dem Druckbegrenzungskolben b19 geleitet und liegt so an der Spitze des Druckbegrenzungskegels b17 an. Dieser ist mit einer Feder b16 und dem Einstellmechanismus b13, b14, b15 gegen den Kegelsitz b18 vorgespannt. Steigt der Druck an Anschluss A über einen einstellbaren Wert, hebt sich der Druckbegrenzungskegel b17 aus dem Kegelsitz b18 und entlässt Volumenstrom zum Tank. Hierdurch sinkt der Druck an der oberen Seite des Druckbegrenzungskolbens b19, woraus eine Kraftdifferenz resultiert, die dazu führt, dass sich der Druckbegrenzungskolben b19 nach oben bewegt und eine Fläche zum Tank freigibt. Über diese Öffnungsfläche fliesst ein Volumenstrom aus der Ausgleichskammer b20, was dazu führt, dass am Hauptkolben b7 ebenfalls eine Kraftdifferenz entsteht. Basierend auf dieser Kraftdifferenz bewegt sich der Hauptkolben b7 nach oben und es wird eine Öffnungsfläche zwischen Anschluss A und B freigegeben. Basierend auf dieser Öffnungsfläche und der Druckdifferenz zwischen Anschluss A und B fliesst ein Volumenstrom, welcher dazu führt, dass der Druck in Anschluss A abgebaut wird.

[0051 ] Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Öffnungsquerschnitt des Ventils durch die axiale Position des Kolbens c1 in Kombination mit der Ausführung der Sitzhülse c2 bestimmt. Durch unterschiedliche Ausführungen des Kolbens c1 und der Sitzhülse c2 sind im Folgenden vier Kombinationen (A, B, C und D) beschrieben, welche für die Generierung der Öffnungsfläche des Zulaufventils und des Rücklaufventils gleichermassen eingesetzt werden können.

[0052] In Fig. 6 ist die Ausführung Version A dargestellt. Hier ist auf der Innenseite der Ventilhülse c2 eine Formdrehung eingebracht, welche abhängig von der axialen Position des Kolbens c1 den Durchflussquerschnitt bestimmt. Der Dichtsitz des Ventils wird durch eine Hülse c3 realisiert, welche von unten in die Ventilhülse c2 eingepresst wird und auf welcher die Kante der Stirnseite des Kolbens c1 aufliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

[0053] Die Version B zur Generierung der Öffnungsfläche ist in Fig. 7 dargestellt. Hier ist auf der Innenseite der Ventilhülse c2 eine Formdrehung eingebracht, welche abhängig von der axialen Position des Kolbens c1 den Durchflussquerschnitt bestimmt. Der Dichtsitz des Ventils ist durch eine entsprechende Formgebung direkt in der Sitzhülse c2 eingebracht, auf welcher die Stirnseite des Kolbens c1 aufliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

[0054] Die Version C zur Generierung der Öffnungsfläche ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist in der Ventilhülse c2 eine Formfräsung eingebracht, welche abhängig von der axialen Position des Kolbens d den Durchflussquerschnitt bestimmt. Der Dichtsitz des Ventils ist durch eine entsprechende Formgebung direkt in der Sitzhülse c2 eingebracht, auf welcher die Stirnseite des Kolbens c1 aufliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

[0055] Die Version D zur Generierung der Öffnungsfläche ist in Fig. 9 dargestellt. Hier ist eine Formdrehung am Kolben c1 angebracht, welche abhängig von dessen axialer Position, in Kombination mit der Sitzhülse c2, den Öffnungsquerschnitt des Ventils bestimmt. Der Dichtsitz des Ventils ist durch eine entsprechende Formgebung am Kolben c1 und in der Sitzhülse c2 realisiert.

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Claims

[0056] Die axiale Fixierung der Ventile (Rücklaufventil und Zulaufventil) kann einerseits durch den auf Fig. 3 und Fig. 5 gezeigten Deckel erfolgen. Andererseits kann hierzu auch eine konstruktive Ausführung eingesetzte werden, die eine axiale Fixierung mit einem Gewinde auf der Ventilhülse ermöglicht (siehe Fig. 10). Patentansprüche 1. Flydraulikventilanordnung zum Steuern/Regeln von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (V1) einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer Summierungsverschaltung von mindestens zwei Hydraulikventilen und mindestens einer Verbraucherverschaltung von Hydraulikventilen, wobei die Ausgänge der Summierungsverschaltung hydraulisch mit den Eingängen der Verbraucherverschaltung verbunden sind, wobei wenigstens ein Rücklaufventil (R1 , R2) in der Verbraucherverschaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rücklaufventil (R1 , R2) zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck öffnet oder schliesst.
2. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rücklaufventil (R1 , R2) wenigstens zwei in derselben, einstückigen Ventilhülse (b10) angeordnete Kolben (b7, b22) umfasst.
3. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckbegrenzungsventil (b12, b13, b14, b15, b16, b17, b18, b19) zusätzlich in der einstückigen Ventilhülse (b10) angeordnet ist.
4. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikventilanordnung den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom in Abhängigkeit von externen Steuersignalen drosselt, und/oder dass das wenigstens eine Rücklaufventil (R1 , R2) eine Druckbegrenzungsfunktion zum Begrenzen des Verbraucherdrucks auf ein maximales Druckniveau aufweist.
5. Hydraulikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Summierungsventil/Zulaufventil (S1 , S2, Ζ1 , Z2) in der Summierungsverschaltung und/oder der Verbraucherverschaltung angeordnet ist, wobei das eine Summierungsventil/Zulaufventil (S1 , S2, Z1 , Z2) wenigstens zwei Kolben (a6, a14) umfasst, die in derselben, einstückigen Ventilhülse (a9) angeordnet sind.
6. Hydraulikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierungsverschaltung ihr zugeführte Volumenströme auf an ihr vorgesehene Ausgänge summiert oder trennt.
7. Hydraulikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucherverschaltung zum Steuern/Regeln der Bewegungsrichtungen von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (V1) ausgelegt ist, und/oder dass in der Verbraucherverschaltung für jede Bewegungsrichtung des wenigstens einen hydraulischen Verbrauchers (V1) mindestens ein Summierungsventil/Zulaufventil (S1 , S2, Z1 , Z2) und mindestens ein Rücklaufventil (R1 , R2) vorgesehen ist.
8. Hydraulikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbraucherverschaltung zwei Summierungsventile/Zulaufventile (S1 , S2, Z1 , Z2) und zwei Rücklaufventile (R1 , R2) vorgesehen sind.
9. Rücklaufventil (R1 , R2) für eine Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufventil (R1 , R2) wenigstens zwei in derselben, einstückigen Ventilhülse (b10) angeordnete Kolben (b7, b22) umfasst.
10. Hydraulisches Antriebssystem mit wenigstens einer Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (V1), wobei der wenigstens eine hydraulische Verbraucher (V1) mit der Verbraucherverschaltung hydraulisch verbunden ist, und/oder mit wenigstens zwei Hydraulikpumpen (Ρ1 , P2), wobei die Hydraulikpumpen (P1 , P2) mit der Summierungsverschaltung hydraulisch verbunden sind.
11. Mobile Arbeitsmaschine mit einem hydraulischen Antriebssystem nach Anspruch 10. 7