CH708877B1 - Hydraulikventilanordnung mit Steuerungs-/Regelungsfunktion und zugehöriges Rücklaufventil. - Google Patents

Hydraulikventilanordnung mit Steuerungs-/Regelungsfunktion und zugehöriges Rücklaufventil. Download PDF

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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 (SB_A_1) der Summierungsverschaltung (SB) hydraulisch mit den Eingängen (VB_E) der Verbraucherverschaltung (VB) verbunden sind, wobei wenigstens ein Rücklaufventil (R1, R2) in der Verbraucherverschaltung (VB) vorgesehen ist. Erfindungsgemäss öffnet oder schliesst das wenigstens eine Rücklaufventil (R1, R2) zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck und umfasst wenigstens einen in einer Buchse (6b) angeordneten Hauptkolben (5b) sowie wenigstens zwei weitere, in einem von der Buchse (6b) getrennten Deckel (2b) angeordnete Kolben (Steuerkolben 9b, Druckbegrenzungskolben 12b), wobei der Hauptkolben (5b) und ein Steuerkolben (9b) miteinander über eine Druckfeder (10b) wechselwirken.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikventilanordnung mit Steuerungs-/Regelungsfunktion, 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 Hydraulikkreisläufen 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 eine Arbeitsmaschine kann die Veröffentlichung DE 11 2004 001 916 T5 genannt werden.
[0005] Allgemein sollen Hydraulikventile 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, wobei das wenigstens eine Rücklaufventil zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck öffnet oder schliesst und wenigstens einen in einer Buchse angeordneten Hauptkolben sowie wenigstens zwei weitere, in einem von der Buchse getrennten Deckel angeordnete Kolben umfasst, und wobei der Hauptkolben und einer dieser Kolben, welcher ein Steuerkolben sei, miteinander über eine Druckfeder wechselwirken.
[0009] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei denkbar, dass das wenigstens eine Rücklaufventil eine Druckbegrenzungsfunktion zum Begrenzen eines Verbraucherdrucks auf ein maximales Druckniveau aufweist.
[0010] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Hydraulikventilanordnung den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom zusätzlich in Abhängigkeit von externen Steuersignalen drosselt.
[0011] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass wenigstens ein Summierungsventil in der Summierungsverschaltung und/oder wenigstens ein Zulaufventil in der Verbraucherverschaltung angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Summierungsventil und/oder Zulaufventil wenigstens zwei Kolben umfasst, wobei ein Hauptkolben und ein Rückschlagkolben in voneinander getrennt ausgeführten Bauteilen des Summierungsventils oder des Zulaufventils angeordnet sind.
[0012] In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Summierungsverschaltung ihr zugeführte Volumenströme auf an ihr vorgesehene Ausgänge summieren oder trennen kann.
[0013] Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, bedarfsabhängig Volumenströme auf an die Summierungsverschaltung angeschlossene Verbraucher abzugeben.
[0014] 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 Zulaufventil und mindestens ein Rücklaufventil vorgesehen ist.
[0015] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei denkbar, dass in der Verbraucherverschaltung zwei Zulaufventile und zwei Rücklaufventile vorgesehen sind.
[0016] Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Rücklaufventil für eine Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
[0017] Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf ein hydraulisches Antriebssystem mit wenigstens einer Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, wobei der wenigstens eine hydraulische Verbraucher mit der Verbraucherverschaltung hydraulisch verbunden ist, und/oder welcher wenigstens zwei Hydraulikpumpen, wobei die Hydraulikpumpen mit der Summierungsverschaltung hydraulisch verbunden sind, aufweist.
[0018] Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Baufahrzeug mit einem hydraulischen Antriebssystem nach Anspruch 9.
[0019] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen: <tb>Fig. 1 :<SEP>einen schematischen Aufbau eines hydraulischen Antriebssystems; <tb>Fig. 2 :<SEP>einen hydraulischen Schaltplan des Summierungsventils/Zulaufventils; <tb>Fig. 3 :<SEP>einen Querschnitt des Summierungsventils/Zulaufventils; <tb>Fig. 4 :<SEP>einen hydraulischen Schaltplan des Rücklaufventils; <tb>Fig. 5 :<SEP>einen Querschnitt des Rücklaufventils; <tb>Fig. 6 :<SEP>einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse mit eingepresstem Ventilsitz (Version A); <tb>Fig. 7 :<SEP>einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse und integriertem Ventilsitz (Version B); <tb>Fig. 8 :<SEP>einen Öffnungsquerschnitt in der Sitzhülse mit Formfräsung (Version C); und <tb>Fig. 9 :<SEP>einen Öffnungsquerschnitt, generiert durch Formdrehung am Kolben (Version D).
[0020] 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).
[0021] 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.
[0022] 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. 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 geschaltet werden.
[0023] Ein ähnlicher Systemaufbau wurde bereits in der Anmeldung DE 10 2012 004 012.1 beschrieben.
[0024] 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.
[0025] 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) herstellen 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 herstellen können.
[0026] Die Summierungsventile dienen der Zuordnung von Pumpenvolumenströmen zu den Verbrauchern. Dabei können mehrere Pumpenvolumenströme auf einen Verbraucher summiert und auch mittels der Verteilerverschaltung wieder getrennt werden.
[0027] Um die Schaltvorgänge während des Wechsels eines Summierungszustandes in einen anderen weitestgehend zu vereinfachen, sollen die Summierungsventile folgende Funktionen beinhalten:
[0028] Die Aktivierung und Deaktivierung der Funktion der Summierungsventile soll durch ein integriertes Magnet-Schaltventil (siehe Fig. 1 – F5 und F6) erfolgen, welches über ein extern zugeführtes elektrisches Signal 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).
[0029] Ist die Funktion des Summierungsventils durch das Anlegen des elektrischen 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 erfolgt eine Deaktivierung, schliesst das Ventil.
[0030] 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.
[0031] Diese Funktion ist gegenüber der Primärdruck-Öffnungs-Funktion prioritär und ist im Rahmen der Steuerung der Summierungsventile notwendig.
[0032] 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:
[0033] Die Aktivierung und Deaktivierung der Funktion der Zulaufventile soll durch ein integriertes Magnet-Schaltventil (siehe Fig. 1 – F2 und F3) erfolgen, welches über ein extern zugeführtes elektrisches Signal 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 (Primardruck-Öffnung).
[0034] Ist die Funktion des Zulaufventils durch das Anlegen des elektrischen Steuerungssignals freigegeben, ist dieses zunächst geschlossen. Wird am Eingang des Ventils (Primärseite) ein Druck aufgebaut, führt dieser zu einer Öffnung des Ventils. Wird der Druck vor dem Ventil abgebaut oder eine Deaktivierung erfolgt, schliesst das Ventil.
[0035] 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 sekundärseitigen 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.
[0036] 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.
[0037] Im Falle negativer Lasten muss bei einem hydraulischen Steuerungssystem im hydraulisch offenen Kreislauf eine Vorrichtung im System vorgesehen werden, welche die Möglichkeit schafft, den hydraulischen Verbraucher zu bremsen und an seine Geschwindigkeitsvorgabe, welche durch einen eingeprägten Volumenstrom der verbundenen Hydraulikpumpen charakterisiert ist, anzupassen (Abflussstromregelung). Hierdurch soll vermieden werden, dass der hydraulische Verbraucher durch äussere Lasten unwillkürlich beschleunigt wird. Dieses würde zu einem Unterdruck 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] Die gesamte Ventilkonstruktion ist nach dem Prinzip eines Einbauventils ausgeführt und wird in den Ventilblock 1a in die normierte Bohrung nach DIN ISO 7368 eingeschoben und mit einem Deckel 2a 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 von Anschluss A nach B durchströmt. Liegt am Anschluss A Druck an, wird dieser ebenfalls durch eine Verbindungsbohrung über Rückschlagkolben 10a in die Federkammer 3a weitergeleitet. So liegen an den beiden Flächen des Hauptkolbens 4a die gleichen Drücke an. Da der obere Durchmesser des Hauptkolbens 4a grösser als der untere Durchmesser ausgeführt ist, wirkt immer eine Kraft auf den Hauptkolben, die diesen nach unten auf den Sitz 6a drückt. Durch die Hauptfeder 5a, welche vorgespannt wird, wird eine weitere Kraft auf den Hauptkolben 4a generiert, die nach unten wirkt. Im ungeöffneten Zustand wird so der Hauptkolben 4a durch diese beiden Kräfte in den Ventilsitz 6a gedrückt. Die Ringnut 7a ist immer zum Tank verbunden.
[0043] Bei unbetätigtem Freigabeventil 8a, nur in Fig. 2 ersichtlich, ist die Fläche 9a des Rückschlagkolbens 10a mit Tankdruck beaufschlagt. Durch eine Verbindungsbohrung liegt an der zweiten Fläche 11a des Rückschlagkolbens 10a der Druck von Anschluss B an. Dieser wirkt zusammen mit der Feder 12a gegen den Druck auf der gegenüberliegenden Fläche 9a des Rückschlagkolbens 10a. Durch diese Beaufschlagung des Rückschlagkolbens 10a ist ein Vergleich der Drücke an Anschluss A und B möglich. Ist der Rückschlagkolben 10a unbetätigt, gibt eine Bohrung eine Verbindung der Federkammer 3a und dem Hochdruck von Anschluss B frei, das Ventil bleibt geschlossen. Bei Betätigung/Freigabe des Summierungsventils/Zulaufventils wird durch das Freigabeventil 8a ein Druck von Anschluss A auf die Fläche 9a des Rückschlagkolbens 10a geleitet, eine Verbindung zwischen der Federkammer 3a und dem Tank wird geschaffen. Der Druck in der Federkammer 3a baut sich ab, was zu einem Hub des Hauptkolbens 4a führt und eine Verbindung zwischen Anschluss A und B freigibt. Wird das Freigabeventil 8a deaktiviert, wird durch den Rückschlagkolben 10a wieder eine Verbindung zwischen Hochdruck und der Federkammer 3a geschaffen. Hierdurch bewegt sich der Hauptkolben 4a wieder in den Ventilsitz 3a und schliesst so die Steuerkante. Der Durchfluss zwischen Anschluss A und B ist gesperrt.
[0044] Ist die Hauptsteuerkante geöffnet und der Druck an Anschluss B steigt über den an Anschluss A, wird der Rückschlagkolben 10a über das Kräfteverhältnis in die gleiche Position geschoben, wie wenn das Freigabeventil 8a deaktiviert ist. Dadurch wird die Federkammer 3a über die Verbindung mit dem Rückschlagkolben 10a mit Hochdruck von Anschluss B beaufschlagt, wodurch die Hauptsteuerkante geschlossen wird. Steigt der Druck an Anschluss A wieder über den Druck an Anschluss B, wird der Rückschlagkolben 10a über die Fläche 9a wieder in den Anschlag gedrückt, die Verbindung zum Tank hergestellt und die Hauptsteuerkante öffnet wieder.
[0045] In Fig. 4 ist der hydraulische Schaltplan und in Fig. 5 ein Querschnitt des Rücklaufventils dargestellt.
[0046] Die gesamte Ventilkonstruktion ist nach dem Prinzip eines Einbauventils ausgeführt und wird in den Ventilblock 1b in die normierte Bohrung nach DIN ISO 7368 eingeschoben und mit einem Deckel 2b fixiert. Durch die axiale Positionierung wird die Verbindung der Ventilanschlüsse Zulauf A, dem Ablauf B, der Verbindung zum Zulaufdruck (p_inflow) sowie dem Tankanschluss T sichergestellt. Der hier gezeigte Aufbau wird ausschliesslich von Anschluss A nach B durchströmt. Liegt am Anschluss A Druck an, wird dieser ebenfalls durch die Verbindungsdüse 3b in die Federkammer 4b weitergeleitet. So liegen an der oberen und der unteren Seite des Hauptkolbens 5b, der sich axial in der Buchse 6b bewegen kann, die gleichen Drücke an. Da der obere Durchmesser des Hauptkolbens 5b grösser als der untere Durchmesser ausgeführt ist, wirkt immer eine Kraft auf den Hauptkolben 5b, die diesen nach unten drückt. Durch die Hauptfeder 10b, welche vorgespannt wird, wird eine weitere Kraft auf den Hauptkolben 5b generiert, die nach unten wirkt. Im ungeöffneten Zustand wird so der Hauptkolben 5b durch diese beiden Kräfte in den Ventilsitz 7b gedrückt. Die Ringnut 8b ist immer zum Tank verbunden. Beim Freigabeventil des Rücklaufventils (in Fig. 5 nicht dargestellt) ist im deaktivierten Zustand der Anschluss des Ventils mit der Tankleitung T verbunden. Wird das Rücklaufventil aktiviert, wird die Verbindung zu T gesperrt und der Anschluss mit der, dem Rücklauf gegenüberliegenden Druckkammer (Zulaufdruck) verbunden. Hierdurch gelangt der Zulaufdruck auf die Steuerfläche des Steuerkolbens 9b. Dies führt zu einer Bewegung des Steuerkolbens 9b entgegen der Druckfeder 10b ab einem definierten Wert. Abhängig von der Höhe des Zulaufdruckes gibt es eine Öffnungsfläche zwischen der Federkammer 4b und dem Steuerkolben 9b, das Volumen in der Federkammer 4b wird zum Tank geleitet, wahlweise über ein Shuttleventil/Düse 11b, um die Öffnungs- bzw. Schliessgeschwindigkeiten zu beeinflussen. Der Druckabfall in der Federkammer 4b bewirkt einen Hub des Hauptkolbens 5b. Abhängig von der Position des Hauptkolbens 5b wird eine Öffnungsfläche freigegeben, die ein Durchströmen des Ventils von A nach B ermöglicht. Durch die Verbindung des Steuerkolbens 9b mit dem Hauptkolben 5b über die Druckfeder 10b ist das System lagegeregelt, wodurch der Steuerkolben 9b durch die komprimierte Druckfeder 10b bzw. deren Kraftresultierende eine mechanische Rückmeldung über die Position des Hauptkolbens 5b erfährt.
[0047] Fällt der Zulaufdruck (p_inflow) wieder unter den definierten Wert, wird durch den Steuerkolben 9b der Durchflussquerschnitt zum Tank gesperrt und die Federkammer 4b mit dem Hochdruck von Anschluss A verbunden. Dadurch liegt der Druck von Anschluss A in der Federkammer 4b an, von wo dieser ebenfalls am Druckbegrenzungskolben 12b anliegt. Dieser ist mit einer Feder 13b über den Einstellmechanismus 14b, 15b, 16b gegen den Kegelsitz 17b vorgespannt. Steigt der Druck an Anschluss A über einen einstellbaren Wert, hebt sich der Druckbegrenzungskegel 12b aus dem Kegelsitz 17b und entlässt Volumenstrom zum Tank. Hierdurch sinkt der Druck in der Federkammer 4b, woraus eine Kraftdifferenz resultiert. Durch die Kraftdifferenz bewegt sich der Hauptkolben 5b 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 über Anschluss B abgebaut wird, falls der Ablaufdruck kleiner als der Zulaufdruck ist.
[0048] Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Öffnungsquerschnitt des Ventils durch die axiale Position eines Kolbens c1 in Kombination mit der Ausführung einer 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.
[0049] 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.
[0050] 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 d aufliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.
[0051] 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 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.
[0052] Die Version D zur Generierung der Öffnungsfläche ist in Fig. 9 dargestellt. Hier ist eine Formdrehung am Kolben d 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.

Claims (10)

1. Hydraulikventilanordnung zum Steuern/Regeln von wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (V1) einer Arbeitsmaschine, vorzugsweise 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 und wenigstens einen in einer Buchse (6b) angeordneten Hauptkolben (5b) sowie wenigstens zwei weitere, in einem von der Buchse (6b) getrennten Deckel (2b) angeordnete Kolben (9b, 12b) umfasst, und wobei der Hauptkolben (5b) und einer dieser Kolben, welcher ein Steuerkolben (9b) sei, miteinander über eine Druckfeder (10b) wechselwirken.
2. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rücklaufventil (R1, R2) eine Druckbegrenzungsfunktion zum Begrenzen eines Verbraucherdrucks auf ein maximales Druckniveau aufweist.
3. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikventilanordnung den Verbraucher-Rücklauf-Volumenstrom zusätzlich in Abhängigkeit von externen Steuersignalen drosselt.
4. Hydraulikventilanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Summierungsventil (S1, S2) in der Summierungsverschaltung und/oder wenigstens ein Zulaufventil (Z1, Z2) in der Verbraucherverschaltung angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Summierungsventil (S1, S2) oder Zulaufventil (Z1, Z2) wenigstens zwei Kolben (4a, 10a) umfasst, wobei ein Hauptkolben (4a) und ein Rückschlagkolben (10a) in voneinander getrennt ausgeführten Bauteilen des Summierungsventils (S1, S2) oder des Zulaufventils (Z1, Z2) angeordnet sind.
5. HydrauIikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierungsverschaltung ihr zugeführte Volumenströme auf an ihr vorgesehene Ausgänge summieren oder trennen kann.
6. 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 Zulaufventil (Z1, Z2) und mindestens ein Rücklaufventil (R1, R2) vorgesehen ist.
7. Hydraulikventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbraucherverschaltung zwei Zulaufventile (Z1, Z2) und zwei Rücklaufventile (R1, R2) vorgesehen sind.
8. Rücklaufventil (R1, R2) für eine Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufventil (R1, R2) zum Drosseln eines Verbraucher-Rücklauf-Volumenstroms in Abhängigkeit von einem Verbraucher-Zulaufdruck öffnet oder schliesst und wenigstens einen in einer Buchse (6b) angeordneten Hauptkolben (5b) sowie wenigstens zwei weitere, in einem von der Buchse (6b) getrennten Deckel (2b) angeordnete Kolben (9b, 12b) umfasst, wobei der Hauptkolben (5b) und einer dieser Kolben miteinander über eine Druckfeder (10b) wechselwirken.
9. Hydraulisches Antriebssystem mit wenigstens einer Hydraulikventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 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 (P1, P2), wobei die Hydraulikpumpen (P1, P2) mit der Summierungsverschaltung hydraulisch verbunden sind.
10. Mobile Arbeitsmaschine mit einem hydraulischen Antriebssystem nach Anspruch 9.
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