DE10110700A1 - Steuerventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (1) zur Steuerung der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit eines hydraulischen Verbrauchers (2), wobei das Steuerventil einen Steuerschieber (4) aufweist, der die Verbindung zumindest einer Verbraucherleitung (11) mit einer Förderleitung (5) einer Pumpe und einer Behälterleitung (6) steuert. Die Aufgabe, ein Steuerventil zur Verfügung zu stellen, das mit geringem Bauaufwand eine Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Steuerschieber (4) bei einer Ansteuerung in Abhängigkeit von einem aus dem Druckmittelstrom des Verbrauchers (2) erzeugten Gegensteuerdruck in Richtung einer Neutralstellung beaufschlagbar ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Gegensteuerdruck aus dem ablaufseitigen Druckmittelstrom des Verbrauchers (2) erzeugbar, wobei in der Behälterleitung (9) eine Drosseleinrichtung (35), insbesondere eine verstellbare Drosseleinrichtung, angeordnet ist und eine Steuerdruckleitung (31) von der Behälterleitung (9) stromauf der Drosseleinrichtung (35) zu einem Steuerdruckraum (16) des Steuerschiebers (4) geführt ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur Steuerung der Bewegungsrichtung und
Bewegungsgeschwindigkeit eines hydraulischen Verbrauchers, wobei das Steuerventil
einen Steuerschieber aufweist, der die Verbindung zumindest einer Verbraucherleitung
mit einer Förderleitung einer Pumpe und einer Behälterleitung steuert.
Derartige Steuerventile werden zur Steuerung von einfachwirkenden oder
doppeltwirkenden hydraulischen Verbrauchern eingesetzt. Zur Begrenzung der
Bewegungsgeschwindigkeit, beispielsweise der Senkengeschwindigkeit bei als
Hubzylindern ausgebildeten einfachwirkenden Verbrauchern, ist bei bekannten
gattungsgemäßen Steuerventilen bekannt, in der vom Steuerventil zum Verbraucher
führenden Verbraucherleitung ein Stromregelventil anzuordnen, das auf einen festen
Wert eingestellt ist.
Mit einem derartigen Stromregelventil kann die Senkengeschwindigkeit des
Verbrauchers auf einen festen Wert begrenzt werden. Durch die Anordnung des
Stromregelventils in der Verbraucherleitung treten jedoch im Hebenbetrieb durch die
Durchströmung des Stromregelventils Verluste auf. Zudem weist ein Stromregelventil
einen hohen Bauaufwand auf, wodurch das Steuerventil hohe Herstellkosten aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zur Verfügung
zu stellen, das mit geringem Bauaufwand eine Begrenzung der
Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Steuerschieber bei
einer Ansteuerung in Abhängigkeit von einem aus dem Druckmittelstrom des
Verbrauchers erzeugten Gegensteuerdruck in Richtung einer Neutralstellung
beaufschlagbar ist.
Erfindungsgemäß wird somit aus dem Druckmittelstrom des Verbrauchers ein
Gegensteuerdruck erzeugt, der den Ventilschieber des Steuerventils entgegen dem
Ansteuersignal beaufschlagt und in Richtung der Neutralstellung zurückstellt, wodurch
die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers in Abhängigkeit von dem
Gegensteuerdruck verringert wird. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, durch
das Steuerventil selbst die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers zu
begrenzen und einen lastunabhängiger Betrieb des Verbrauchers zu ermöglichen,
wobei keine zusätzlichen Stromregelventile erforderlich sind. Das erfindungsgemäße
Steuerventil weist somit einen geringen Bauaufwand auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Gegensteuerdruck
aus dem ablaufseitigen Druckmittelstrom des Verbrauchers erzeugbar. Durch die
Erzeugung des Gegensteuerdrucks aus dem ablaufseitigen Druckmittelstrom des
Verbrauchers ergeben sich geringe Druckverluste, da in der Zulaufseite des
Verbrauchers keine einen Druckabfall erzeugenden Ventile zur Begrenzung der
Bewegungsgeschwindigkeit und zur lastunabhängigen Steuerung des Verbrauchers
erforderlich sind.
Sofern der Steuerschieber hydraulisch beaufschlagbar ist, ergeben sich besondere
Vorteile, wenn der Steuerschieber einen ersten in Richtung einer ersten Schaltstellung
wirkenden Steuerdruckraum und einen zweiten in Richtung einer zweiten
Schaltstellung wirkenden Steuerdruckraum aufweist, wobei bei einer Beaufschlagung
des ersten bzw. des zweiten Steuerdruckraums mit Steuerdruck der zweite bzw. der
erste Steuerdruckraum vom Gegensteuerdruck beaufschlagbar ist. Durch die
Beaufschlagung der gegenüberliegenden Steuerdruckräume des Steuerschiebers mit
Steuerdruck und Gegensteuerdruck kann auf einfache Weise erzielt werden, das der
Gegensteuerdruck dem Steuerdruck entgegenwirkt und somit der Steuerschieber
durch den Gegensteuerdruck in Richtung der Neutralstellung zur Verringerung der
Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers zurückverstellt wird.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
zur Erzeugung des Gegensteuerdrucks eine Drosseleinrichtung, insbesondere eine
verstellbare Drosseleinrichtung, angeordnet ist. Mit einer Drosseleinrichtung kann auf
einfache Weise der Druckmittelstrom und somit die Bewegungsgeschwindigkeit des
Verbrauchers gemessen werden und der an der Drosseleinrichtung auftretende
Druckabfall als Gegensteuerdruck verwendet werden.
Sofern die Drosseleinrichtung in der Behälterleitung angeordnet ist, kann auf einfache
Weise aus dem ablaufseitigen Druckmittelstroms des Verbrauchers ein
Gegensteuerdruck erzeugt werden. Durch die Anordnung der Drosseleinrichtung in der
Behälterleitung treten in der Verbraucherleitung keine zusätzlichen Druckverluste auf.
Zweckmäßigerweise ist hierbei eine Steuerdruckleitung von der Behälterleitung
stromauf der Drosseleinrichtung zum zweiten bzw. ersten Steuerdruckraum geführt.
Hierdurch wird auf einfache Weise erzielt, dass der an der Drosseleinrichtung aus dem
Druckabfall erzeugte Gegensteuerdruck zu dem Steuerdruckraum geführt ist, der dem
mit Steuerdruck beaufschlagten Steuerdruckraum entgegenwirkt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steuerdruck
mittels zumindest eines Steuerdruckerzeugungsmittels, insbesondere eines
Druckminderventils, erzeugbar ist. Mittels Druckminderventilen kann auf einfache
Weise ein Steuerdruck zur Beaufschlagung des Steuerschiebers gebildet werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Steuerdruckerzeugungsmittel elektrisch
ansteuerbar ist. Der Gegensteuerdruck wirkt somit dem entsprechend des elektrischen
Ansteuersignals erzeugten Steuerdruck entgegen. Durch entsprechende Veränderung
des Ansteuersignals kann hierbei auf einfache Weise eine maximale
Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers verändert werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das
Steuerdruckerzeugungsmittel mittels eines Regelmagneten ansteuerbar. Mit einem
Regelmagnet kann ein Druckminderventil auf einfache Weise angesteuert werden,
wobei die Betätigungskraft des Regelmagneten bei einer Ansteuerung die maximale
Bewegungsgeschwindigkeit vorgibt.
Sofern die Steuerdruckleitung zum Steuerdruckerzeugungsmittel geführt ist, ergibt sich
eine einfache Steuerung, wenn das Steuerdruckerzeugungsmittel im nicht
angesteuerten Zustand die Steuerdruckleitung mit dem Steuerdruckraum verbindet.
Hierdurch kann auf einfache Weise erzielt werden, dass der an der Drosseleinrichtung
erzeugte Gegensteuerdruck über das Steuerdruckerzeugungsmittel den den mit
Steuerdruck beaufschlagten Steuerdruckraum gegenüberliegenden Steuerdruckraum
beaufschlagt.
Zweckmäßigerweise sperrt das Steuerdruckerzeugungsmittel im angesteuerten
Zustand die Steuerdruckleitung ab und verbindet den Steuerdruckraum mit einer
Steuerdruckquelle. Dadurch wird bei einer Ansteuerung des
Steuerdruckerzeugungsmittels auf einfache Weise erzielt, dass die Verbindung des
Steuerdruckraums über die Steuerdruckleitung zur Behälterleitung unterbrochen wird
und somit der Steuerdruckraum von einem an dem Steuerdruckerzeugungsmittel
erzeugten Steuerdruck beaufschlagbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der das Steuerventil
zur Steuerung eines einfachwirkenden Verbrauchers, insbesondere eines
Hubzylinders, vorgesehen ist, ergeben sich besondere Vorteile, wenn bei einer
Ansteuerung des Steuerschiebers in die Senkenstellung der Gegensteuerdruck in dem
den Steuerschieber in Richtung einer Hebenstellung beaufschlagenden
Steuerdruckraum ansteht. Hierdurch kann im Senkenbetrieb des Hubzylinders durch
die Messung des vom Verbraucher abströmenden Druckmittelstroms an der in der
Behälterleitung angeordneten Drosseleinrichtung und der Zurückstellung des
Steuerschiebers in Abhängigkeit von dem an der Drosseleinrichtung aus dem
auftretenden Druckabfall erzeugten Gegensteuerdruck eine maximal zulässige
Senkengeschwindigkeit eingestellt und eine lastunabhängige Senkengeschwindigkeit
erzielt werden, wobei lediglich eine Drosseleinrichtung in der Behälterleitung zur
Erzeugung eines den Steuerschieber entgegen dem Steuerdruck beaufschlagenden
Gegensteuerdrucks erforderlich ist. Im Hebenbetrieb treten durch die Anordnung der
Drosseleinrichtung in der Behälterleitung keine Drosselverluste während des Betriebs
des Verbrauchers auf.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen
Steuerventils zur Steuerung der Hubvorrichtung einer Arbeitsmaschine, insbesondere
eines Flurförderzeugs. Durch die Anordnung einer Drosseleinrichtung in der
Behälterleitung und die Verwendung des an der Drosseleinrichtung auftretenden
Druckabfalls als Gegensteuerdruck zur Zurückstellung des Steuerschiebers kann auf
einfache Weise eine maximale Senkengeschwindigkeit eingehalten und die
Senkengeschwindigkeit lastunabhängig gesteuert werden. Bei einer elektrischen
Ansteuerung des Steuerventils kann hierbei durch das Ansteuersignal und die
Drosseleinrichtung eine maximale Senkengeschwindigkeit mit geringem Aufwand fest
vorgegeben werden. Durch eine Reduzierung des Ansteuersignals kann zudem auf
einfache Weise die maximale Senkengeschwindigkeit von der Bedienperson verringert
werden kann. Im Hebenbetrieb treten weiterhin durch die in der Behälterleitung
angeordnete Drosseleinrichtung keine zusätzlichen Druckverluste auf.
Weitere Vorteile werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Steuerventil 1 zur Steuerung eines beispielsweise als Hubzylinder
einer Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, ausgebildeten
einfachwirkenden Verbrauchers 2. Das Steuerventil 1 weist einen in einer
Gehäusebohrung 3 längsverschiebbaren Steuerschieber 4 auf. In der
Gehäusebohrung 3 ist eine mit einer Förderleitung 5 einer Pumpe 6 in Verbindung
stehenden Ringnut 7, eine mit einer Behälterleitung 9, die zu einem Behälter 8 geführt
ist, in Verbindung stehende Ringnut 10 ausgebildet. Zwischen den Ringnuten 7 und 10
ist eine mit einer zu dem Verbraucher 2 geführte Verbraucherleitung 11 in Verbindung
stehende Ringnut 12 in der Gehäusebohrung 3 ausgebildet. Der Steuerschieber 4 ist
im Bereich der Ringnut 12 mit einer Steuerausnehmung 13 versehen.
In der dargestellten Neutralstellung des Steuerventils 1, in der der Steuerschieber 4
von Federn zentriert ist, ist die Verbindung der Verbraucherleitung 11 mit der
Förderleitung 5 sowie der Behälterleitung 9 gesperrt.
Das Steuerventil 1 ist hydraulisch betätigbar und weist einen ersten Steuerdruckraum
15 auf, der den Steuerschieber 4 nach in der Figur links in Richtung einer
Senkenstellung beaufschlagt, in der die Verbraucherleitung 11 über die
Steuerausnehmung 14 mit der Behälterleitung 9 in Verbindung steht. Gegenüber dem
ersten Steuerdruckraum 15 ist ein zweiter Steuerdruckraum 16 ausgebildet, der den
Steuerschieber 4 nach in der Figur rechts in Richtung einer Hebenstellung
beaufschlagt, in der die Verbraucherleitung 11 über die Steuerausnehmung 14 mit der
Förderleitung 5 in Verbindung steht.
Zur Beaufschlagung des Steuerdruckraums 15 bzw. 16 mit Steuerdruck ist jeweils ein
als Druckminderventil ausgebildetes Steuerdruckerzeugungsmittel 20 bzw. 21
vorgesehen, das von einem Regelmagnet 22 bzw. 23 in Richtung eines
Steuerdruckaufbaus beaufschlagbar ist. Das Steuerdruckerzeugungsmittel 20 bzw. 21
ist an eine Steuerdruckversorgungsleitung 24 bzw. 25 angeschlossen, die zu einer
beispielsweise als Steuerdruckpumpe ausgebildete Steuerdruckquelle 26 geführt ist.
Das Steuerdruckerzeugungsmittel 20 bzw. 21 weist jeweils einen Ventilkörper 27 auf,
der mit einer Längsbohrung 28 versehen ist, von der eine Querbohrung 29 abzweigt,
die in dem dargestellten nicht angesteuerten Zustand den Steuerdruckraum 15 bzw. 16
mit einer Steuerdruckleitung 30 bzw. 31 verbindet, die mit der Behälterleitung 9 in
Verbindung steht.
Bei einer Ansteuerung des Regelmagneten 22 bzw. 23 wird der Ventilkörper 27 nach in
der Figur innen beaufschlagt, wodurch die Querbohrung 29 mit der
Steuerdruckversorgungsleitung 24 bzw. 25 in Verbindung gelangt und somit in dem
Steuerdruckraum 15 bzw. 16 ein dem Ansteuersignal und somit der Betätigungskraft
des Regelmagneten 22 bzw. 23 entsprechender Steuerdruck ansteht.
Erfindungsgemäß ist in der Behälterleitung 9 eine Drosseleinrichtung 35,
beispielsweise eine verstellbare Drossel angeordnet, wobei die zum Druckminderventil
21 geführte Steuerdruckleitung 31 stromauf der Drosseleinrichtung 35 an die
Behälterleitung 9 angeschlossen ist. Die Steuerdruckleitung 30 ist stromab der
Drosseleinrichtung 35 an die Behälterleitung 9 angeschlossen.
Bei einer Ansteuerung des Regelmagneten 23 wird über das
Steuerdruckerzeugungsmittel 21 ein den Steuerdruckraum 16 beaufschlagender
Steuerdruck erzeugt, wodurch der Steuerschieber 4 nach in der Figur rechts in die
Hebenstellung beaufschlagt wird. Der Steuerdruckraum 15 ist hierbei über das nicht
angesteuerte Steuerdruckerzeugungsmittel 20 und die Steuerdruckleitung 30 zum
Behälter 8 entlastet.
Entsprechend wird bei einer Ansteuerung des Regelmagneten 22 durch das
Steuerdruckerzeugungsmittel 20 ein den Steuerdruckraum 15 beaufschlagender
Steuerdruck erzeugt, wodurch der Steuerschieber 4 nach in der Figur links in die
Senkenstellung beaufschlagt wird. Der aus dem Verbraucher 2 ausströmende
Druckmittelstrom strömt somit über die Steuerausnehmung 14 des Steuerschiebers 4
in die Behälterleitung 9, wobei an der Drosselstelle 35 ein Gegensteuerdruck
aufgestaut wird. Der Gegensteuerdruck steht über die Steuerdruckleitung 31 an dem
Steuerdruckerzeugungsmittel 21 an, das über die Querbohrung 29 und die
Längsbohrung 28 im nicht angesteuerten Zustand die Steuerdruckleitung 31 mit dem
Steuerdruckraum 16 verbindet.
Der an der Drosseleinrichtung 35 erzeugte Gegensteuerdruck steht somit im
Steuerdruckraum 16 an und wirkt dem im Steuerdruckraum 15 anstehenden
Steuerdruck entgegen, der von dem Steuerdruckerzeugungsmittel 20 erzeugt wird. Der
Steuerschieber 4 wird somit durch den Gegensteuerdruck nach in der Figur rechts in
Richtung der Neutralstellung zurückgestellt, wodurch die Senkengeschwindigkeit des
Verbrauchers 2 verringert und eine lastunabhängige Senkengeschwindigkeit des
Verbrauchers 2 erzielt wird.
Der von der Drosseleinrichtung 35 erzeugte Gegensteuerdruck wirkt somit in der
Senkenstellung dem vom Steuerdruckerzeugungsmittel 20, das vom Regelmagnet 22
angesteuert ist, erzeugten Steuerdruck entgegen. Durch eine Veränderung des
Drosselquerschnitts der Drosseleinrichtung 35 oder eine Veränderung der das
Steuerdruckerzeugungsmittel 20 beaufschlagenden Betätigungskraft des
Regelmagneten 22 kann hierbei die maximale Senkengeschwindigkeit des
Verbrauchers 2 eingestellt und vorgegeben werden. Bei einer Absenkung der
Betätigungskraft des Regelmagneten 22, beispielsweise durch eine Reduzierung des
Ansteuersignals durch eine Zurücknahme einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise
eines Joysticks, kann von der Bedienperson auf einfache Weise die maximale
Senkengeschwindigkeit reduziert werden.
Zudem ist möglich, die maximale Senkengeschwindigkeit durch eine Reduzierung des
Ansteuersignals des Regelmagneten 22 in Abhängigkeit von der Hubhöhe oder der
Last des Verbrauchers 2 zu reduzieren. Hierzu sind lediglich entsprechende Sensoren
zur Erfassung der Hubhöhe bzw. der Last erforderlich, wobei entsprechend der
Sensorsignale eine Reduzierung des Ansteuersignals des Regelmagneten 22 erzeugt
wird.
Claims (13)
1. Steuerventil zur Steuerung der Bewegungsrichtung und
Bewegungsgeschwindigkeit eines hydraulischen Verbrauchers, wobei das
Steuerventil einen Steuerschieber aufweist, der die Verbindung zumindest einer
Verbraucherleitung mit einer Förderleitung einer Pumpe und einer
Behälterleitung steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (4)
bei einer Ansteuerung in Abhängigkeit von einem aus dem Druckmittelstrom
des Verbrauchers (2) erzeugten Gegensteuerdruck in Richtung einer
Neutralstellung beaufschlagbar ist.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gegensteuerdruck aus dem ablaufseitigen Druckmittelstrom des Verbrauchers
(2) erzeugbar ist.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerschieber (4) hydraulisch
beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (4) einen
in Richtung einer ersten Schaltstellung wirkenden ersten Steuerdruckraum (15)
und einen in Richtung einer zweiten Schaltstellung wirkenden zweiten
Steuerdruckraum (16) aufweist, wobei bei einer Beaufschlagung des ersten
Steuerdruckraums (15) bzw. des zweiten Steuerdruckraums (16) mit
Steuerdruck der zweite Steuerdruckraum (16) bzw. der erste Steuerdruckraum
(15) vom Gegensteuerdruck beaufschlagbar ist.
4. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Erzeugung des Gegensteuerdrucks eine Drosseleinrichtung (35), insbesondere
eine verstellbare Drosseleinrichtung, vorgesehen ist.
5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Drosseleinrichtung (35) in der Behälterleitung (9) angeordnet ist.
6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Steuerdruckleitung (31) von der Behälterleitung (9) stromauf der
Drosseleinrichtung (35) zum zweiten Steuerdruckraum (16) bzw. ersten
Steuerdruckraum (15) geführt ist.
7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Steuerdruck mittels zumindest eines Steuerdruckerzeugungsmittels (20;
21), insbesondere eines Druckminderventils, erzeugbar ist.
8. Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerdruckerzeugungsmittel (20; 21) elektrisch ansteuerbar ist.
9. Steuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerdruckerzeugungsmittel (20; 21) mittels eines Regelmagneten (22; 23)
ansteuerbar ist.
10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steuerdruckleitung
(31) zum Steuerdruckerzeugungsmittel (21; 20) geführt ist, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerdruckerzeugungsmittel (21; 20) im nicht
angesteuerten Zustand die Steuerdruckleitung (31) mit dem Steuerdruckraum
(16; 15) verbindet.
11. Steuerventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuerdruckerzeugungsmittel (21; 20) im angesteuerten Zustand die
Steuerdruckleitung (31) absperrt und den Steuerdruckraum (16; 15) mit einer
Steuerdruckquelle (26) verbindet.
12. Steuerventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das
Steuerventil (1) zur Steuerung eines einfachwirkenden Verbrauchers (2),
insbesondere eines Hubzylinders, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Ansteuerung des Steuerschiebers (4) in die Senkenstellung der
Gegensteuerdruck in dem den Steuerschieber in Richtung einer Hebenstellung
beaufschlagenden Steuerdruckraum (16) ansteht.
13. Verwendung eines Steuerventils nach einem der vorangegangenen Ansprüche
zur Steuerung der Hubvorrichtung einer Arbeitsmaschine, insbesondere eines
Flurförderzeugs.
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DE2001110700 Expired - Fee Related DE10110700B4 (de) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | Steuerventil |
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DE (1) | DE10110700B4 (de) |
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