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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.
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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.
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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.
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Aus der
JP 02-093104 A ist ein gattungsgemäßes Steuerventil zur Steuerung eines als Hubantrieb ausgebildeten Verbrauchers bekannt. Um bei einer Auslenkung des Steuerschiebers die axialen Kräfte an dem Steuerschieber, die beispielsweise aus Druck- und Strömungskräften resultieren, zu kompensieren und eine hohe Steuergenauigkeit zu erzielen, sind zusätzliche mit dem Verbraucheranschluss in Verbindung stehende Steuerdruckräume vorgesehen, die benachbart zu einem Förderdruckanschluss angeordnet sind, und zusätzliche Steuerdruckräume vorgesehen, die mit einem Behälteranschluss verbunden sind. Am Steuerschieber sind zusätzliche Steuerkanten und Steuerflächen für die Axialkraftkompensation angeordnet. Im Nebenbetrieb sind die beiden Steuerdruckräume mit dem Förderdruckanschluss verbunden. Im Senkenbetrieb werden die beiden Steuerdruckräume zum Behälter entlastet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zur Verfügung zu stellen, das mit geringem Bauaufwand eine Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Steuerschieber bei einer Ansteuerung durch ein Ansteuersignal zur Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers in Abhängigkeit von einem aus dem Druckmittelstrom des Verbrauchers erzeugten und dem Ansteuersignal entgegenwirkenden Gegensteuerdruck in Richtung einer Neutralstellung beaufschlagbar ist, wobei zur Erzeugung des Gegensteuerdrucks eine Drosseleinrichtung, insbesondere eine verstellbare Drosseleinrichtung, vorgesehen ist.
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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. 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. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, durch das Steuerventil selbst die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers zu begrenzen und einen lastunabhängigen Betrieb des Verbrauchers zu ermöglichen, wobei keine zusätzlichen Stromregelventile erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Steuerventil weist somit einen geringen Bauaufwand auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Steuerdruckerzeugungsmittel mittels eines Regelmagneten ansteuerbar. Mit einem Regelmagnet kann ein Druckminderventil auf einfache Weise angesteuert wenden, wobei die Betätigungskraft des Regelmagneten bei einer Ansteuerung die maximale Bewegungsgeschwindigkeit vorgibt.
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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.
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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.
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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 Nebenstellung 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.
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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.
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Weitere Vorteile werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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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.
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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.
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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 Nebenstellung beaufschlagt, in der die Verbraucherleitung 11 über die Steuerausnehmung 14 mit der Förderleitung 5 in Verbindung steht
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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.
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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.
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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.
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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 Nebenstellung beaufschlagt wird. Der Steuerdruckraum 15 ist hierbei über das nicht angesteuerte Steuerdruckerzeugungsmittel 20 und die Steuerdruckleitung 30 zum Behälter 8 entlastet.
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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 Drosseleinrichtung 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.
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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.
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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.
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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.
