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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technischer Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerventilvorrichtung des
Sitzventiltyps und insbesondere eine für eine Baumaschine geeignete
Steuerventilvorrichtung und einen für den Hydraulikkreislauf einer
Baumaschine geeigneten Druckkreislauf.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Als
Steuerventilvorrichtung des Sitzventiltyps wurde in der Praxis bisher
eine Kombination aus einem Hauptventil des Sitzventiltyps und einem
Vorsteuerventil eingesetzt. Die Steuerventilvorrichtung wird für eine Baumaschine
verwendet, wobei sie beispielsweise in einem Verbindungsabschnitt
eines Hauptkreislaufs zwischen einer Druckquelle und einem Stellglied
oder in einem Verbindungsabschnitt eines Hauptkreislaufs zwischen
einem Stellglied und einem Reservoir angeordnet ist, wodurch die
Geschwindigkeit und Richtung gesteuert werden, in der das Stellglied
bewegt wird. Ein Beispiel einer derartigen Steuerventilvorrichtung
ist in dem Bezugspatent 1, der
JP, B 4-27401 offenbart. Bei dieser offenbarten Steuerventilvorrichtung
ist auf der Rückseite
eines Hauptventils des Sitzventiltyps eine Steuerdruckkammer zum
Vorspannen des Hauptventils in der Ventilschließrichtung ausgebildet. Die
Einlaßseite des
Hauptventils und die Steuerdruckkammer sind über eine verstellbare Drossel
miteinander verbunden, deren Öffnungsgrad
abhängig
von der Verschiebung des Hauptventils verändert wird. Ferner ist die Steuerdruckkammer über eine
Steuerleitung mit der Auslaßseite
des Hauptventils verbunden, und in der Steuerleitung ist ein Steuerventil
angeordnet. Die Verschiebung des Hauptventils wird daher abhängig von
der Verschiebung des Steuerventils gesteuert.
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10 zeigt
eine bekannte Steuerventilvorrichtung des Sitzventiltyps. In einem
Gehäuse 1 sind ein
kreisförmiger
Ventilsitz 2 und eine zylindrische Wand 3 ausgebildet,
die sich vom Ventilsitz 2 in der Axialrichtung erstreckt.
Ein Ventilelement 4 ist in der zylindrischen Wand 3 angeordnet
und gleitet in bezug auf die zylindrische Wand 3 als zylindrischer Tauchkolben.
In einem Kanal 5 im Inneren des Ventilelements 4 ist
eine Drossel ausgebildet, die als verstellbare Drossel dient, deren Öffnungsgrad
erhöht wird,
wenn der Abstand zwischen dem Ventilsitz 2 und dem Ventilelement 4 zunimmt,
das weiter vom Ventilsitz 2 weg und näher an diesen heran bewegt werden
kann. Der Kanal 5 ist zumindest aus einem Ausschnitt oder
einer Nut ausgebildet, der bzw. die sich in der Axialrichtung erstreckt
und beispielsweise in der äußeren Wandfläche des
Ventilelements 4 ausgebildet ist. In der in 10 gezeigten,
geschlossenen Stellung des Ventilelements 4 ist die vom
Ventilsitz 2 entfernt angeordnete Kante der Nut 5 geringfügig außerhalb
eines stufigen Abschnitts der das Ventilelement 4 umgebenden,
zylindrischen Wand 3, d. h. der am weitesten vom Ventilsitz 2 entfernten Kante 6 der
zylindrischen Wand 3, angeordnet. Durch diese Konstruktion
ist zwischen einer Einlaßkammer 7 und
einer Steuerdruckkammer 8 stets, d. h. selbst wenn das
Ventilelement 4 gegen den Ventilsitz 2 stößt, ein
kleiner Kanalabschnitt 9 auf der Rückseite des Ventilelements 4 ausgebildet.
Daher wird der Druck in der Steuerdruckkammer 8 gleich dem
Druck in der Einlaßkammer 7,
wenn ein Vorsteuerventil 10 vollständig geschlossen ist. Wenn
das Vorsteuerventil 10 betätigt wird, um das Strömen eines
Steuerstroms zu ermöglichen,
strömt
ein unter Druck stehendes Medium (Hydraulikfluid) durch die Drossel
in den Kanal 5, worauf das Sitzventilelement 4 um
die zum Herbeiführen
eines Ausgleichs zwischen dem Druck in der zu seiner Vorspannung
in der Ventilschließrichtung
auf der Rückseite
des Sitzventilelements 4 ausgebildeten Steuerdruckkammer 8, dem
Druck in der Einlaßkammer 7 und
dem Druck in einer Auslaßkammer 11 erforderliche
Strecke vom Ventilsitz 2 weg bewegt wird. Das Vorsteuerventil 10 wirkt
als verstellbare Drossel, so daß das
Sitzventilelement 4 bei einem Anstieg der durch das Vorsteuerventil 10 strömenden Steuerströmungsmenge
um eine größere Strecke
vom Ventilsitz 2 weg bewegt wird und die durch das Sitzventil
strömende
Hauptströmungsmenge
zunimmt. Wenn das Vorsteuerventil 10 dann vollständig geöffnet ist,
ist die durch das Sitzventil strömende
Strömungsmenge
maximal.
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11 zeigt
eine weitere bekannte Steuerventilvorrichtung des Sitzventiltyps.
In 11 sind die mit den in 10 gezeigten übereinstimmenden Komponenten
durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Steuerventilvorrichtung
unterscheidet sich von der in 10 gezeigten
durch die Positionen der Einlaßkammer 7 und
der Auslaßkammer 11 und
die Form des Kanals 5, sie arbeitet jedoch auf die gleiche
Weise, wie die Steuerventilvorrichtung gemäß 10.
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Da
die durch das Vorsteuerventil 10 strömende Steuerströmungsmenge
bei der vorstehend beschriebenen, verwandten Technik ein kleiner
Teil der Gesamtströmungsmenge
ist, kann das Vorsteuerventil 10 mit einer geringen Kraft
gesteuert werden. Dementsprechend ist es leicht, das Ventil beispielsweise
unter Verwendung eines elektrischen Signals fernzusteuern.
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US 5 137 254 zeigt ein druckkompensiertes flußverstärkendes
Sitzventil, welches ein Druckkompensationsventil und eine Kompen sationsöffnung, die
in einem Kompensationsflußpfad
angeordnet ist, welcher parallel zu einem Ventilmittel zur steuerbaren
Regulierung der Flüssigkeitsströmung durch
ein Flußregulierungskanal
angeordnet ist, benutzt. Die Flüssigkeitsströmung durch
den Kompensationsflußpfad
wird durch die Öffnung
auf eine Durchflussmenge begrenzt, die im Wesentlichen der Menge
an Flüssigkeit
entspricht, die durch einen Flusssteuerungsschlitz in einem Ventilelement
bei geschlossenem Ventilelement fließen kann. Das Hinzugeben des Kompensationsflusspfades
und des Kompensationsventils erhöhen
die Druckkompensationsfähigkeit des
druckkompensierten flußverstärkenden
Sitzventils stark, so dass die Flüssigkeitsströmung durch
das Sitzventil bei einer gegebenen Stellung des Ventilmittels ungeachtet
des sich ändernden
Belastungszustand im Wesentlichen konstant bleibt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei
den bekannten Steuerventilvorrichtungen des Sitzventiltyps treten
die folgenden Probleme auf. Wenn die in 10 gezeigte
Steuerventilvorrichtung in einem Verbindungsabschnitt eines Hauptkreislaufs
zwischen einer Druckquelle und einem Stellglied angeordnet ist und
in einem Kreislauf verwendet wird, bei dem die Druckquelle mit der
Einlaßkammer 7 der
Steuerventilvorrichtung und die Auslaßkammer 11 mit dem
Stellglied verbunden ist, kann das Sitzventilelement 4,
wenn das Vorsteuerventil 10 in einer geschlossenen Stellung
gehalten wird, selbst dann nicht in einer Stellung gehalten werden,
in der es auf dem Ventilsitz 2 aufliegt, wenn der Druck
Ps in der Einlaßkammer 7 geringer
als ein Druck Pr in der Auslaßkammer 11 wird.
Dieser Punkt wird nachstehend genauer beschrieben.
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Wird
davon ausgegangen, daß der
effektive Druckaufnahmebereich eines ringförmigen Abschnitts 4a des
Sitzventilelements 4, der so angeordnet ist, daß er der
Einlaßkammer 7 gegenüberliegt, As
ist, der effektive Druckaufnahmebereich eines Sitzabschnitts 4b,
der so angeordnet ist, daß der
der Auslaßkammer 11 gegenüberliegt,
Ar ist, der effektive Druckaufnahmebereich eines Gleitabschnitts 4c, der
so angeordnet ist, daß der
der Steuerdruckkammer 8 gegenüberliegt, Ac ist, der Druck
in der Einlaßkammer 7 Ps
ist, der Druck in der Auslaßkammer 11 Pr
ist und der Druck in der Steuerdruckkammer 8 Pc ist, wird
auf der Grundlage des Ausgleichs zwischen den effektiven Druckaufnahmebereichen
As, Ar und Ac des Sitzventilelements 4 die folgende Beziehung gehalten: Ac = As + Ar (1)
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Ebenso
wird auf der Grundlage des Ausgleichs zwischen den auf das Sitzventilelement 4 einwirkenden
Drücken
die folgende Beziehung gehalten: Ac·Pc = As·Ps + Ar·Pr (2)
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Wird
beispielsweise das Vorsteuerventil 10 aus einem Zustand
geschlossen, in dem die Druckquelle auf einen hohen Druck eingestellt
ist und das Vorsteuerventil 10 betätigt wird, um dem Stellglied über das
Sitzventil Hydraulikfluid zuzuführen,
werden der Druck Ps in der Einlaßkammer 7 und der
Druck Pc in der Steuerdruckkammer 8 gleich, da sowohl die Einlaßkammer 7 als
auch die Steuerdruckkammer 8 mit dem Kanal 5 verbunden
sind. Dadurch ergibt sich die folgende Beziehung: Ac·Pc > As·Ps + Ar·Pr (3)
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Dementsprechend
wird das Sitzventilelement 4 geschlossen und in einer auf
dem Ventilsitz 2 aufliegenden Stellung gehalten, wodurch
das Hydraulikfluid auf der Lastdruckseite des Stellglieds ausgeschlossen
wird. Dadurch kann eine Betätigung des
Stellglieds unbeabsichtigt verhindert werden.
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Wenn
beispielsweise im Verbindungsabschnitt des Hauptkreislaufs, der
die Druckquelle und die Steuerventilvorrichtung miteinander verbindet, ein
mit dem Reservoir verbundenes Umschaltventil oder dergleichen vorgesehen
ist und der Druck der Druckquelle verringert wird, nimmt der Druck
Pc in der Steuerdruckkammer 8 jedoch ab, wodurch sich die
folgende Beziehung ergibt: Ac·Pc < As·Ps + Ar·Pr (4)
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Dementsprechend
wird das Sitzventilelement 4 geöffnet, wodurch ein Rückwärtsströmen des Hydraulikfluids
verursacht wird.
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Ebenso
wird das Sitzventilelement 4 selbst dann geöffnet, wenn
der Druck der Druckquelle höher
als der Lastdruck des Stellglieds gehalten wird und das Sitzventilelement 4 sich
im geschlossenen Zustand befindet, und ein Rückwärtsströmen des Hydraulikfluids durch das
Sitzventil wird verursacht, wenn der Lastdruck des Stellglieds aus
irgendeinem Grund abrupt erhöht
wird. Dadurch tritt das Problem auf, daß das Stellglied nicht den
Absichten entsprechend gehalten werden kann.
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Wenn
die in 11 gezeigte Steuerventilvorrichtung
im Verbindungsabschnitt des Hauptkreislaufs zwischen der Druckquelle
und dem Stellglied angeordnet ist und in einem Kreislauf verwendet wird,
in dem die Druckquelle mit der Einlaßkammer 7 der Steuerventilvorrichtung
und die Auslaßkammer 11 mit
dem Stellglied verbunden ist, tritt ein ähnliches Problem auf, wie bei
der in 10 gezeigten Steuerventilvorrichtung,
wenn das mit dem Reservoir verbundene Umschaltventil oder dergleichen
beispielsweise im Verbindungsabschnitt des Hauptkreislaufs angeordnet
ist, der die Druckquelle mit der Steuerventilvorrichtung verbindet.
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Daher
können
die vorstehend beschriebenen, bekannten Steuerventilvorrichtungen
nicht in einem Kreislauf verwendet werden, bei dem der Druck auf
der Seite der Auslaßkammer
gehalten werden muß,
beispielsweise einem Druckkreislauf, bei dem der Lastdruck des Stellglieds
gehalten werden muß, wie
dem Hydraulikkreislauf einer Baumaschine, oder einem Druckkreislauf,
bei dem der Lastdruck des Stellglieds abrupt erhöht wird.
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Im
Hinblick auf die Verbesserung der bekannten Steuerventilvorrichtungen
des Sitzventiltyps ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Steuerventilvorrichtung, die ein Sitzventilelement in einer
auf einem Ventilsitz aufliegenden Stellung halten kann, um so selbst
dann einen Rückfluß zu verhindern,
wenn der Druck auf der Seite der Einlaßkammer geringer als der Druck
auf der Seite der Auslaßkammer
ist, und einen Druckkreislauf zu schaffen, für den die Steuerventilvorrichtung
verwendet wird.
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
eine Steuerventilvorrichtung geschaffen, die eine Einlaßkammer
und eine Auslaßkammer,
die beide in einem Gehäuse
ausgebildet sind, ein verschiebbar im Gehäuse angeordnetes Sitzventilelement,
das die Größe der Öffnung zwischen
der Einlaßkammer
und der Auslaßkammer
steuert, eine auf der Rückseite
des Sitzventilelements im Gehäuse ausgebildete
Steuerdruckkammer, die das Sitzventilelement in der Ventilschließrichtung
vorspannt, eine im Sitzventilelement ausgebildete verstellbare Drossel
mit einer Öffnung,
die mit der Steuerdruckkammer verbunden ist und deren Öffnungsgrad
abhängig
von der Verschiebung des Sitzventilelements verändert wird, einen ersten Kanal,
der die Einlaßkammer
mit der verstellbaren Drossel verbindet, einen Steuerkanal, der
die Steuerdruckkammer mit der Auslaßkammer verbindet, und ein
im Steuerkanal angeordnetes Vorsteuerventilelement umfaßt, wobei
die Steuerventilvorrichtung ferner ein im ersten Kanal angeordnetes
erstes Rückschlagventil,
das nur ein Strömen
in der Richtung von der Einlaßkammer
zur verstellbaren Drossel zuläßt, einen
mit der Steuerdruckkammer verbundenen zweiten Kanal, einen mit der
Auslaßkammer
verbundenen dritten Kanal und ein zwischen dem zweiten Kanal und
dem dritten Kanal angeordnetes, zweites Rückschlagventil aufweist, die nur
ein Strömen
in der Richtung von der Auslaßkammer
zur Steuerdruckkammer zuläßt.
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Durch
diese Merkmale wird in einem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement
geschlossen ist und keine Steuerströmungsmenge zugeführt wird,
der Druck in der Auslaßkammer
selbst dann über
die zweite Ventileinheit auf die Steuerdruckkammer aufgebracht,
wenn das Sitzventilelement geschlossen ist, um in einer aufliegenden
Stellung gehalten zu werden, und der Druck in der Auslaßkammer
höher als
der Druck in der Einlaßkammer
ist, und der Druck in der Steuerdruckkammer wird von der ersten
Ventileinheit von der Einlaßkammer
abgeschnitten, wodurch der Druck in der Steuerdruckkammer im wesentlichen
gleich dem Druck in der Auslaßkammer
wird. Aufgrund der Differenz zwischen den Druckaufnahmebereichen
des Sitzventilelements kann daher das Sitzventilelement in einem
Zustand gehalten werden, in dem das Ventil geschlossen ist, um einen
Rückfluß durch
es zu verhindern. Ebenso kann in einem Zustand, in dem das Vorsteuerventil und
das Sitzventilelement geöffnet
sind, das Sitzventilelement selbst dann in einem Zustand gehalten werden,
in dem das Ventil geschlossen ist, wodurch ein Rückfluß durch es verhindert wird,
wenn der Druck in der Auslaßkammer
abrupt erhöht
wird, so daß er
höher als
der Druck in der Einlaßkammer
wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Abschnitt des
Sitzventilelements, der der Einlaßkammer gegenüberliegt,
in Radialrichtung auf der äußeren Seite
eines Ventilsitzes angeordnet, und der Abschnitt des Sitzventilelements,
der der Auslaßkammer
gegenüberliegt,
ist in Radialrichtung auf der inneren Seite des Ventilsitzes angeordnet.
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Durch
dieses Merkmal wird die Hauptströmungsmenge
in der Richtung eingestellt, in der ein unter Druck stehendes, durch
das Sitzventilelement strömendes
Medium in bezug auf das Sitzventilelement strömt. Ferner kann in einem Zustand,
in dem das Vorsteuerventilelement geschlossen ist und keine Steuerströmungsmenge
zugeführt
wird, verhindert werden, daß das
unter Druck stehende Medium in der Ausströmrichtung durch das Sitzventilelement strömt, da das
Sitzventilelement geschlossen ist und in der aufliegenden Stellung
gehalten wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der der Einlaßkammer
gegenüberliegende
Abschnitt des Sitzventilele ments in Radialrichtung auf der inneren
Seite des Ventilsitzes angeordnet, und der der Auslaßkammer
gegenüberliegende
Abschnitt des Sitzventilelements ist in Radialrichtung auf der äußeren Seite
des Ventilsitzes angeordnet.
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Durch
dieses Merkmal wird die Hauptströmungsmenge
in der Richtung eingestellt, in der das durch das Sitzventilelement
strömende,
unter Druck stehende Medium in bezug auf das Sitzventilelement ausströmt. Ferner
kann in einem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement geschlossen
ist und keine Steuerströmungsmenge
zugeführt
wird, verhindert werden, daß das
unter Druck stehende Medium in der Einströmrichtung durch das Sitzventilelement strömt, da das
Sitzventilelement geschlossen ist und in einer aufliegenden Stellung
gehalten wird.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Ventileinheit
im Inneren des Sitzventilelements vorgesehen.
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Durch
dieses Merkmal besteht nicht die Notwendigkeit, den ersten Kanal
im Gehäuse
vorzusehen, wodurch die Größe des Gehäuses verringert werden
kann.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Teil des ersten Kanals
und die erste Ventileinheit im Inneren des Gehäuses vorgesehen.
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Da
durch dieses Merkmal der Aufbau des Sitzventilelements vereinfacht
wird, können
Volumen und Gewicht des Sitzventilelements leicht verringert und
die Bewegungsgeschwindigkeit des Sitzventilelements erhöht werden.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung fallen entweder der zweite
Kanal oder der dritte Kanal oder beide mit einem Teil des Steuerkanals
zusammen.
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Da
durch dieses Merkmal entweder der zweite Kanal oder der dritte Kanal
oder beide mit einem Teil des Steuerkanals zusammenfallen, kann
die Größe des Gehäuses verringert
werden.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die zweite Ventileinheit
und jeweilige Teile des zweiten Kanals und des dritten Kanals im
Vorsteuerventilelement vorgesehen, und die restlichen Teile des
zweiten Kanals und des dritten Kanals fallen mit dem Steuerkanal
zusammen.
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Da
durch dieses Merkmal Teile des zweiten Kanals und des dritten Kanals
zusammen mit dem Steuerkanal ausgebildet sind, kann die Größe des Gehäuses verringert
werden.
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Gemäß einem
achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Steuerventilvorrichtung
ferner ein elastisches Element zum Aufbringen einer Kraft zum Vorspannen
des Sitzventilelements in der Ventilschließrichtung auf.
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Selbst
wenn der Druck in der Einlaßkammer, der
Druck in der Steuerdruckkammer und der Druck in der Auslaßkammer übereinstimmen,
d. h. selbst wenn die Ventilöffnungskraft
und die Ventilschließkraft,
die auf das Sitzventilelement einwirken, ausgeglichen sind, kann
das Sitzventilelement durch dieses Merkmal durch die von dem elastischen
Element in der Ventilschließrichtung
aufgebrachte Vorspannkraft geschlossen werden. Dadurch kann die
Zuverlässigkeit
der Ventilschließfunktion
erhöht
werden.
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Gemäß einem
neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Einlaßkammer
mit einer Druckquelle und die Auslaßkammer mit einer Öffnung eines
Stellglieds auf der die Last haltenden Seite verbunden, und der
Druckkreislauf weist eine Einrichtung zum Verringern des Drucks
der Druckquelle bei geschlossener Steuerventilvorrichtung auf.
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Selbst
wenn die Last des Stellglieds gesteigert wird und der Lastdruck
höher als
der Druck der Druckquelle wird, kann durch diese Merkmale verhindert
werden, daß das
unter Druck stehende Medium rückwärts strömt, und
die Lastbegrenzungsfunktion kann erfüllt werden. Selbst wenn der
Druck der Druckquelle verringert wird, kann ferner verhindert werden,
daß das
unter Druck stehende Medium rückwärts strömt, und
die Lastbegrenzungsfunktion kann erfüllt werden.
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Da
die erfindungsgemäße Steuerventilvorrichtung
und der erfindungsgemäße Druckkreislauf wie
vorstehend beschrieben konstruiert sind, kann eine Wirkung erzielt
werden, die durch die verwandte Technik nicht erzielt werden konnte,
d. h. der Lastdruck auf der Auslaßdruckseite kann gehalten und ein
Rückfluß des unter
Druck stehenden Mediums verhindert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Steuerventilvorrichtung als schematische
Schnittansicht und die übrigen
Teile als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt sind;
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2 zeigt
das hydraulische System (den Druckkreislauf) mit der Steuerventilvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System als
Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt ist;
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3 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
Modifikation der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei die Steuerventil vorrichtung als schematische
Schnittansicht und die übrigen
Teile als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt sind;
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4 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Steuerventilvorrichtung als schematische
Schnittansicht und die übrigen
Teile als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt sind;
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5 zeigt
das hydraulische System (den Druckkreislauf) mit der Steuerventilvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System als
Diagramm der hydraulischen Schaltung dargestellt ist;
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6 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System als
Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt ist;
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7 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System als
Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt ist;
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8 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System als
Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt ist;
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9 zeigt
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei das gesamte hydraulische System
als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt ist;
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10 ist
eine schematische Ansicht, die eine bekannte Steuerventilvorrichtung
zeigt; und
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11 ist
eine schematische Ansicht, die eine weitere bekannte Steuerventilvorrichtung
zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird
unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine erste
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 und 2 zeigen
ein hydraulisches System (einen Druckkreislauf) mit einer Steuerventilvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 sind die
Steuerventilvorrichtung als schematische Schnittansicht und die übrigen Teile
als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt. In 2 ist
das gesamte hydraulische System (der der gesamte Druckkreislauf)
als Diagramm des hydraulischen Kreislaufs dargestellt.
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Gemäß 1,
die eine Steuerventilvorrichtung 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt, weist die Steuerventilvorrichtung 100 ein Hauptventil des
Sitzventiltyps, d. h. ein Sitzventilelement 24, auf, das
verschiebbar in ein Gehäuse 21 eingesetzt
ist und die Größe der Öffnung zwischen
einer Einlaßkammer 22 und
einer Auslaßkammer 23 steuert,
die beide im Gehäuse 21 ausgebildet
sind. Eine Steuerdruckkammer 25 zum Vorspannen des Sitzventilelements 24 in
der Ventilschließrichtung
ist auf der Rückseite
des Sitzventilelements 24 ausgebildet. In der Steuerdruckkammer 25 ist
eine Feder 35 zum Vorspannen des Sitzventilelements 24 in
der Ventilschließrichtung
angeordnet, und die Feder 35 wird sowohl von dem Sitzventilelement 24 als
auch von dem Gehäuse 21 gehalten.
Die Feder 35 ist so eingestellt, daß sie eine vorab eingestellte
Kraft in der Ventilschließrichtung
auf das Sitzventilelement 24 aufbringt, wenn sich das Sitzventilelement 24 in
einer Stellung befindet, in der es auf einem im Gehäuse 21 ausgebildeten
Ventilsitz 26 aufliegt, und die Vorspannkraft in der Ventilschließrichtung
nimmt bei einer Vergrößerung der
Strecke zu, um die das Sitzventilelement 24 bewegt wird.
Bis die Strecke, um die das Sitzventilelement 24 bewegt
wird, einen maximalen Wert erreicht, gelangt die Feder 35 ferner
nicht in einen Zustand, in dem die Federspulen in engem Kontakt
zueinander stehen, und die Vorspannkraft in der Ventilschließrichtung
nimmt proportional zu der Strecke zu, um die das Sitzventilelement 24 bewegt wird.
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Bei
einer derartigen Konstruktion ist eine am Vorgang des Öffnens und
Schließens
des Sitzventilelements 24 beteiligte Steuerkraft durch
die aus den durch die auf das Sitzventilelement 24 einwirkenden Drücke erzeugten
Kräften
und der Vorspannkraft der Feder 35 resultierende Kraft
gegeben. Selbst wenn die Ventilöffnungskraft
und die Ventilschließkraft,
die durch die auf das Sitzventilelement 24 einwirkenden Drücke erzeugt
werden, ausgeglichen sind, d. h. wenn beispielsweise die Summe des
Drucks in der Einlaßkammer 22 und
des Drucks in der Auslaßkammer 23 mit
dem Druck in der Steuerdruckkammer 25 übereinstimmt, kann das Sitzventilelement 24 durch die
Vorspannkraft der Feder 35 in der Ventilschließrichtung
geschlossen werden, und die Zuverlässigkeit der Ventilschließfunktion
wird erhöht.
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Im
Sitzventilelement 24 ist eine verstellbare Drossel 27 ausgebildet,
die eine mit der Steuerdruckkammer 25 verbundene Öffnung aufweist,
deren Größe abhängig von
der Verschiebung des Sitzventilelements 24 verändert wird
und die selbst dann einen geringen Öff nungsgrad aufweist, wenn
sich das Sitzventilelement 24 in einer Stellung befindet,
in der es auf dem Ventilssitz 26 aufliegt. Im Sitzventilelement 24 ist
auch ein erster Kanal 28 ausgebildet, der die Einlaßkammer 22 mit
der verstellbaren Drossel 27 verbindet, wodurch die Steuerdruckkammer 25 mit
der Einlaßkammer 22 verbunden
wird. Im ersten Kanal 28 ist eine erste Ventileinheit (ein
Rückschlagventil) 31 angeordnet,
das nur ein Strömen
in der Richtung von der Einlaßkammer 22 zur
verstellbaren Drossel 27 zuläßt.
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Da
die Steuerdruckkammer 25 und die Einlaßkammer 22 miteinander
verbunden sind, ist der Druck in der Steuerdruckkammer 25 selbst
dann geringfügig
niedriger als der Druck in der Einlaßkammer 22, d. h.
auf einem Niveau, das sich durch Subtrahieren des Aufspaltdrucks
der ersten Ventileinheit 31 vom Druck in der Einlaßkammer 22 ergibt,
wenn sich das Sitzventilelement 24 in der aufliegenden
Stellung befindet, wie vorstehend beschriebenen, und der Druck in
der Einlaßkammer 22 höher als
der Druck in der Auslaßkammer 23 ist.
Aufgrund der Differenz zwischen dem Druckaufnahmebereich des Sitzventilelements 24,
der mit dem Druck in der Einlaßkammer 22 beaufschlagt
wird, und dem Druckaufnahmebereich des Sitzventilelements 24,
der mit dem Druck in der Steuerdruckkammer 25 beaufschlagt
wird, ist daher die Kraft, die das Sitzventilelement 24 in
der Ventilschließrichtung
vorspannt, so groß,
daß das Sitzventilelement 24 in
einem Zustand gehalten werden kann, in dem das Ventil geschlossen
ist.
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Ferner
weist die Steuerventilvorrichtung 100 einen Steuerkanal 29 auf,
in dem ein Vorsteuerventilelement 30 angeordnet ist. Wenn
das Vorsteuerventilelement 30 geöffnet ist, ist die Steuerdruckkammer 25 mit
der Auslaßkammer 23 verbunden.
Zusätzlich zum
Steuerkanal 29 wird durch einen dritten Kanal 33,
durch den ein mit der Steuerdruckkammer 25 verbundener
zweiter Kanal 32 mit der Auslaßkammer 23 verbunden
ist, ein weiterer Kanal zum Verbinden der Steuerdruckkammer 25 mit
der Auslaßkammer 23 gebildet.
Zwischen dem zweiten Kanal 32 und dem dritten Kanal 33 ist
eine zweite Ventileinheit (ein Rückschlagventil) 34 angeordnet,
das nur ein Strömen
in der Richtung von der Auslaßkammer 23 zur Steuerdruckkammer 25 zuläßt. Durch
den Einbau der zweiten Ventileinheit 34 strömt das Hydraulikfluid (das
unter Druck stehende Medium) unabhängig davon, ob das Vorsteuerventilelement 30 geöffnet oder geschlossen
ist, in der Richtung von der Auslaßkammer 23 zur Steuerdruckkammer 25,
wenn der Druck in der Auslaßkammer 23 höher als
der Druck in der Steuerdruckkammer 25 ist. Dementsprechend
nimmt der Druck in der Steuerdruckkammer 25 zu, wodurch die
Ventilschließkraft
erhöht
wird, die das Sitzventilelement 24 in der Ventilschließrichtung
vorspannt. Wenn bei geschlossenem Vorsteuerventilelement 30 keine
Steuerströmungsmenge
vorliegt, wird das Sitzventilelement 24 in der aufliegenden
Stellung gehalten. Ist der Druck in der Einlaßkammer 22 höher als der
Druck in der Auslaßkammer 23,
ist der Druck in der Steuerdruckkammer 25 geringfügig niedriger
als der Druck in der Einlaßkammer 22,
d. h. auf einem Niveau, das sich durch Subtrahieren des Aufspaltdrucks
der ersten Ventileinheit 31 von dem Druck in der Einlaßkammer 22 ergibt,
wie vorstehend beschrieben. Aufgrund der Differenz zwischen dem Druckaufnahmebereich
des Sitzventilelements 24, der mit dem Druck in der Einlaßkammer 22 beaufschlagt
wird, und dem Druckaufnahmebereich des Sitzventilelements 24,
der mit dem Druck in der Steuerdruckkammer 25 beaufschlagt
wird, ist daher die Kraft, mit der das Sitzventilelement 24 in
der Ventilschließrichtung
vorgespannt wird, so groß,
das das Sitzventilelement 24 in einem Zustand gehalten
werden kann, in der das Ventil geschlossen ist. Selbst wenn der
Druck in der Auslaßkammer 23 hö her als der
Druck in der Einlaßkammer 22 ist,
strömt
das Hydraulikfluid ferner durch die zweite Ventileinheit 34 in die
Steuerdruckkammer 25, und das Hydraulikfluid in der Steuerdruckkammer 25 wird
durch die erste Ventileinheit 31 von der Einlaßkammer 22 abgeschnitten. Daher
ist der Druck in der Steuerdruckkammer 25 geringfügig niedriger
als der Druck in der Auslaßkammer 23,
d. h. auf einem Niveau, das sich durch Subtrahieren des Aufspaltdrucks
der zweiten Ventileinheit 34 vom Druck in der Auslaßkammer 23 ergibt. Aufgrund
der Differenz zwischen dem Druckaufnahmebereich des Sitzventilelements 24,
der mit dem Druck in der Auslaßkammer 23 beaufschlagt
wird, und dem Druckaufnahmebereich des Sitzventilelements 24,
der mit dem Druck in der Steuerdruckkammer 25 beaufschlagt
wird, ist daher die Kraft, mit der das Sitzventilelement 24 in
der Ventilschließrichtung vorgespannt
wird, so groß,
daß das
Sitzventilelement 24 in einem Zustand gehalten werden kann,
in dem das Ventil geschlossen ist und ein Rückfluß verhindert werden kann.
-
Die
Steuerventilvorrichtung 100 mit den vorstehend beschriebenen
Funktionen kann geeignet in einem Druckkreislauf eingesetzt werden,
der wie folgt aufgebaut ist. Die Einlaßkammer 22 ist mit
einer Druckquelle 101 verbunden, und das Hydraulikfluid wird
von der Druckquelle 101 zur Einlaßkammer 22 gefördert. Ein
Entlastungsventil 102 zur Begrenzung des maximalen Drucks
des von der Druckquelle 101 zugeführten Hydraulikfluids ist vorgesehen,
um zu verhindern, daß die
Steuerventilvorrichtung 100 durch das Auftreten eines übermäßig hohen
Drucks beschädigt
wird. Zusammen mit der Steuerventilvorrichtung 100 wird
eine Steuerventilvorrichtung 103 gesteuert. Genauer wird
die Steuerventilvorrichtung 103 geöffnet, wenn die Steuerventilvorrichtung 100 geschlossen
wird, wodurch die Druckquelle 101 mit einem Reservoir verbunden
und der Druck im Kreislauf auf der näher an der Druckquelle 101 liegenden Seite
ver ringert werden. Wird ein Stellglied 104 betätigt, wird
die Steuerventilvorrichtung 103 gedrosselt, wodurch der
Druck im Kreislauf erhöht
wird, und der Öffnungsgrad
der Steuerventilvorrichtung 103 wird zur Steuerung des
Hydraulikfluids eingestellt. Wenn die Steuerventilvorrichtung 100 vollständig geöffnet ist,
wird die Steuerventilvorrichtung 103 geschlossen, wodurch
die gesamte Strömungsmenge
des Hydraulikfluids von der Druckquelle 101 der Steuerventilvorrichtung 100 zugeführt wird.
Die Auslaßkammer 23 ist
so mit einer Öffnung
des Stellglieds 104 auf der den Druck haltenden Seite verbunden,
daß das
von der Steuerventilvorrichtung 100 gesteuerte Hydraulikfluid
aus der Auslaßkammer 23 zur Öffnung des Stellglieds 104 auf
der den Druck haltenden Seite zugeführt wird.
-
Wenn
das Vorsteuerventilelement 30 betätigt wird, um die Steuerströmungsmenge
zu steuern, wird der von der Steuerströmungsmenge abhängige Hub
des Sitzventilelements 24 durch die Wirkung der verstellbaren
Drossel 27 bestimmt, deren Öffnung mit der Steuerdruckkammer 25 verbunden
ist und deren Öffnungsgrad
abhängig
von der Verschiebung des Sitzventilelements 24 verändert wird.
Daher können die
vom Hub des Sitzventilelements 24 abhängige Größe der Öffnung zwischen der Einlaßkammer 22 und
der Auslaßkammer 23 gesteuert
die Hauptströmungsmenge
eingestellt werden.
-
Ferner
besteht die Möglichkeit,
daß die
Last W des Stellglieds 104 in einem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement 30 und
das Sitzventilelement 24 geöffnet sind (d. h. in dem dem
Stellglied 104 Hydraulikfluid zugeführt wird und das Stellglied 104 betätigt wird),
abrupt erhöht
wird. Als ein Beispiel für
einen derartigen Fall wird hier davon ausgegangen, daß die Steuerventilvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform
im Hydraulikkreislauf eines hydraulischen Baggers als Steuerventil
zum Antreiben eines hydraulischen Armzylinders verwendet wird und
mittels eines Anziehens des Arms Grabarbeiten ausgeführt werden.
Werden mittels eines Anziehens des Arms Grabarbeiten ausgeführt, ist
die Last des hydraulischen Armzylinders (d. h. die Last W des Stellglieds 104)
gering, und der hydraulische Armzylinder wird mit einer Geschwindigkeit
betätigt,
die der zugeführten
Strömungsmenge
des Hydraulikfluids entspricht, bevor die Schaufel in den Boden
eindringt. Dringt die Schaufel in den Boden ein, wird die Last des
hydraulischen Armzylinders (d. h. die Last W des Stellglieds 104)
jedoch abrupt erhöht.
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Wenn
die Last W des Stellglieds 104 erhöht wird und der Druck in der
Auslaßkammer 23 in
einem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement 30 und das
Sitzventilelement 24 geöffnet
sind, höher
als der Druck in der Einlaßkammer 22 wird,
strömt
das Hydraulikfluid in der Auslaßkammer 23 daher
zurück
in die Einlaßkammer 22.
Gleichzeitig strömt
das Hydraulikfluid in der Auslaßkammer 23 jedoch
durch den Steuerkanal 29 zurück und wird über das
Vorsteuerventilelement 30 und die zweite Ventileinheit 34 der
Steuerdruckkammer 25 zugeführt. Da das Hydraulikfluid
in der Steuerdruckkammer 25 durch die erste Ventileinheit 31 von
der Einlaßkammer 22 abgeschnitten
wird, nimmt der Druck in der Steuerdruckkammer 25 zu, und
das Sitzventilelement 24 wird geschlossen. Dann wird der
Druck in der Steuerdruckkammer 25 im wesentlichen gleich
dem Druck in der Auslaßkammer 23.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Differenz zwischen den Druckaufnahmebereichen
wird daher das Sitzventilelement 24 in einer Stellung gehalten,
in der das Ventil geschlossen ist und ein Rückfluß verhindert werden kann. Daher können die
Lastbegrenzungsfunktion erfüllt
und eine unbeabsichtigte Rückwärtsbewegung
des Stellglieds 104 verhindert werden.
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Unmittelbar
nach dem Schließen
des Sitzventilelements 24 durch Schließen des Vorsteuerventilelements 30 aus
einem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement 30 betätigt wird,
um dem Stellglied 104 Hydraulikfluid zuzuführen, während die Hauptströmungsmenge
eingestellt wird, wie vorstehend beschrieben, stimmen der Druck
in der Einlaßkammer 22 und
der Druck in der Steuerdruckkammer 25 überein und sind höher als
der Druck in der Auslaßkammer 23.
Wenn die Steuerventilvorrichtung 103 geöffnet ist, wodurch die Druckquelle 101 mit
dem Reservoir verbunden ist, werden jedoch der Druck im Kreislauf
auf der näher
an der Druckquelle 101 liegenden Seite und ebenso der Druck
in der Einlaßkammer 22 verringert,
was zu einer Druckdifferenz zwischen der Einlaßkammer 22 und der
Steuerdruckkammer 25 führt.
Dadurch tritt das Hydraulikfluid durch eine kleine, kreisförmige Öffnung zwischen den
jeweiligen Gleitflächen 36 des
Gehäuses 21 und dem
Sitzventilelement 24 in der Richtung von der Steuerdruckkammer 25 zur
Einlaßkammer 22 aus. Wenn
der Druck in der Steuerdruckkammer 25 bei der bekannten
Steuerventilvorrichtung, die nicht den zweiten Kanal 32,
den dritten Kanal 33 und die zweite Ventileinheit 34 aufweist,
die bei dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, durch das Austreten
des Hydraulikfluids in der Richtung von der Steuerdruckkammer 25 zur
Einlaßkammer 22 verringert
wird und die in der Ventilschließrichtung auf das Sitzventilelement 24 einwirkende Kraft
kleiner als in der Ventilöffnungsrichtung
auf das Sitzventilelement 24 einwirkende Kraft wird, wird
das Sitzventilelement 24 geöffnet, und das Hydraulikfluid in
der Auslaßkammer 23 strömt zurück in die
Einlaßkammer 22.
Dadurch kann das Stellglied 104 nicht, wie beabsichtigt,
gehalten werden. Wenn der Druck in der Steuerdruckkammer 25 bei
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung abnimmt und niedriger als der Druck in
der Auslaßkam mer 23 wird, strömt das Hydraulikfluid
in der Auslaßkammer 23 durch
den dritten Kanal 33 und anschließend den zweiten Kanal 32 über die
zweite Ventileinheit 34 zurück und wird der Steuerdruckkammer 25 zugeführt, wodurch
der Druck in der Steuerdruckkammer 25 zunimmt, so daß der Druck
in der Steuerdruckkammer 25 im wesentlichen gleich dem
Druck in der Auslaßkammer 23 wird.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Differenz zwischen den Druckaufnahmebereichen
kann ein Zustand aufrecht erhalten werden, in dem die in der Ventilschließrichtung
auf das Sitzventilelement 24 einwirkende Kraft höher als
die in der Ventilöffnungsrichtung
auf das Sitzventilelement 24 einwirkende Kraft ist. Dadurch
kann das Sitzventilelement 24 in einem Zustand gehalten
werden, in dem das Ventil geschlossen ist, wodurch ein Rückfluß verhindert
wird und eine unbeabsichtigte Rückwärtsbewegung
des Stellglieds 104 verhindert werden kann.
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Nachstehend
werden Modifikationen der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Während bei
der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der erste Kanal 28 und
die erste Ventileinheit 31 im Sitzventilelement 24 vorgesehen sind,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Ein
Teil des ersten Kanals 28 kann im Gehäuse 21 vorgesehen
sein, und der übrige
Teil des ersten Kanals 28 und der ersten Ventileinheit 31 können im
Sitzventilelement 24 vorgesehen sein. In diesem Fall ist
der im Sitzventilelement 24 vorgesehene Teil des ersten
Kanals 28 nicht direkt mit der Einlaßkammer 22 verbunden
und wird von der im Gehäuse 21 ausgebildeten
Gleitfläche 36 geschlossen.
Andererseits weist der im Gehäuse 21 vorgesehene
Teil des ersten Kanals 28, dessen eines Ende mit der Einlaßkammer 22 verbunden
ist, ein zur Gleitfläche 36 geöffnetes
anderes Ende auf und ist stets mit dem im Sitzventilelement 24 vorgesehenen Teil
des ersten Kanals 28 verbunden. Alternativ können sowohl
ein Teil des ersten Kanals 28 als auch die erste Ventileinheit 31 im
Gehäuse 21 vorgesehen sein.
Auch in diesem Fall ist der im Gehäuse 21 vorgesehene
Teil des ersten Kanals 28 stets mit dem im Sitzventilelement 24 vorgesehenen
Teil des ersten Kanals 28 verbunden.
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Bei
einer Konstruktion, bei der sowohl der erste Kanal 28 als
auch die erste Ventileinheit 31 im Sitzventilelement 24 vorgesehen
sind, wie in 1 gezeigt, muß der erste
Kanal 28 nicht im Gehäuse 21 vorgesehen
sein, und daher kann die Größe des Gehäuses 21 verringert
werden. Andererseits kann bei einer Konstruktion, bei der sowohl
ein Teil des ersten Kanals 28 als auch die erste Ventileinheit 31 im
Gehäuse 21 vorgesehen
sind, wie vorstehend beschrieben, der Aufbau des Sitzventilelements 24 vereinfacht
werden. Dementsprechend können
das Gewicht und das Volumen des Sitzventilelements 24 leicht
verringert werden, was zu einer höheren Bewegungsgeschwindigkeit
des Sitzventilelements 24 führt.
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Weitere
Modifikationen der ersten Ausführungsform
werden nachstehend beschrieben.
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Während bei
der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der zweite Kanal 32 und
der dritte Kanal 33 mit einem Teil des Steuerkanals 29 zusammenfallen,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Konstruktion
beschränkt.
Die Kanalkonstruktion kann so modifiziert werden, daß die beiden Kanäle 32, 33 getrennt
vom Steuerkanal 29 vorgesehen sind oder daß der zweite
Kanal 32 mit einem Teil des Steuerkanals 29 zusammenfällt und
der dritte Kanal 33 getrennt vorgesehen ist oder daß der dritte Kanal 33 mit
einem Teil des Steuerkanals 29 zusammenfällt und
der zweite Kanal 28 separat vorgesehen ist.
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Ferner
kann die Kanalkonstruktion modifiziert werden, wie in 3 gezeigt.
In 3 sind die mit den in 1 gezeigten übereinstimmenden
Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die
Komponenten, die sich unterscheiden, sind durch ein an die in 1 zur
Bezeichnung der entsprechenden Komponenten verwendeten Bezugszeichen
angehängtes
A bezeichnet. Bei einer Steuerventilvorrichtung 100A gemäß der in 3 gezeigten
Modifikation sind der zweite Kanal 32 und der dritte Kanal 33 in
einem Vorsteuerventilelement 30A vorgesehen, und eine zweite
Ventileinheit 34A ist in das Vorsteuerventilelement 30A eingebaut.
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Bei
der Konstruktion, bei der der Steuerkanal 29 sowohl mit
dem zweiten Kanal 32 und dem dritten Kanal 33 zusammenfällt, wie
in 1 gezeigt, der Konstruktion, bei der der Steuerkanal 29 mit
dem zweiten Kanal 32 oder dem dritten Kanal 33 zusammenfällt, oder
der Konstruktion, bei der die zweite Ventileinheit 34A in
das Vorsteuerventilelement 30A eingebaut ist, wie in 3 gezeigt,
können
die Struktur leicht kompakter gestaltet und die Anzahl der Kanäle verringert
werden. Dadurch können
die Größe des Gehäuses verringert,
die Zuverlässigkeit
der Festigkeit des Gehäuses 21 erhöht und eine
Verringerung der Anzahl an Bearbeitungsschritten und der Kosten
erwartet werden. Auch die modifizierte Konstruktion, bei der der
Steuerkanal 29 getrennt von dem zweiten Kanal 32 und
dem dritten Kanal 33 vorgesehen ist, ist dadurch vorteilhaft,
daß die
jeweiligen Durchmesser des Steuerkanals 29, des zweiten
Kanals 32 und des dritten Kanals 33 eingestellt
werden können,
ohne einander einzuschränken,
was eine erhöhte
Flexibilität
der Größen und
Formen des Vorsteuerventilelements 30 und der zweiten Ventileinheit 34 zur
Folge hat. Durch Verringern der Größen des Steuerkanals 29 und
des Vorsteuerventilelements 30 wird beispielsweise der
folgende Vorteil erzielt. Da das Sitzventilelement 24 durch
eine geringere Menge an Hydraulikfluid gesteuert wird, ist die durch
das Vorsteuerventilelement 30 strömende Steuerströmungsmenge
sogar noch geringer, als die durch das Sitzventilelement 24 strömende Hauptströmungsmenge.
Anders ausgedrückt
werden die Verstärkung gesteigert
und die zur Betätigung
des Vorsteuerventilelements 30 erforderliche Kraft verringert.
Anstelle eines Antriebs des Vorsteuerventilelements 30 durch den
einer Steueröffnung 37 zugeführten Steuerdruck kann
das Vorsteuerventilelement 30 dementsprechend direkt durch
einen Elektromagneten oder dergleichen angetrieben werden, und dadurch
kann leicht eine elektrische Steuerung realisiert werden. Ferner
können
beispielsweise durch Vergrößern der zweiten
Ventileinheit 34A, des zweiten Kanals 32 und des
dritten Kanals 33 die folgenden Vorteile erzielt werden.
Wenn die Last abrupt gesteigert wird und der Druck des Hydraulikfluids
in der Auslaßkammer 23 höher als
der Druck des Hydraulikfluids in der Einlaßkammer 22 wird, kann
das Hydraulikfluid in der Steuerdruckkammer 25, das das
Sitzventilelement 24 schließen muß, über den dritten Kanal 33,
die zweite Ventileinheit 34 und den zweiten Kanal 32,
die jeweils größer sind,
rascher aus der Auslaßkammer 23 zugeführt werden.
Dadurch kann das Sitzventilelement 24 in einer kürzeren Zeitspanne
geschlossen werden, und die Lastbegrenzungsfunktion kann ein besseres Ansprechverhalten
entwickeln.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 eine
zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 zeigt eine
Steuerventilvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
als schematische Schnittansicht und den übrigen Teil als Diagramm des
Hydraulikkreislaufs. 5 ist ein Diagramm des Hydraulikkreislaufs,
das das gesamte hydraulische System (den Druckkreislauf) einschließlich der
Steuerventilvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt. In den 4 und 5 sind die
mit den in den 1 und 2 gezeigten übereinstimmenden
Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und abweichende
Komponenten sind durch ein an die in den 1 und 2 zur
Bezeichnung der entsprechenden Komponenten verwendeten Bezugszeichen
angehängtes
B bezeichnet. Die in den 4 und 5 gezeigte
zweite Ausführungsform unterscheidet
sich von der in den 1 und 2 gezeigten
ersten Ausführungsform
hinsichtlich der Positionen der Einlaßkammer 22B und der
Auslaßkammer 23B sowie
hinsichtlich der Form des ersten Kanals 28B. Die Funktionsweise
ist in dem Zustand, in dem das Vorsteuerventilelement 30 geöffnet ist, die
gleiche, wie die der ersten Ausführungsform
gemäß den 1 und 2.
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Bei
der ersten Ausführungsform
gemäß den 1 und 2 ist
der der Einlaßkammer 22 gegenüberliegend
Abschnitt des Sitzventilelements 24 in Radialrichtung auf
der äußeren Seite
des Ventilsitzes 26 angeordnet, und der der Auslaßkammer 23 gegenüberliegende
Abschnitt des Sitzventilelements 24 ist in Radialrichtung
auf der inneren Seite des Ventilsitzes 26 angeordnet. Dagegen
ist bei der zweiten Ausführungsform
gemäß den 4 und 5 der der
Einlaßkammer 22B gegenüberliegende
Abschnitt des Sitzventilelements 24B in Radialrichtung
auf der inneren Seite des Ventilsitzes 26 angeordnet, und
der der Auslaßkammer 23B gegenüberliegende
Abschnitt des Sitzventilelements 24B ist in Radialrichtung
auf der äußeren Seite
des Ventilsitzes 26 angeordnet.
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Bei
der ersten Ausführungsform
wird das Problem, daß das
Hydraulikfluid in der Richtung von der Steuerdruckkammer 25 zur
Einlaßkammer 22 austritt
und der Druck in der Steuerdruckkammer 25 von dem Zeitpunkt
unmittelbar nach dem Schließen des
Sitzventilelements 24 an im Laufe der Zeit absinkt, durch
Schließen
des Vor steuerventilelements 30 aus dem Zustand gelöst, in dem
das Vorsteuerventilelement 30 betätigt wird, um dem Stellglied 104 Hydraulikfluid
zuzuführen,
während
die Hauptströmungsmenge
eingestellt wird, wie vorstehend beschrieben. Da bei der zweiten
Ausführungsform
andererseits die kleine, kreisförmige Öffnung zwischen den
jeweiligen Gleitflächen 36 des
Gehäuses
und dem Sitzventilelement 24, durch die das Hydraulikfluid
bei der ersten Ausführungsform
austritt, mit der Auslaßkammer 23B und
der Steuerdruckkammer 25 verbunden ist, ist die Druckdifferenz über die
kleine, kreisförmige Öffnung gering,
und das durch das Austreten des Hydraulikfluids in der Richtung
von der Steuerdruckkammer 25 zur Auslaßkammer 23B verursachte
Absinken des Drucks in der Steuerdruckkammer 25 wird auf
einem Niveau beendet, das höher
als der Druck in der Auslaßkammer 23B ist.
Daher tritt kein Problem auf. Wenn der Druck in der Steuerdruckkammer 25 niedriger
als der Druck in der Auslaßkammer 23B ist,
wirkt dementsprechend das Austreten des Hydraulikfluids in der Richtung
von der Auslaßkammer 23B zur
Steuerdruckkammer 25 dergestalt, daß die Verringerung des Drucks
in der Steuerdruckkammer 25 unterdrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt
wird jedoch der Druck in der Steuerdruckkammer 25 aufgrund
des Austretens des Hydraulikfluids durch eine kreisförmige Öffnung im
Gleitabschnitt des Vorsteuerventilelements 30 verringert.
Daher strömt
das Hydraulikfluid in der Auslaßkammer 23B durch
den dritten Kanal 33 und anschließend über die zweite Ventileinheit 34 durch
den zweiten Kanal 32 zurück und wird der Steuerdruckkammer 25 zugeführt. Dadurch
kann das Sitzventilelement 24 in dem Zustand gehalten werden,
in dem das Ventil geschlossen ist, wodurch ein Rückfluß und damit eine unbeabsichtigte
Rückwärtsbewegung
des Stellglieds 104 verhindert werden können.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 6 eine dritte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie 2, ist 6 ein Diagramm des Hydraulikkreislaufs,
das das gesamte hydraulische System (den gesamten Druckkreislauf) gemäß der dritten
Ausführungsform
zeigt. Die in 6 gezeigte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 2 gezeigten
ersten Ausführungsform durch
den Aufbau des Hydraulikkreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100.
Die Funktionsweise der Steuerventilvorrichtung 100 stimmt
mit der in 2 dargestellten überein.
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Die
Einlaßkammer 22 ist
mit einer Öffnung des
Stellglieds 104 verbunden, und die Auslaßkammer 23 ist
mit der anderen Öffnung
des gleichen Stellglieds 104 verbunden. Da an der mit der
Einlaßkammer 22 verbundenen Öffnung Stellglieds 104 aufgrund
der Last W in einem stabilen Zustand ein Lastdruck erzeugt wird,
kann das Stellglied 104 durch Öffnen der Steuerventilvorrichtung 100 betätigt und durch
Schließen
der Steuerventilvorrichtung 100 den Absichten entsprechend
gehalten werden. Selbst wenn beispielsweise bei einer Veränderung
der Stellung der Last W eine in der Zugrichtung wirkende Kraft auf
das Stellglied 104 aufgebracht wird und die die Last haltende
Seite des Stellglieds 104 zu der Seite der mit der Auslaßkammer 23 verbundenen Öffnung umgekehrt
wird, wird ferner die Begrenzungsfunktion erfüllt, wodurch ein Rückfluß des Hydraulikfluids
verhindert wird, und das Stellglied 104 kann gehalten werden,
wie beabsichtigt. Die beiden Öffnungen
des Stellglieds 104 sind über ein (nicht gezeigtes) Ein-
und Ausschaltventil miteinander verbunden. Nach der Betätigung des
Stellglieds 104 zum Erreichen der niedrigsten Position
aufgrund der Last W kann das Stellglied 104 in die ur sprüngliche Position
zurückgeführt werden,
indem die Last W angehoben wird, während das Ein- und Ausschaltventil geöffnet ist.
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Eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Die vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation der zweiten Ausführungsform.
Wie 5, ist 7 ein Diagramm des Hydraulikkreislaufs,
das das gesamte hydraulische System (den gesamten Druckkreislauf) gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt. Die in 7 gezeigte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 5 gezeigten
Ausführungsform
durch den Aufbau des hydraulischen Kreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100B.
Die Funktionsweise der Steuerventilvorrichtung 100B entspricht
der in 5 gezeigten.
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Ebenso
entspricht der Aufbau des Druckkreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100B dem
in 6 gezeigten, und der Druckkreislauf wird auf die
gleiche Weise betätigt,
wie bei der in 6 gezeigten dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Genauer kann das Stellglied 104 durch Öffnen der
Steuerventilvorrichtung 100B betätigt und durch Schließen der
Steuerventilvorrichtung 100B den Absichten entsprechend
gehalten werden, da aufgrund der Last W in einem stabilen Zustand
an der mit der Einlaßkammer 22B verbundenen Öffnung des
Stellglieds 104 ein Lastdruck erzeugt wird. Selbst wenn
beispielsweise bei einer Veränderung
der Stellung der Last W eine in der Zugrichtung wirkende Kraft auf
das Stellglied 104 aufgebracht und die die Last haltende
Seite des Stellglieds 104 auf die Seite der mit der Auslaßkammer 23B verbundenen Öffnung verlagert
werden, wird ferner die Begrenzungsfunktion erfüllt, wodurch ein Rückfluß des Hydraulikfluids
verhindert wird und das Stellglied 104 gehalten werden
kann, wie beabsichtigt. Die beiden Öffnungen des Stellglieds 104 sind über ein
(nicht gezeigtes) Ein- und Ausschaltventil miteinander verbunden. Nach
der Betätigung
des Stellglieds 104, bis es aufgrund der Last W seine niedrigste
Stellung erreicht hat, kann das Stellglied 104 in seine
ursprüngliche Position
zurückgeführt werden,
indem die Last W angehoben wird, während das Ein- und Ausschaltventil geöffnet ist.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 8 eine fünfte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Wie 2,
ist 8 ein Diagramm des Hydraulikkreislaufs, das das
gesamte hydraulische System (den gesamten Druckkreislauf) gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt. Die in 8 gezeigte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich
von der in 2 gezeigten Ausführungsform durch
den Aufbau des Hydraulikkreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100.
Die Funktionsweise der Steuerventilvorrichtung 100 ist
die gleiche, wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2.
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Die
Einlaßkammer 22 ist
mit einer Öffnung des
Stellglieds 104 verbunden, und die Auslaßkammer 23 ist
mit der anderen Öffnung
des gleichen Stellglieds 104 verbunden. Zusätzlich zu
dem Kreislauf, der das Stellglied 104 mit der Steuerventilvorrichtung 100 verbindet,
ist ferner ein Kreislauf vorgesehen, der die Druckquelle 101 über beide Öffnungen
des Stellglieds 104 und ein Steuerventil 105 mit einem
Reservoir 106 verbindet. Der Druckkreislauf arbeitet, wie
folgt.
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Zunächst kann
das Stellglied 104, wie beim Betrieb der dritten und vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, durch Öffnen der Steuerventilvorrichtung 100 betätigt und
durch Schließen
der Steuerventilvorrichtung 100 den Absichten entsprechend
gehalten werden, da aufgrund der Last W im stabilen Zustand an der
mit der Einlaßkammer 22 verbundenen Öffnung des
Stellglieds 104 ein Lastdruck erzeugt wird. Selbst wenn
beispielsweise bei einer Veränderung
der Stellung der Last W eine in der Zugrichtung wirkende Kraft auf
das Stellglied 104 aufgebracht wird und die die Last haltende
Seite des Stellglieds 104 auf die Seite der mit der Auslaßkammer 23 verbundenen Öffnung verschoben
wird, wird ferner die Begrenzungsfunktion erfüllt, wodurch ein Rückfluß des Hydraulikfluids
verhindert wird und das Stellglied 104 den Absichten entsprechend
gehalten werden kann.
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Als
Nächstes
werden das Steuerventil 105 und die Steuerventilvorrichtung 100 gleichzeitig
betätigt,
wenn das Stellglied 104 durch Öffnen der Steuerventilvorrichtung 100 betätigt wird.
Genauer wird die Steuerventilvorrichtung 100 betätigt, um
eine Verbindung herzustellen, damit das Hydraulikfluid an der Öffnung des
Stellglieds 104 auf der die Last haltenden Seite zur anderen Öffnung des
Stellglieds 104 geleitet werden kann, wenn das Stellglied 104 in
der der Last W entgegengesetzten Richtung zusammengezogen wird.
Dementsprechend kann das Stellglied 104 durch die Wiederverwendung
der Druckenergie betätigt
werden, die dem Halten der Last dient. Bei einem Stellglied 104 mit
einem Zylinder mit einem Stab verursacht die alleinige Betätigung der
Steuerventilvorrichtung 100 jedoch das Phänomen, daß das Stellglied 104 in
einer Stellung angehalten wird, in der der vom Stellglied 104 erzeugte
Druck dem aufgrund der Last W auf das des Stellglieds 104 einwirkenden
Schub entspricht, da sich die Druckaufnahmeflächen und die Kapazitäten des
Zylinders für
das Hydraulikfluid an den beiden Öffnungen voneinander unterscheiden.
Zur Betätigung
des Stellglieds 104 über
diese Position hinaus wird daher das Steuerventil 105 zur
gleichen Zeit wie die Steuerventilvorrichtung 100 betätigt, wodurch
das Hydraulikfluid durch mindestens eine Öffnung des Stellglieds 104 zum Reservoir 106 zurückgeführt werden
kann.
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Wenn
das Stellglied 104 durch Öffnen der Steuerventilvorrichtung 100 betätigt wird,
kann das Stellglied 104 zudem durch derartiges gleichzeitiges Betätigen des
Steuerventils 105 und der Steuerventilvorrichtung 100,
daß das
Hydraulikfluid über
die mit der Einlaßkammer 22 verbundenen Öffnung des Stellglieds 104 auf
der die Last haltenden Seite zum Reservoir 106 zurückgeführt wird
und das Hydraulikfluid von der Druckquelle 101 der anderen,
mit der Auslaßkammer 23 verbundenen Öffnung des
Stellglieds 104 zugeführt
wird, mit einer höheren
Geschwindigkeit betätigt
werden.
-
Wird
das Stellglied 104 andererseits in der Richtung zur Last
W ausgefahren, wird das Steuerventil 105 so betätigt, daß das Hydraulikfluid,
das so gesteuert wird, daß es
einen höheren
Druck als den Lasthaltedruck aufweist, von der Druckquelle 101 einer Öffnung des
Stellglieds 104 zugeführt
wird und daß das
Hydraulikfluid über
die andere Öffnung
des Stellglieds 104 zum Reservoir 106 zurückgeführt wird.
Dadurch kann der Vorgang des Ausfahrens des Stellglieds 104 realisiert
werden.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 9 eine sechste
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation der zweiten Ausführungsform.
Wie 5, ist 9 ein Diagramm des Hydraulikkreislaufs,
das das gesamte hydraulische System (den gesamten Druckkreislauf)
gemäß der sechsten
Ausführungsform
zeigt. Die in 9 gezeigte sechste Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 5 gezeigten
zweiten Ausführungsform
durch den Aufbau des Hydraulikkreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100B.
Die Funktionsweise der Steuerventilvorrichtung 100B stimmt
mit der der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform überein.
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Ferner
stimmt der Aufbau des Hydraulikkreislaufs mit Ausnahme der Steuerventilvorrichtung 100B mit
dem in 8 gezeigten überein,
und der Druckkreislauf wird auf die gleiche Weise wie gemäß der in 8 gezeigten
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betätigt.
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Wie
in den 8 und 9 gezeigt, ist der Kreislauf,
der die Druckquelle 101 und das Reservoir 106 mit
dem Stellglied 104 verbindet, bei der fünften und sechsten Ausführungsform
direkt mit den beiden Öffnungen
des Stellglieds 104 verbunden, doch die vorliegende Erfindung
ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Der Kreislauf, der die
Druckquelle 101 und das Reservoir 106 mit dem
Stellglied 104 verbindet, kann mit dem Kreislauf verbunden
sein, der die Steuerventilvorrichtung 100 oder 100B mit
dem Stellglied 104 verbindet, wodurch ein verbundener und
verzweigter Kreislauf gebildet wird.
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Ebenso
wird bei der ersten bis sechsten Ausführungsform das Vorsteuerventilelement 30,
wie in den 1 bis 5 gezeigt,
angetrieben, indem der Steuerdruck in die Steuerdrucköffnung 37 geleitet wird,
doch die vorstehende Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Das
Vorsteuerventilelement 30 kann beispielsweise angetrieben
werden, indem durch einen manuellen Hebel direkt Druck auf es ausgeübt wird.
Alternativ kann das Vorsteuerventilelement 30 angetrieben
werden, indem durch Erregen eines Elektromagneten direkt Druck auf
es ausgeübt wird
oder indem es durch ein elektrisches Signal ferngesteuert wird,
etc., da die durch das Vorsteuerventilelement 30 strömende Steuerströmungsmenge
ein Teil der durch die Steuerventilvorrichtung 100, 100A bzw. 100B strömenden Gesamtströmungsmenge und
so gering ist, daß das
Vorsteuerventilele ment 30 klein gehalten und durch eine
geringe Kraft gesteuert werden kann.
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Ferner
repräsentieren
die erste bis sechste Ausführungsform
einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches
System angewendet wird, bei dem das Hydraulikfluid als unter Druck
stehendes Medium in einem Druckkreislauf verwendet wird. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf einen derartigen Fall beschränkt und ähnlich auf
jeden Druckkreislauf anwendbar, bei dem andere Typen von unter Druck
stehenden Medien, wie Wasserdruck oder pneumatischer Druck, verwendet
werden.
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Zudem
ist der Begriff „Druckquelle 101" bei der ersten bis
sechsten Ausführungsform
ein Gattungsbegriff, der eine Pumpe, einen Akkumulator, eine interne
Lastdruckquelle, einen einer Last ausgesetzten Zylinder, etc. repräsentiert
und nicht auf einen von verschiedenen Typen einschließlich eines konstanten
Drucks, eines verstellbaren Drucks, eines festen Verdrängungsvolumens
und eines verstellbaren Verdrängungsvolumens
beschränkt
ist.