DE102005022275A1

DE102005022275A1 - Hydraulische Steueranordnung

Info

Publication number: DE102005022275A1
Application number: DE102005022275A
Authority: DE
Inventors: Alfred Breunig; Karl Krug-Kussius; Jörn PETERSEN
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-02-16
Also published as: ATE523697T1; EP1781952B1; US20070245889A1; EP1781952A1; WO2006010419A1

Abstract

Offenbart sind eine hydraulische Steueranordnung und ein dafür vorgesehenes vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil. Die hydraulische Steueranordnung hat einen Differentialzylinder mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum und einem bodenseitigen Druckraum, die über eine Steuerventilanordnung zum Betätigen des Differentialzylinders mit einer Pumpe oder einem Tank verbindbar sind. Der Druck in einem Druckraum wird über ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil begrenzt, das mit einer Druckumschaltstufe ausgeführt ist, über die der am Druckbegrenzungsventil eingestellte Druck in Abhängigkeit vom Druck im anderen Druckraum der Druckräume absenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung mit einem Differentialzylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein für eine derartige Steueranordnung geeignetes vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil.
Derartige Steueranordnungen werden insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten eingesetzt, um beispielsweise eine Schaufel eines Radladers zu verschwenken. Dabei wird durch Ausfahren einer Kolbenstange eines Differentialzylinders der Steueranordnung die Schaufel nach unten verschwenkt, um beispielsweise darin aufgenommenes Material auszuleeren. Zum Aufnehmen des Materials wird die Kolbenstange des Differentialzylinders eingefahren, so dass die Schaufel nach oben, d. h., weg vom Boden verschwenkt. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der US 4,194,436 beschrieben. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Differentialzylinders über ein Steuerventil, dem ein Boost-Ventil nachgeschaltet ist. Zum Einfahren des Differentialzylinders (Zurückverschwenken der Schaufel) werden das Steuerventil und das Boost-Ventil in eine Position gebracht, in der eine Pumpe der Steueranordnung mit einem kolbenstangenseitigen Ringraum und ein bodenseitiger Zylinderraum mit einem Tank verbunden sind. Zum Ausfahren werden das Steuerventil und das Boost-Ventil so verstellt, dass der Zylinderraum mit der Pumpe verbunden ist und der kolbenstangenseitige Ringraum ebenfalls mit dem Zylinderraum in Verbindung steht, so dass das aus diesem verdrängte Druckmittel zusätzlich in den Zylinderraum geführt wird und so die Ausfahrbewegung des Differential zylinders schneller ist als bei Steueranordnungen ohne Differentialschaltung.

In der US 3,160,076 ist eine ähnliche Steueranordnung zur Betätigung der Schaufel und des Auslegers eines Radladers, Bulldozers oder dergleichen offenbart. Dabei ist die Steueranordnung mit einem Druckbegrenzungsventil ausgeführt, über das der Lastdruck an den beiden Hydrozylindern begrenzt ist. Das Druckbegrenzungsventil ist mit einer Druckumschaltstufe ausgeführt, die es ermöglicht, bei Betätigung der Schaufel alleine den Lastdruck auf einen höheren Druck zu begrenzen, als es bei Betätigung des Auslegers oder Betätigung beider Hydrozylinder der Fall ist.

Bei derartigen Steueranordnungen kann es bei bestimmten Betriebsbedingungen durch Einwirkung äußerer Kräfte zu einer Überlastung und zu einem Knicken der Kolbenstange kommen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Boden abgezogen werden soll und dabei die Schaufel nach unten verschwenkt und auf den Boden aufgelegt wird und der Radlader dann in Rückwärtsfahrt den Boden abzieht. Läuft die Schaufel während dieses Abziehens auf ein Hindernis, beispielsweise einen Felsblock auf, so wird die die Schaufel in der Abziehstellung haltende Kolbenstange des Differentialzylinders auf Druck beansprucht und kann abknicken.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung und ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, durch die eine Beschädigung eines Differentialzylinders der Steueranordnung verhinderbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der hydraulischen Steueranordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Druckbegrenzungsventils durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 oder 15 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die hydraulische Steueranordnung mit einem Differentialzylinder ausgeführt. Dessen Druckräume können über eine Steuerventilanordnung mit einer Pumpe bzw. einem Tank verbunden werden, so dass eine Kolbenstange des Differentialzylinders aus- oder einfährt. Der Druck in dem in Abstützrichtung wirksamen Druckraum wird bei der erfindungsgemäßen Lösung über ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil begrenzt. Dessen Vorsteuerstufe ist mit einer Druckumschaltstufe ausgeführt, über die bei niedrigem Druck im anderen Druckraum der am Druckbegrenzungsventil eingestellte Druck soweit abgesenkt ist, dass eine Überlastung der Kolbenstange zuverlässig verhindert ist. Dabei ist eine Steuerfläche der Vorsteuerstufe mit dem Druck im anderen Druckraum beaufschlagt, so dass der Grenzdruck, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet, in Abhängigkeit von diesem Druck veränderbar ist. Eine derartige Lösung zeichnet sich durch einen äußerst einfachen kompakten Aufbau mit erhöhter Betriebssicherheit aus.

Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn der Differentialzylinder über die Steuerventilanordnung in Differentialschaltung ansteuerbar ist, bei der beim Ausfahren der Kolbenstange der Ringraum mit dem Zylinderraum verbunden ist.

Die Druckumschaltstufe hat vorzugsweise einen eine Steuerfeder der Vorsteuerstufe des Druckbegrenzungsventils beaufschlagenden Spannkolben, der in Richtung Erhöhung der Federvorspannung vom Druck im kolbenstangenseitigen Ringraum und in Richtung Erniedrigung der Federvorspannung vom Druck im anderen, in Abstützrichtung wirksamen Druckraum (Zylinderraum) beaufschlagt ist, wobei die in dieser Richtung wirksame Steuerfläche des Spannkolbens kleiner als die in Richtung Erhöhung der Federvorspannung wirksame Steuerfläche ist.

Der Grundaufbau eines bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung eingesetzten Druckbegrenzungsventils ist per se aus der DE 100 62 428 A1 der Anmelderin bekannt.

Unterschiedlich zu dieser Lösung ist bei einer bevorzugten Ausführungsform, dass der Spannkolben der Druckumschaltstufe in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung einer einen Vorsteuerventilkegel beaufschlagenden Steuerfeder von einem Steuerdruck beaufschlagt ist, der dem Druck im anderen Druckraum entspricht, der bei Einwirkung einer äußeren Kraft absinkt, wenn er nicht schon Tankdruck ist. Eine in Richtung einer Verringerung der Steuerfedervorspannung wirksame kleinere Steuerfläche wird von dem Druck in dem in Abstützrichtung wirksamen Druckraum beaufschlagt. Bei der bekannten Lösung dagegen wird der Spannkolben der Druckumschaltstufe in Richtung Vergrößerung der Vorspannung vom Druck am Eingang des Druckbegrenzungsventils beaufschlagt, der dem Druck in dem in Abstützrichtung wirksamen Druckraum entspricht. In Richtung Entlastung der Steuerfeder ist der Spannkolben bei der bekannten Lösung durch einen externen Steuerdruck beaufschlagt – dieses bekannte vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil ließe sich ohne Veränderungen nicht bei der erfindungsgemäßen Lösung einsetzen.

Bei einer Variante des Ausführungsbeispiels mit Spannkolben wird auf die kleinere Steuerfläche verzichtet.

Bei den meisten Anwendungen wird das eingangs beschriebene Problem einer Überlastung der Kolbenstange auftreten, wenn diese nahezu vollständig ausgefahren ist, d. h., in diesem Fall ist der in Abstützrichtung wirksame Druckraum der bodenseitige Zylinderraum während der andere Druckraum, in dem sich bei Einwirken einer äußeren Last der Druck erniedrigt, der kolbenstangenseitige Ringraum ist.

Das Flächenverhältnis zwischen der Steuerfläche des Spannkolbens und der Vorsteuerventilsitzfläche ist bei einem Ausführungsbeispiel < 1,5.

Die Steueranordnung lässt sich besonders kompakt ausführen, wenn ein Vorsteuerkolben des Druckbegrenzungsventils mit einem Längskanal versehen ist, über den Steueröl von einem Federraum einer Hauptstufe des Druckbegrenzungsventils zur kleineren Steuerfläche geführt ist.

Bei einer derartigen Variante wird der Vorsteuerkolben vorzugsweise mit einem Vorsprung ausgeführt, der dichtend in eine Ausnehmung des Spannkolbens eintaucht. Die Stirnfläche dieser Ausnehmung bildet dann die kleinere Steuerfläche aus, wobei die wirksame Größe dieser Fläche gleich der Querschnittsfläche des Vorsprungs ist.

Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel sind die zwei Steuerflächen an einem Vorsteuerkolben ausgebildet, wobei eine kleinere Steuerfläche vom Druck im anderen Druckraum (beispielsweise Kolbenstangenseite) und die größere Steuerfläche vom Druck im anderen Druckraum des Verbrauchers (beispielsweise Zylinderraum) beaufschlagt ist – auf den Spannkolben kann dann verzichtet werden.

Für Wartungszwecke oder dergleichen ist das Druckbegrenzungsventil mit einer Notöffnung ausgeführt, über die der Eingangsanschluss direkt mit dem Tankanschluss verbindbar ist.

Die bei der Steueranordnung verwendete Steuerventilanordnung hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine durch ein stetig verstellbares Wegeventil ausgebildete Zumessblende, der eine LUDV-Druckwaage nachgeschaltet ist. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Druckmittelversorgung über eine Pumpe erfolgt, deren Fördermenge in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck des gesamten Systems einstellbar ist – die Steueranordnung stellt dann ein LUDV-System dar.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung;
2 einen Längsschnitt durch ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit Spannkolben der Steueranordnung aus 1;
3 ein Schaltsymbol des Druckbegrenzungsventils aus 2;
4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Druckbegrenzungsventil mit Spannkolben;
5 ein Schaltsymbol dieses Druckbegrenzungsventils;
6 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Druckbegrenzungsventils ohne Spannkolben;
7 ein Schaltsymbol dieses Ausführungsbeispiels und
8 Kennlinien der in den 2, 4 und 6 dargestellten Druckbegrenzungsventile.
In 1 ist ein Schaltbild eines Wegeventilelements 1 eines Mobilsteuerblocks enthalten, über den mehrere Verbraucher eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Radladers ansteuerbar sind. Das in 1 dargestellte Wegeventilelement 1 des Mobilsteuerblockes dient zur Ansteuerung eines Betätigungszylinders 2, über den eine an einem Ausleger gelagerte Schaufel verschwenkbar ist.
Das in Scheibenbauweise ausgeführte Wegeventilelement 1 hat einen Druckanschluss P, einen Tankanschluss T, zwei Arbeitsanschlüsse A1, B1, sowie zwei Steueranschlüsse a1, b1, einen weiteren Steueranschluss x und einen LS-Anschluss LS. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerblock als LUDV-System ausgeführt, über das eine lastdruckunabhängige Durchflussverteilung ermöglicht ist. Bei derartigen LUDV-Systemen wird eine Pumpe mit veränderlichem Fördervolumen, beispielsweise eine Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der Verbraucher angesteuert.
Das LUDV-Wegeventilelement 1 hat ein stetig verstellbares Wegeventil 4, dessen Ventilschieber über die beiden Steueranschlüsse a1, b1 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und so aus einer federvorgespannten mittleren Sperrposition in eine Vielzahl von mit (a) oder (b) gekennzeichneten Steuerpositionen verschiebbar ist. Das Wegeventil 4 hat zumindest einen Druckanschluss P, einen Tankanschluss T, zwei Arbeitsanschlüsse A, B sowie zwei weitere Anschlüsse D und D'. Das Wegeventil 4 bildet einen Richtungsteil, der durch die beiden sich kreuzenden bzw. verzweigenden Pfeile angedeutet ist und einen Geschwindigkeitsteil aus, der durch eine veränderliche Zumessblende 5 gebildet ist, die zwischen den Anschlüssen D und D' liegt.
Die beiden Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 4 sind über Arbeitsleitungen, im folgenden Vorlaufleitung 6 und Rücklaufleitung 8 genannt mit dem Arbeitsanschluss A1 bzw. mit dem Arbeitsanschluss B1 verbunden. Zwischen den Arbeitsanschluss B des Wegeventils 4 und den Arbeitsanschluss B1 ist in der Rücklaufleitung 8 ein sogenanntes Low-Leak-Ventil 10 angeordnet, das im Prinzip aus einem Logikventil 12 und einem Vorsteuerschaltventil 14 besteht. Das Logikventil hat einen abgestuften Ventilkörper, der von einer in einem Federraum untergebrachten Feder in Schließrichtung belastet ist. Der Federraum ist über eine Drossel mit dem Arbeitsanschluss B1 des Wegeventilelements verbunden. Das Vorsteuerventil 14 ist in eine Sperrstellung vorgespannt und kann mittels eines Betätigungskolbens 16 aus dieser Sperrstellung in eine Durchgangsstellung umgeschaltet werden, in der der Federraum des Logikventils 12 über einen Tanksteuerkanal 17 mit einem mit dem Tankanschluss T verbundenen Tankkanal 18 verbunden ist, so dass der Federraum des Logikventils 12 druckentlastet ist. Der abgestufte Ventilkörper des Logikventils 12 kann also bei einer Druckmittelströmung in der Rücklaufleitung 8 hin zum Betätigungszylinder 2 schon aufgrund einer Rückschlagfunktion und bei einer Abströmung von Druckmittel vom Betätigungszylinder 2 zum Anschluss B des Wegeventils bei Entlastung des Federraums von seinem Ventilsitz abgehoben werden. Der Betätigungskolben 16 wird über einen Steuerzweigkanal 20 mit dem Druck am Steueranschluss a1 beaufschlagt, wobei wegen einer großen Fläche des Betätigungskolbens 16 eine vergleichsweise große Kraft auf das Vorsteuerschaltventil 14 aufgebracht wird. Da der Aufbau eines derartigen Low-Leak-Ventils 10 bekannt ist, sind weitere diesbezügliche Ausführungen entbehrlich.
Die beiden Arbeitsanschlüsse A1, B1 des Wegeventilelements 1 sind über Arbeitsleitungen 24, 26 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 28 bzw. einem kolbenstangenseitigen Ringraum 30 des als Differentialzylinder ausgeführten Betätigungszylinders 2 verbunden.
Das Wegeventilelement 1 ist des weiteren von einem an den Druckanschluss P angeschlossenen Pumpenkanal 32 durchsetzt. von diesem zweigt ein Zulaufkanal 34 ab, der zum Anschluss D des Wegeventils 4 führt. Der Anschluss D' des Wegeventils ist über einen Verbindungskanal 36 mit einem Eingangsanschluss P einer LUDV-Druckwaage 38 verbunden, deren Druckwaagenkolben in Öffnungsrichtung von dem Druck in dem Verbindungskanal 36 und in Schließrichtung von der Kraft einer Feder sowie dem höchsten Lastdruck der betätigten Verbraucher beaufschlagt ist, der über einen an dem LS-Anschluss LS angeschlossenen LS-Kanal 40 abgegriffen wird.
Die Druckwaage ist somit in Öffnungsrichtung von dem Druck stromabwärts der Zumessblende 5 beaufschlagt. Ein Ausgangsanschluss A der Druckwaage 38 ist über einen Druckwaagenkanal 42 und ein Rückschlagventil 44 mit dem Eingangsanschluss P des wegeventils 4 verbunden. Der Tankanschluss T ist mittels eines Ablaufkanals 46 an den Tankkanal 18 angeschlossen.
Der Druck in der mit dem Ringraum 30 verbundenen Rücklaufleitung 8 ist über ein Sekundärdruckbegrenzungsventil 48 begrenzt, das in einem Entlastungskanal 50 angeordnet ist, der im Bereich des Druckmittelströmungspfades zwischen dem Logikventil 12 und dem zugeordneten Arbeitsanschluss B1 von der Rücklaufleitung 8 abzweigt und der mit dem Tankkanal 18 verbunden ist. Die Druckabsicherung der mit dem Zylinderraum 28 verbundenen Vorlaufleitung 6 erfolgt über ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 52, das in einem ebenfalls mit dem Tankkanal 18 verbundenen Kanal 54 angeordnet ist, der im Be reich zwischen dem Wegeventil 4 und dem Arbeitsanschluss A1 von der Vorlaufleitung 6 abzweigt.
Das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52 und das Druckbegrenzungsventil 48 sind jeweils mit einer Nachsaugfunktion ausgeführt, so dass zur Vermeidung von Kavitation bei einer ziehenden Last Druckmittel aus dem Tankkanal 18 nachgesaugt werden kann.
Das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52 besteht, wie im folgenden noch näher anhand der 2 und 3 erläutert wird, aus einer Hauptstufe, einer Vorsteuerstufe sowie einer Druckumschaltstufe 56. Letztere ermöglicht es, den am vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil 52 eingestellten Druck zu verändern. Diese schematisch in 1 dargestellte Druckumschaltstufe 56 hat einen Spannkolben 58, an dem eine Steuerfeder 60 der Vorsteuerstufe abgestützt ist. Eine größere Steuerfläche des Spannkolbens 58 wird mit dem Druck in einem Vorsteuerkanal 62 beaufschlagt, der zum Steueranschluss X des Wegeventilelements 1 führt, der wiederum über eine Leitung 64 mit der zum Ringraum 30 führenden Arbeitsleitung 26 verbunden ist. Auf eine vergleichsweise kleine Steuerfläche des Spannkolbens 58 wirkt der Druck in der Vorlaufleitung 6, der über den Kanal 54 sowie über einen Abgreifkanal 66 abgegriffen wird.
Zum Ausfahren einer Kolbenstange 68 wird das Wegeventil 4 in eine seiner mit (a) gekennzeichneten Positionen gebracht, indem der Steueranschluss a1 mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird. Dieser Steuerdruck kann beispielsweise über Druckreduzierventile eingestellt werden, die den Druck in einem Steuerkreis auf einen geeigneten Steuerdruck reduzieren.
Das Druckmittel strömt dann von der Verstellpumpe über eine nicht dargestellte Pumpenleitung zum Druckanschluss P und von dort über den Pumpenkanal 32, den Zulaufkanal 34 zum Anschluss D des Wegeventils, von dort über die entsprechend dem Steuerdruck eingestellte Zumessblende 5 zum Anschluss D' des Wegeventils 4 und über den Verbindungskanal 36 zum Anschluss P der LUDV-Druckwaage 38. Diese stromabwärts der Zumessblende 5 angeordnete LUDV-Druckwaage 38 drosselt den Druckmittelvolumenstrom so stark an, dass der Druck nach allen Zumessblenden des Systems gleich ist und dabei vorzugsweise dem höchsten Lastdruck entspricht oder leicht über diesem liegt. D. h., bei einer Unterversorgung mehrerer Verbraucher ändert sich an dem Druck stromabwärts der Zumessblenden nichts. Vor allen Zumessblenden des Systems steht in gleicher weise der Pumpendruck an, so dass sich an allen Zumessblenden die Druckdifferenz in gleicher Weise ändert, wenn bei einer Unterversorgung der Pumpendruck kleiner wird – die Stromaufteilung zwischen den Zumessblenden bleibt erhalten (lastdruckunabhängige Durchflussverteilung).
Der derart angedrosselte Druckmittelvolumenstrom strömt dann über den Druckwaagenkanal 42, den Eingangsanschluss P und den Arbeitsanschluss A des Wegeventils 4 sowie die Vorlaufleitung 6 und die Arbeitsleitung 24 zum Zylinderraum 28. Die Kolbenstange 68 fährt aus, wobei das aus dem Ringraum 30 verdrängte Druckmittel über die Arbeitsleitung 26 und den Arbeitsanschluss B1 abströmt. Durch den Steuerdruck am Steueranschluss a1 wird das Vorsteuerschaltventil 14 aus seiner federvorgespannten Sperrposition in seine Durchgangsstellung gebracht, so dass der Federraum des Logikventils 12 entlastet und dieses durch den Druck in der Ablaufleitung 8 geöffnet wird, so dass das Druckmittel weiter zum Arbeitsanschluss B des Wegeventils 4 strömt und dort zu dem von der Pumpe geförderten Druckmittelvolumenstrom summiert wird. Der Tankanschluss T ist in den Positionen (a) abgesperrt. Das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52 verbleibt dabei auf einen vergleichsweise hohen Druck eingestellt, der beispielsweise 380 bar betragen soll. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, wird dieser höhere Druck dadurch eingestellt, dass auf die größere Steuerfläche des Spannkolbens 58 der Druck im Ringraum 30 wirkt, der bei der Differentialschaltung zumindest so groß ist wie der Druck im Zylinderraum 28, der die kleinere Steuerfläche des Spannkolbens 58 beaufschlagt.
Zum Einfahren der Kolbenstange 68 wird das Wegeventil 4 durch Anlegen eines Steuerdrucks an den Steueranschluss b1 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten Positionen verschoben, wobei dann der Zylinderraum 28 mit dem Tankkanal 18 und der Ringraum 30 mit dem Pumpenkanal 32 verbunden ist, so dass Druckmittel in den Ringraum 30 gefördert wird und das aus dem Zylinderraum 28 verdrängte Druckmittel zum Tank T zurückströmt.
Es sei nun angenommen, dass das eingangs beschriebene Abziehen eines Bodens erfolgen soll. Wie gesagt, wird dazu die Kolbenstange 68 ausgefahren (Wegeventil in Position (a)) und somit die Schaufel vollständig verschwenkt und anschließend das Wegeventil wieder in seine federvorgespannte Mittelposition zurückgestellt. Die Schaufel liegt dann am Boden auf und der Radlader fährt in Rückwärtsfahrt, um den Boden abzuziehen. Bei dem Auftreffen der Schaufel auf ein Hindernis wird die Kolbenstange 68 in Richtung Einfahren auf Druck beaufschlagt, wodurch der Druck im Ringraum 30 und entsprechend der Druck im Steuerkanal 62 absinkt. Durch dieses Absinken des Drucks im Ringraum 30 wird der Spannkolben 58 unter der Wirkung der Steuerfeder 60 und des die kleinere Steuerfläche beaufschlagenden Drucks im Zylin derraum 28 in Richtung Entlastung der Steuerfeder 60 bewegt. Der Spannkolben 58 wird nach hinten gegen einen Anschlag bewegt und die Steuerfeder 60 entlastet, so dass das Druckbegrenzungsventil auf einen wesentlich geringeren Druck von beispielsweise 100 bar eingestellt ist. Bei Überschreiten dieses Druckes im Zylinderraum 28 öffnet das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52, so dass eine Beschädigung der Kolbenstange 68 durch übermäßige Druckbelastung verhindert ist.
Das verwendete vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52 wird im folgenden anhand der 2 und 3 erläutert.
2 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils 52. Wie bereits erwähnt, hat dieses eine Hauptstufe 70, eine Vorsteuerstufe 72 sowie die Druckumschaltstufe 56. Der prinzipielle Aufbau der Hauptstufe 70 und der Vorsteuerstufe 72 ist im Wesentlichen aus der DE 100 62 427 A1 bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauelemente beschrieben werden und im Übrigen auf diese vorveröffentlichte Druckschrift verwiesen wird. Das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 52 ist in Patronenbauweise ausgeführt und hat ein Gehäuse 74, an dem ein stirnseitiger Druckanschluss P und ein radialer, beispielsweise durch einen Bohrungsstern gebildeter Tankanschluss T ausgebildet ist. Im Gehäuse 74 ist ein mit Schiebesitz ausgeführter Ventilschieber 76 in einer Ventilbohrung 78 geführt, der über eine schwache Druckfeder 80 gegen eine Sitzkante 82 vorgespannt ist. In der dargestellten Schließposition ist die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss P und Tankanschluss T abgesperrt. Der Ventilschieber 76 ist hohl ausgeführt, wobei in einer axial vorspringenden Stirnfläche eine Düsenbohrung 84 ausgebildet ist, die sich nach innen hin zu einem Feder raum 110 für die Druckfeder 80 erweitert. An der in 2 rechts angeordneten Rückseite des Ventilschiebers 76 ist ein Radialbund 86 ausgebildet. Dieser bildet einen Anschlag für einen Nachsaugring 88 der in einem Ringraum zwischen einem radial erweiterten Bereich der Ventilbohrung 78 und dem Außenumfang des Ventilschiebers 76 dichtend geführt ist. Die in 2 linke Stirnfläche des Nachsaugrings 88, ist über einen Drosselspalt 90 mit dem Druck am Tankanschluss T beaufschlagt.
In dem radial erweiterten Bereich der Ventilbohrung 78 ist eine Dichtkante 92 ausgebildet, an der ein in einem nochmals erweiterten Bereich der Ventilbohrung 78 eingesetzter Sitzkörper 94 anliegt. Dieser ist mittels eines in das Gehäuse 70 eingeschraubten Übersetzergehäuses 96 gegen die Dichtkante 92 vorgespannt. Am Sitzkörper 94 ist ein Vorsteuerventilsitz 98 ausgebildet, gegen den durch die Steuerfeder 60 ein Vorsteuerventilkegel 100 vorgespannt ist. Zur Axialführung hat der Vorsteuerventilkegel 100 einen Bund 102, dessen Aussenumfang in einer mit zwei Längsnuten versehenen Führungsbohrung 104 des Sitzkörpers 94 geführt ist. An der in 2 linken Stirnfläche des Sitzkörpers 94 ist ein Axialvorsprung ausgebildet, in dem eine nach links hin verschlossene Sacklochbohrung 106 vorgesehen ist, die sich zum Vorsteuerventilsitz 98 erweitert und die über Radialbohrungen 108 mit dem Federraum 110 für die Druckfeder 80 verbunden ist. Der in 2 rechts vom Sitz 92 ausgebildete Raum 93 ist über einen Schrägkanal 95 mit dem Tankanschluss T verbunden. Dieser Raum 93 ist des Weiteren auch über Verbindungsbohrungen 97 mit dem vom Sitzkörper 94 umgriffenen Raum verbunden. Über die Längsnuten in der Führungsbohrung 104 des Sitzkörpers 94 ist auch der die Steuerfeder 60 aufnehmende Raum mit dem Tank verbunden.
Vom Bund 102 des Vorsteuerventilkegels 100 nach rechts erstreckt sich ein Vorsprung 111, dessen Endabschnitt in eine Ausnehmung 112 des Spannkolbens 58 eintaucht, der axial verschiebbar in einer Durchgangsbohrung 114 des Druckübersetzergehäuses 96 geführt ist. Diese Durchgangsbohrung 114 verläuft koaxial zur Ventilbohrung 78. Der Vorsteuerventilkegel 100 und dessen Vorsprung 111 sind von einem Längskanal 116 durchsetzt, der in dem von der Ausnehmung 112 und dem Vorsprung 111 begrenzten Steuerraum 118 mündet. D. h., über den Längskanal 116 und die Radialbohrungen 108 wird der im Federraum 110 anliegende Druck abgegriffen und wirkt auf eine vergleichsweise kleine Steuerfläche 120, die durch die Stirnfläche der Ausnehmung 112 gebildet ist.
Die Steuerfeder 60 ist an der in 2 linken Stirnfläche des Spannkolbens 58 abgestützt, so dass dieser in seiner dargestellten Grundposition an einer in die Durchgangsbohrung 114 eingeschraubten Anschlagschraube 122 anliegt. Die Durchgangsbohrung 114 mündet an der rechten Stirnfläche des Druckübersetzergehäuses und bildet einen Anschluss X1 des vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil 52 aus, an den der in 1 dargestellte Steuerkanal 62 angeschlossen ist. Die Anschlagschraube 122 ist ringförmig ausgebildet, so dass der Druck am Steueranschluss X1 auch auf die Rückseite des Spannkolbens 58 wirkt, die eine im Vergleich zur Steuerfläche 120 wesentlich größere Steuerfläche 124 bildet.
In Abstand links vom Spannkolben 58 ist an der Durchgangsbohrung 114 eine als Anschlag 126 wirkende Radialschulter ausgebildet, die den Axialweg des Druckspannkolbens 58 nach links (2) begrenzt.
Das Schaltsymbol des in 2 dargestellten Druckbegrenzungsventils 52 ist in 3 stark schematisiert dargestellt. Gezeigt sind die Hauptstufe 70, die Vorsteuerstufe 72 sowie die Druckumschaltstufe 56 mit dem Spannkolben 58 und dem Übersetzergehäuse 96. Die größere Steuerfläche 124 des Spannkolbens 58 ist mit dem Druck im Steuerkanal 62 und die kleinere Steuerfläche 120 mit Druck am Eingangsanschluss P beaufschlagt, der über den Längskanal 116 sowie den Federraum 110 und die Düsenbohrung 84 abgegriffen wird (siehe 2). In 3 ist lediglich das Bezugszeichen für den Längskanal 116 dargestellt.
Der Spannkolben 58 wirkt auf die Steuerfeder 60, die den Ventilschieber 76 der Hauptstufe 72 in Schließrichtung beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wirkt auf den Ventilschieber 76 der Druck am Eingangsanschluss P, der auch im Kanal 54 und in der Vorlaufleitung 6 anliegt.
Für Wartungszwecke kann der Druckanschluss P des Druckbegrenzungsventils 52 per Hand mit dem Tankanschluss T verbunden werden. Dies ist in 3 mit dem von Hand betätigbaren Schaltventil 128 angedeutet. Beim Umschalten dieses Schaltventils 128 in seine Durchgangsstellung wird der Eingangsanschluss P des Druckbegrenzungsventils 52 zum Tankkanal 18 hin entlastet. Bei dem in 2 dargestellten konkreten Ausführungsbeispiel wird diese Notöffnung durch das Zusammenwirken des Sitzkörpers 94 mit der Dichtkante 92 gebildet.
Bei vollständig eingeschraubtem Übersetzergehäuse 96 sitzt der Sitzkörper 94 fest auf der Dichtkante 92 auf – dies entspricht der geschlossenen Position des Schaltventils 128 (siehe 3). Für die Notöffnung wird das von Hand erreichbare Übersetzergehäuse 96 etwas aus dem Gehäuse 74 herausgeschraubt, so dass der Sitzkörper 94 von der Dichtkante 92 abhebt und der Federraum 110, in dem üblicherweise der Druck am Eingangsanschluss P an liegt über den Schrägkanal 95 mit dem Tankanschluss T oder genauer gesagt dem Tankkanal 18 verbunden wird – der Ventilschieber 76 kann dann durch den Druck am Eingangsanschluss P gegen die Kraft der vergleichsweise schwachen Druckfeder 80 nach rechts verschoben werden, so dass die Verbindung zum Tankanschluss T geöffnet wird.
In dem Fall, in dem, beispielsweise bei einer ziehenden Last – von der Pumpe nicht genug Druckmittel zum Zylinderraum 28 gefördert werden kann und somit der entsprechende Lastdruck unterhalb den Tankdruck absinkt, wird der Nachsaugring 88 durch den höheren Tankdruck nach rechts verschoben und läuft auf den Radialbund 86 auf, so dass der Ventilschieber 76 mitgenommen und die Verbindung vom Tankanschluss T zum Eingangsanschluss P geöffnet wird, so dass Druckmittel aus dem Tank nachgesaugt werden kann.
Wie bereits anhand von 1 erläutert wirkt im normalen Betrieb, beispielsweise beim Verschwenken oder Kippen der Schaufel, d. h., beim Ausfahren der Kolbenstange 68 am Steueranschluss X1 des Druckbegrenzungsventils 52 der Druck in dem Ringraum 30, der bei der Differentialschaltung (Steuerpositionen (a) des Wegeventils 4) zumindest so hoch wie der Druck im Zylinderraum 28 ist. D. h., der auf die größere Steuerfläche 124 wirkende Druck ist zumindest gleich dem auf die kleinere Steuerfläche 120 wirkende Druck, der dem Druck im Zylinderraum 28 entspricht. Die in die eine Richtung auf den Spannkolben wirkende Kraft ist die Summe aus der Kraft der Steuerfeder 60 plus die Druckkraft, die an der Steuerfläche 120, die gleich der Querschnittsfläche des Vorsprungs 111 innerhalb der Ausnehmung 112 ist, durch den im Federraum 110 herrschenden Druck erzeugt wird. Die Federkraft wiederum ist gleich einer Druckkraft, die vom Grenzdruck an einer Fläche erzeugt wird, die die Differenzfläche zwischen der Querschnittsfläche des Vorsteuerventilkegels 100 am Sitz 98 und der Steuerfläche 120 ist. Letztendlich entspricht die auf den Spannkolben in die eine Richtung bei Erreichen des höheren Grenzdrucks wirkende Kraft einer Druckkraft, die der höhere Grenzdruck an der Querschnittsfläche des Vorsteuerventilkegels am Sitz 98 erzeugt.
In die Gegenrichtung wirkt auf den Spannkolben 58 eine Druckkraft, die von dem im Anschluss X1 anstehenden Druck an der Steuerfläche 124 erzeugt wird.
Bei Annahme der Flächenverhältnisse aus 2 kann mit einem bestimmten Druck im Anschluss X1 ein etwa sechsfach höherer Grenzdruck eingestellt werden, wobei der höchste Grenzdruck durch Anlage des Spannkolbens am Anschlag 126 und die dann vorliegende Vorspannung der Steuerfeder 60 gegeben ist. Wird der bestimmte Druck am Anschluss X1 erreicht, wird der Spannkolben 58 wird aus der Position in 2 nach links verschoben, bis er auf den Anschlag 126 aufläuft. Dadurch wird die Steuerfeder 60 gespannt – am vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil 52 ist der höhere Druck eingestellt. Um 390 bar einzustellen, genügen zum Beispiel 65 bar im Anschluss x1. Beim Abziehen des Bodens und einer äusseren Belastung, die die Kolbenstange 68 in Einfahrrichtung beaufschlagt, sinkt der Druck im Ringraum 30 ab, wenn er nicht schon Tankdruck war, während der Druck im Zylinderraum 28 ansteigt. Die Geometrie des Spannkolbens 58 ist so gewählt, dass ab einer bestimmten Druckdifferenz zwischen den Druckräumen 28, 30 der Spannkolben 58 durch die Entlastung der Steuerfläche 124 vom Anschlag 126 abhebt und gegen die Anschlagschraube 122 bewegt wird. Diese Rückbewegung wird durch den auf die kleinere Steuerfläche 120 wirkenden Druck unterstützt – die Vorspannung der Steuerfeder 60 wird verringert und entsprechend der Auslösedruck des vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils 52 auf einen geringeren Druck (100 bar) eingestellt. Dieser Druck ist so gewählt, dass eine Beschädigung der Kolbenstange 68 zuverlässig vermieden werden kann. Unterhalb eines bestimmten Druckes im Anschluss X1 liegt der Spannkolben 58 auch bei Tankdruck im Zylinderraum 28 an der Anschlagschraube 122 an, dann nämlich wenn die Druckkraft kleiner als die Kraft der entspannten Feder 60 wird.
Die kleine Steuerfläche 120 des Spannkolbens 58 bewirkt, dass beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils 52 der Spannkolben 58 in Richtung Entspannen der Steuerfeder 60 von einer Kraft beaufschlagt ist, die so groß ist wie die vom Eingangsdruck (P) an der gesamten Sitzfläche des Vorsteuerventilsitzes 98 erzeugte Kraft ist. Für die Steuerfeder 60 ist jedoch nur die Differenzfläche zwischen der Ventilsitzfläche und der kleinen Steuerfläche 120 relevant, so dass der Druck im Ringraum 30 des Betätigungszylinders 2 relativ stark abfallen muss, damit das Druckbegrenzungsventil anspricht. Bei einem Druckbegrenzungsventil 52 mit den in 2 dargestellten Geometrieverhältnissen, würde bei einem angenommenen Grenzdruck von beispielsweise 360 bar ein Druck im Ringraum 30 und entsprechend ein auf die größere Steuerfläche 124 wirkender Druck von ca. 60 bar genügen, um den Spannkolben 58 am Anschlag 126 zu halten. Erst bei Absinken unter diese 60 bar öffnet das Druckbegrenzungsventil 52, wobei dann bei einem Druck von etwa 20 bar der Spannkolben 58 auf die Anschlagschraube 122 aufläuft und somit den unteren Grenzdruck bestimmt, der dann etwa bei 120 bar liegen würde.
Anhand 4 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem das Druckbegrenzungsventil 52 bereits bei einem wesentlich kleineren Druckabfall im Ringraum 30 des Betätigungszylinders 2 anspricht. Dies wird bei dem in
4 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die zusätzliche kleinere Steuerfläche 120 entfällt und das Flächenverhältnis zwischen dem wirksamen Durchmesser des Spannkolbens 58 und dem Vorsteuerventilsitzdurchmesser wesentlich kleiner als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt ist. Dieses Flächenverhältnis beträgt bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1.12, d. h., die Vorsteuerventilsitzfläche A₂ ist um das 1,12-fache größer als die wirksame Fläche A₁ des Spannkolbens 58.
Der Grundaufbau des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen aus 2. Demgemäß ist auch das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel mit einer Hauptstufe 70, einer Vorsteuerstufe 72 und einer Druckumschaltstufe 56 ausgeführt. Die Hauptstufe 70 mit dem Ventilschieber 76, der im Federraum 110 angeordneten Druckfeder 80, dem patronenförmigen Gehäuse 74 und dem Nachsaugring 88 entspricht der Hauptstufe 70 des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels, so dass der Einfachheit auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen ist. Die Vorsteuerstufe 72 und die Umschaltstufe 56 sind im Wesentlichen in das Vorsteuergehäuse 96 integriert, das in das patronenförmige Gehäuse 74 eingeschraubt ist und den Sitzkörper 94 gegen die Dichtkante 92 drückt (in der dargestellten Grundposition). Ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Dichtkörper 94 mit einem Axialvorsprung 130 ausgeführt, in dem die Sacklochbohrung 106 ausgebildet ist, die über die Radialbohrungen 108 im Federraum 110 mündet. In der Sacklochbohrung 106 des Sitzkörpers 94 ist ein Dämpfungskölbchen 132 axialverschiebbar geführt, das über Dämpfungsspalte (in 4 nicht näher dargestellt) eine Druckmittelverbindung in Richtung zum Vorsteuerventilsitz 98 ermöglicht.
Gegen diesen Vorsteuerventilsitz 98 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein kugelförmiger Vorsteuerventilkörper vorgespannt, der der Einfachheit halber ebenfalls als Vorsteuerventilkegel 100 bezeichnet ist. Dieser wird von einem pilzförmigen Federteller 134 abgestützt, an dem die Steuerfeder 60 angreift, die ihrerseits über einen weiteren Federteller 136 am Spannkolben 58 abgestützt ist. Der Aussenumfang des pilzförmigen Federtellers 134 ist innerhalb des Sitzkörpers 94 geführt. Der die Steuerfeder 60 aufnehmende Raum 93 ist – wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel – mit dem Tankanschluss T verbunden.
In der dargestellten Grundposition liegt der Spannkolben 58 mit einem in Radialrichtung erweiterten Anschlagkopf 138 an der ins Vorsteuergehäuse 96 eingeschraubten Anschlagschraube 122 an, so dass der Spannkolben 58 in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung der Steuerfeder 60 durch den Druck am Steueranschluss X (Druck im Ringraum 30) beaufschlagt ist. Der Spannkolben 58 ist wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entlang einer Durchgangsbohrung 114 des Vorsteuergehäuses 96 geführt. Diese Durchgangsbohrung 114 erweitert sich nach rechts (Ansicht nach 4) hin zum Anschluss x1, wobei an einer Ringschulter ein Anschlagstück 140 abgestützt ist, das in der Wirkung dem Anschlag 126 entspricht und somit den Axialhub des Spannkolbens 58 nach links in 4 begrenzt. Die vom Druck am Steueranschluss X1 beaufschlagte wirksame Steuerfläche A₁ ist durch den Außendurchmesser des radial zurückgesetzten Teils des Spannkolbens definiert. Beim vorbeschrieben Ausfahren der Kolbenstange 68 (in Differentialschaltung) wirkt somit auf die resultierende Wirkfläche A₁ des Spannkolbens 58 der Druck im Ringraum 30, so dass der Spannkolben 58 bei hinreichendem Druck im Ringraum 30 aus seiner dargestellten Grundposition nach links bewegt wird, bis der Anschlagkopf 138 auf das Anschlagstück 140 aufläuft und die Steuerfeder 60 gespannt ist – der obere Grenzdruck ist eingestellt.
Die Vorsteuerstufe 72 öffnet, wenn der am Vorsteuerventilsitz 98 wirksame Druck ausreicht, um den Vorsteuerventilkegel 100 vom Vorsteuerventilsitz 98 abzuheben. In Öffnungsrichtung wirkt auf den Vorsteuerventilsitz 98 mit der Querschnittsfläche A₂ der Druck am Druckanschluss P der über die Düsenbohrung 94, den Federraum 110, die Radialbohrungen 108 und den vom Dämpfungskölbchen 106 begrenzten Dämpfungsspalt abgegriffen wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Flächenverhältnis A₁/A₂ relativ klein (beispielsweise 1,12) ausgeführt, so dass bereits bei einem wesentlich höheren Druck im Ringraum 30 als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Vorsteuerstufe 72 geöffnet ist. Nimmt man beispielsweise an, dass der Grenzdruck 380 bar beträgt, so würde das Druckbegrenzungsventil entsprechend bei einem Druck von etwa 340 bar – also wesentlich früher als bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel – öffnen. Dieses frühe Öffnen wird noch dadurch unterstützt, dass bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine in Richtung Entspannung der Steuerfeder 60 wirksame Steuerfläche (120 in 2) fehlt. Sinkt bei diesem Ausführungsbeispiel der Druck im Ringraum 30 weiter, beispielsweise auf 110 bar ab, so gelangt der Anschlagkopf 138 in Anlage an die Anschlagschraube 122, so dass der untere Grenzdruck (minimale Vorspannung der Steuerfeder 60) eingestellt ist. Dieser minimale Grenzdruck entspricht dann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 entsprechend dem Flächenverhältnis A₁/A₂ dann etwa 123 bar. In den dazwischen liegenden Bereichen, d. h., bei Drücken im Ringraum 30 zwischen 110 und 340 bar steigt der Grenzdruck entsprechend dieses Flächenverhältnisses linear an.
Das Schaltsymbol des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in 5 gezeigt. Dieses Schaltsymbol entspricht im Wesentlichen demjenigen aus 3, wobei die Druckumschaltstufe 56 keine in Richtung Entspannung der Steuerfeder 60 wirksame Steuerfläche 120 hat. Die dargestellte Dämpfungsdüse ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch die Radialbohrungen 108 und den vom Dämpfungskolben 132 gedämpften Dämpfungsspalt gebildet.
6 zeigt ein weiter vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils, bei dem auf die Verwendung eines Spannkolbens verzichtet werden kann.
Der Grundaufbau des Ventils ist bis auf die Führung und den Aufbau des Vorsteuerventilkegels 100 identisch mit dem anhand von 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass hinsichtlich der Beschreibung der Hauptstufe 70 mit dem Ventilschieber 76, der Druckfeder 80 und dem Nachsaugring 88 sowie hinsichtlich des Sitzkörpers 94 und des in das Gehäuse 74 der Hauptstufe 70 eingeschraubten Vorsteuergehäuses 96 auf die Ausführungen zu 2 verwiesen wird. Die Außenkontur des Vorsteuerventilkegels 100 entspricht ebenfalls dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, d. h., an den im Sitzkörper 94 geführten Bund 102 schließt sich nach rechts hin ein Vorsprung 111 an, dessen zylinderförmiger Endabschnitt 142 einen Führungsabschnitt 144 des Vorsteuergehäuses 96 durchsetzt, der durch einen radial zurückgesetzten Teil der Durchgangsbohrung 114 gebildet ist. Die in 6 rechte Stirnfläche 146 des Vorsteuerventilkegels 100 begrenzt einen Steuerraum 148, der mit dem Steueröldruck am Steueranschluss X1 beaufschlagt ist. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Vorsteuerventilkegel 100 über die Steuerfeder 60 gegen den Vorsteuerventilsitz 98 vorgespannt, dessen Wirkfläche in der Darstellung gemäß 6 mit der Querschnittsfläche A₂ bezeichnet ist, während die Wirkfläche der Stirnfläche 146 in 6 mit A₁ gekennzeichnet ist. Die Steuerfeder 60 ist an einer festen Ringstirnfläche 150 des Vorsteuergehäuses 96 abgestützt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden Grenzdrücke durch das Verhältnis der Flächen A₁/A₂ bestimmt. In dem Fall, in dem der Druck im Ringraum 30 etwa Null ist, ist entsprechend auch der Druck am Steueranschluss X1 und somit auch der Druck im Steuerraum 148 etwa Null, so dass die Stirnfläche 146 nicht mit einem Steueröldruck beaufschlagt ist – der Vorsteuerventilkegel 100 wird somit alleine durch die Kraft der Steuerfeder 60 gegen seinen Vorsteuerventilsitz 98 vorgespannt, so dass der untere Grenzdruck eingestellt ist. Wenn bei einer Differentialschaltung der Druck im Ringraum 30 im Wesentlichen gleich dem Druck im Zylinderraum 28 des Betätigungszylinders 2 ist, sind sowohl die Stirnfläche 146 als auch der vom Vorsteuerventilsitz 98 begrenzte Stirnflächenbereich des Vorsteuerventilkolbens 100 mit dem gleichen Druck beaufschlagt, so dass dieser Druck an der Flächendifferenz A₂-A₁ wirksam ist und der obere Grenzdruck eingestellt ist.
Das Schaltsymbol des in 6 gezeigten Druckbegrenzungsventils 52 ist in 7 dargestellt. Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Vorspannung der Steuerfeder 60 nicht verändert sondern lediglich die auf die Vorsteuerung in Öffnungs- und Schließrichtung wirksamen Druckkräfte, wobei eine Änderung des Drucks am Steueranschluss x1 auch stets in einer Änderung des eingestellten Grenzdrucks resultiert. Trägt man diesen am Druckbegrenzungsventil 52 eingestellten Grenzdruck p_G in Abhängigkeit von dem am Steueranschluss X1 anliegenden Druck p_X1 (Druck im Ringraum 30) auf, so ergibt sich die in 8 dargestellte Charakteristik. Demgemäß fehlen bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 6 (durchgezogene Linie in 8) die Bereiche, in denen eine Änderung des Drucks p_X1 keinen Einfluss auf den eingestellten Grenzdruck p_G hat, während bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 4 der obere und untere Grenzdruck durch die horizontal verlaufenden Abschnitte gekennzeichnet sind, in denen eine Änderung des Steuerdrucks p_X1 keinen Einfluss hat. Der dazwischenliegende lineare Anstieg hängt im Wesentlichen von der vorbeschriebenen Flächendifferenz der wirksamen Steuerflächen ab.
Offenbart sind eine hydraulische Steueranordnung und ein dafür vorgesehenes vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil. Die hydraulische Steueranordnung hat einen Differentialzylinder mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum und einem bodenseitigen Druckraum, die über eine Steuerventilanordnung zum Betätigen des Differentialzylinders mit einer Pumpe oder einem Tank verbindbar sind. Der Druck in einem Druckraum wird über ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil begrenzt, das mit einer Druckumschaltstufe ausgeführt ist, über die der am Druckbegrenzungsventil eingestellte Druck in Abhängigkeit vom Druck im anderen der Druckräume absenkbar ist.

1: Wegeventilelement
2: Betätigungszylinder
4: Wegeventil
5: Zumessblende
6: Vorlaufleitung
8: Rücklaufleitung
10: Low-Leak-Ventil
12: Logikventil
14: Vorsteuerschaltventil
16: Betätigungskolben
17: Tanksteuerkanal
18: Tankkanal
20: Steuerzweigkanal
24: Arbeitsleitung
26: Arbeitsleitung
28: Zylinderraum
30: Ringraum
32: Pumpenkanal
34: Zulaufkanal
36: Verbindungskanal
38: LUDV-Druckwaage
40: LS-Kanal
42: Druckwaagenkanal
44: Rückschlagventil
46: Ablaufkanal
48: Druckbegrenzungsventil
50: Entlastungskanal
52: vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
54: Kanal
56: Druckumschaltstufe
58: Spannkolben
60: Steuerfeder
62: Steuerkanal
64: Leitung
66: Abgreifkanal
68: Kolbenstange
70: Hauptstufe
72: Vorsteuerstufe
74: Gehäuse
76: Ventilschieber
78: Ventilbohrung
80: Druckfeder
82: Sitzkante
84: Düsenbohrung
86: Radialbund
88: Nachsaugring
90: Drosselspalt
92: Dichtkante
93: Raum
94: Sitzkörper
95: Schrägkanal
96: Vorsteuergehäuse
97: Verbindungsbohrung
98: Vorsteuerventilsitz
100: Vorsteuerventilkegel
102: Bund
104: Führungsbohrung
106: Sacklochbohrung
108: Radialbohrung
110: Federraum
111: Vorsprung
112: Ausnehmung
114: Durchgangsbohrung
116: Längskanal
118: Steuerraum
120: kleine Steuerfläche
122: Anschlagschraube
124: größere Steuerfläche
126: Anschlag
128: Schaltventil
130: Axialvorsprung
132: Dämpfungskölbchen
134: Federteller
136: weiterer Federteller
138: Anschlagkopf
140: Anschlagstück
142: Endabschnitt
144: Führungsabschnitt
146: Stirnfläche
148: Steuerraum
150: Ringstirnfläche

Claims

Hydraulische Steueranordnung mit einem Differentialzylinder (2), der einen ersten Druckraum (30) und einen zweiten Druckraum (28) aufweist, die über eine Steuerventilanordnung (4, 38) zum Betätigen des Differentialzylinders (2) mit einer Pumpe oder einem Tank (T) verbindbar sind, gekennzeichnet durch ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil (52) zum Begrenzen des Drucks in einem der Druckräume (28), wobei in einer Vorsteuerstufe des Druckbegrenzungsventils (52) eine Steuerfläche (124, 146; A₁) vorhanden ist, die vom Druck im anderen der Druckräume (28) beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der erstgenannte Druckraum ein bodenseitiger Zylinderraum (28) und der andere Druckraum ein kolbenstangenseitiger Ringraum (30) ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei die beiden Druckräume (28, 30) über die Steuerventilanordnung (4) zum Ausfahren des Differentialzylinders (2) in Differentialschaltung miteinander verbindbar sind.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Vorsteuerstufe einen durch eine Steuerfeder (60) beaufschlagten Spannkolben (58) hat, der in Richtung Erhöhung der Federvorspannung von dem Druck im anderen Druckraum (30) beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei eine vergleichsweise kleinere Steuerfläche (120) des Spannkolbens (58) in Richtung Entlastung der Steuerfeder (60) von dem Druck im erstgenannten Druckraum (28) beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 5, wobei das Flächenverhältnis (A₁/A₂) zwischen der Steuerfläche (124, 146) des Spannkolbens (58) und der Wirkfläche des Vorsteuerventilsitzes (98) kleiner 4, vorzugsweise kleiner 1,5 ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei ein Vorsteuerkolben (100) des Druckbegrenzungsventils (52) mit einem Längskanal (116) versehen ist, über den Steueröl von einem Federraum (110) einer Hauptstufe (70) zur kleineren Steuerfläche (120) geführt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 7, wobei der Vorsteuerkolben (100) einen Vorsprung (110) hat, der dichtend in eine Ausnehmung (112) des Spannkolbens (58) eintaucht, deren Stirnfläche die kleinere Steuerfläche (120) ausbildet.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerfläche (146) an einem Vorsprung (111) eines Vorsteuerkolbens (100) derart ausgebildet ist, dass der Druck in dem anderen Druckraum (28) in Schließrichtung auf den Vorsteuerkolben (100) wirkt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 9, wobei der Vorsprung (111) einen Federraum (93) der Vorsteuerstufe durchsetzt und in einen Steuerraum (148) eintaucht, der mit dem Druck im anderen Druckraum (28) beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das vorgesteuerte Druck begrenzungsventil (52) eine von Hand betätigbare Notöffnung hat.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Steuerventilanordnung ein eine veränderliche Zumessblende (5) ausbildendes stetig verstellbares Wegeventil (4) hat, der eine Druckwaage (38) nachgeschaltet ist, die in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der Zumessblende (5) und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 12, mit einer Pumpe, deren Fördermenge in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck einstellbar ist, so dass ein Pumpendruck um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt.
Druckbegrenzungsventil für eine Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Eingangsanschluß (P) und einem Ausgangsanschluß (T) und mit einer Hauptstufe (70), einer Vorsteuerstufe (72), die einen Spannkolben (58) hat, der an einer Steuerfeder (60) eines Vorsteuerventilkegels (100) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkolben (58) eine größere Steuerfläche (124) hat, die in Richtung Vergrößerung der Federvorspannung über einen Steueranschluss (X1) von einem Steuerdruck beaufschlagbar ist, und wobei eine kleinere Steuerfläche (120) des Spannkolbens (58) in Richtung Verkleinerung der Steuerfedervorspannung von dem Druck an dem Eingangsanschluss (P) beaufschlagt ist.
Druckbegrenzungsventil für eine Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Eingangsanschluss (P) und einem Ausgangsanschluss (T) und mit einer Hauptstufe (70) und einer Vorsteuerstufe (72), dadurch gekennzeichnet, dass ein federvorgespannter Vorsteuerventilkegel (100) der Vorsteuerstufe (72) eine in Schließrichtung beaufschlagte Steuerfläche (A₁) und eine in Öffnungsrichtung wirksame, vom Druck am Eingangsanschluss (P) beaufschlagte größere Steuerfläche (A₂) hat.
Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 14, wobei das Flächenverhältnis (A₁/A₂) der Steuerfläche ≤ 4, vorzugsweise 1 < A₁/A₂ < 1,5 ist.