DE102006002920A1

DE102006002920A1 - Hydraulische Steueranordnung

Info

Publication number: DE102006002920A1
Application number: DE200610002920
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Kauß; Matthieu Desbois-Renaudin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-07-26
Also published as: WO2007087962A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung, über die ein hydraulischer Verbraucher ansteuerbar ist, der ein Arbeitswerkzeug eines mobilen Arbeitsgerätes betätigt. Ein Steuerschieber in einem Steuerblock von diesem verbindet die Pumpe mit einem Druckmittel-Vorlauf und den Tank mit einem Druckmittelrücklauf. In einer Verbindungsleitung im Steuerschieber sind Rückschlagventile angeordnet, über die bei Ansteigen des Drucks im Rücklauf die Verbindungsleitung aufsteuerbar ist. Der Steuerschieber hat Arbeitspositionen mit Regeneration, in dem Druckmittel vom Rücklauf zum Vorlauf strömt, und Arbeitspositionen der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank, so dass eine Regeneration im Wesentlichen ohne Verlust möglich ist und dennoch eine vortreffliche Steuerbarkeit bei der Betätigung des mobilen Arbeitsgerätes gegeben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines ein Arbeitswerkzeug eines mobilen Arbeitsgeräts betätigenden hydraulischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Greift an der Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders eine Last an, so kann der Fall eintreten, dass die Absenkgeschwindigkeit so hoch wird, dass die Fördermenge der Druckmittelquelle nicht mehr ausreichend Strömungsmittel zum sich vergrößernden Zylinderraum führen kann. In diesem Fall kann man Druckmittel aus dem sich verkleinernden Druckraum direkt in den sich vergrößernden Druckraum leiten, so dass dieser Druckmittelvolumenstrom zum Pumpenvolumenstrom summiert wird – man spricht von Regeneration.

Herkömmlicherweise wird in einer solchen Situation der Strömungsquerschnitt zwischen rücklaufseitigem Zylinderraum und Tank verringert, was zu einem hohen Druck im rücklaufseitigen Zylinderraum führt. Dieser hohe Druck führt beispielsweise bei der in der Offenlegungsschrift DE 38 16 958 A1 offenbarten Steueranordnung dazu, dass ein außerhalb des Wegeventils angeordnetes Rückschlagventil geöffnet wird, über das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Zylinderraum in den sich vergrößernden Zylinderraum geführt wird (Regeneration). Ab einem vorbestimmten Pumpendruck ermöglicht ein ebenfalls außerhalb des Wegeventils angeordnetes Umschaltventil die Druckmittelverbindung zwischen dem sich verkleinernden Zylinderraum und dem Tank.

Entsprechend dem nächstkommenden Stand der Technik, kann in Steuerblöcken mit lastdruckunabhängiger Durchflussverteilung (LUDV) Typ SX 14 der Bosch Rexroth DSI, Vénissieux, Frankreich, die eine Wegeventilanordnung und zwei Rückschlagventile im Steuerschieber aufweisen, Druckmittel von der Kolbenstangenseite zur Kolbenseite eines Hydraulikzylinders durch einen Kanal eines Steuerschiebers in einem Wegeventil erfolgen. Bei einer derartigen Struktur strömt, wenn die Kolbenstangenseite mit der Kolbenseite des Hydraulikzylinders in Druckmittelverbindung steht, Druckmittel ebenfalls von der Kolbenstangenseite zum Tank.

Bei diesem genannten Stand der Technik zur Regeneration ist ein relativ hoher Druck an der Kolbenstangenseite des Zylinders notwendig, damit eine Druckmittelströmung von der Kolbenstangenseite zur Kolbenseite erfolgt. Dieser hohe Druck an der Kolbenstangenseite hat zur Folge, dass die Druckdifferenz zwischen der Kolbenstangenseite und der Kolbenseite des Hydraulikzylinders gering ist. Dadurch verringert sich die Kraft des Hydraulikzylinders, die für die Arbeitsbewegung zur Verfügung steht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine h hydraulische Steueranordnung zu schaffen bei der die Regenerationsfunktion von Druckmittel zwischen zwei Kammern eines hydraulischen Verbrauchers und die Arbeitsbewegung des hydraulischen Verbrauchers effizient ausführbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 gelöst.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines Verbrauchers geschaffen, in deren Wegeventilanordnung ein Steu erschieber zum auswählenden Verbinden von Pumpe und Tank mit einem Druckmittel-Vorlauf bzw. Druckmittelrücklauf angeordnet ist. Ein vorgesteuertes Rückschlagventil befindt sich in einer Verbindungsleitung im Steuerschieber. Durch dieses Rückschlagventil ist die Verbindungsleitung aufsteuerbar. Der Steuerschieber hat einen Bereich mit Regeneration, in dem Druckmittel vom Rücklauf zum Vorlauf strömt, und einen Bereich mit Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank. Somit kann eine Regeneration vom Rücklauf zum Vorlauf durchgeführt werden, während die volle Kraft des Hydraulikzylinders in einem benachbarten Bereich zur Verfügung steht. Die Bedienperson kann somit den geeigneten Bereich entsprechend den Anforderungen wählen.

Vorzugsweise schließt sich an den Bereich mit Regeneration der Bereich der Druckmittelverbindung in einer Auslenkrichtung des Steuerschiebers an. Dieses ermöglicht der Bedienperson eine kontinuierliche Betätigung, bei der ein Übergang zwischen diesen Bereichen erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Steuerschiebers als Hohlschieber und der Rückschlagventil als Lasthalteventile bei der Ansteuerung der Arbeitswerkzeuge sowie als Ventile für die Regeneration, wodurch mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand die erfindungsgemäße Steueranordnung umsetzbar ist.

Das Rückschlagventil hat vorzugsweise eine Ringfläche, auf die der Druck im Rücklaufraum wirkt, so dass bei kompakter Bauweise ohne Zusatzenergie das rücklaufventilseitige Rückschlagventile aufsteuerbar ist.

Der Bereich mit Regeneration kann durch zwei in Axialrichtung des Steuerschiebers beabstandete Manteldurchbrüche umgesetzt sein, von denen der eine zum Ab laufraum auf gesteuert ist, um eine Druckmittelverbindung vom Federraum des Rückschlagventils zum Ablaufraum herzustellen, während der andere, rücklaufraumseitige Manteldurchbruch zugesteuert ist. Die Herstellung des Steuerschiebers kann auf diese Weise einfach gestaltet werden.

Der rücklaufraumseitige Manteldurchbruch wird vorzugsweise nach einem kurzen Hub aus der neutralen Stellung bei der Verschiebung in den Bereich mit Regeneration zugesteuert, wodurch Druckmittelverluste bei Regeneration im Wesentlichen vermeidbar sind.

Die Ansteuerung des Steuerschiebers erfolgt bei einer Ausführungsform über ein hydraulisches Vorsteuergerät mit Joystick oder dergleichen, wobei jedem der Bereiche eine eigene Steuerdruckkurve zugeordnet. Somit kann eine Anpassung an das spezielle Verhalten der Arbeitsgeräte vorgenommen werden. Das Umschalten zwischen diesen Steuerdruckkurven erfolgt dabei entweder über einen elektrischen Schalter oder in Abhängigkeit von Signalen der Steueranordnung, wie Druckpegel in dieser, oder in Abhängigkeit von Positionen des Hydraulikzylinders, so dass in gezielter Weise der gewünschte Bereich vorbestimmbar ist.

Der Joystick weist vorzugsweise einen mechanischen Druckpunkt auf, um der Bedienperson den Übergang zwischen dem Bereich mit Regeneration und dem Bereich der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank mit geringem mechanischen Aufwand zu verdeutlichen.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung,

2 ein Schaltsymbol eines Wegeventils der hydraulischen Steueranordnung aus 1,

3 eine Schnittdarstellung des Steuerschiebers des Wegeventils aus 2 in einer neutralen Arbeitsposition,

4 eine Draufsicht auf einen Bereich des Steuerschiebers aus 3,

5 eine Vergrößerung des linken Teils der Darstellung aus 3,

6 eine Vergrößerung des rechten Teils der Darstellung aus 3,

7 eine Schnittdarstellung des Steuerschiebers des Wegeventils aus 2 in den Arbeitspositionen a,

8 eine Schnittdarstellung des Steuerschiebers des Wegeventils aus 2 in den Arbeitspositionen b, und

9 eine Schnittdarstellung des Steuerschiebers des Wegeventils aus 2 in den Arbeitspositionen c.

1 zeigt ein Schaltschema einer hydraulischen Steueranordnung 1, über die ein Verbraucher eines mobilen Arbeitsgerätes, wie z.B. der Hydraulikzylinder 2 einer Schaufel einer Baumaschine, ansteuerbar ist. Die Druckmittelversorgung des Hydraulikzylinders 2 erfolgt über ein Wegeventilelement 13 eines Mobilsteuerblocks, wie er beispielsweise im Bosch-Rexroth-Merkblatt RD 64 127 beschrieben ist.
Der Steuerblock weist eine Vielzahl von Ventilscheiben auf, von denen eine Ventilscheibe 10 dem Hydraulikzylinder 2 zugeordnet ist. Die Ventilscheibe 10 hat neben dem Wegeventilelement 13 ein Eingangselement 9, ein Wegeventilelement 11 und eine Abschlussplatte 15. Das Wegeventilelement 11 ist anderen hydraulischen Verbrauchern der Baumaschine zugeordnet.
Ein kolbenstangenseitiger Druckraum 3 und ein kolbenseitiger Druckraum 4 des Hydraulikzylinders 2 sind mit Druckmittel ansteuerbar, d.h. mit einer Verstellpumpe 6 oder einem Tank 8 verbindbar.
Das Wegeventilelement 13 weist ein proportional verstellbares Wegeventil 12 auf, über das die Druckmittelströmungsrichtung und die Druckmittelgeschwindigkeit zum Hydraulikzylinder 2 einstellbar sind. Dieses Wegeventil 12 bildet eine Zumessblende 16 (siehe 2) aus, der eine Druckwaage 14 nachgeschaltet ist. Bei diesen Load-Sensing-Systemen sind die Druckwaagen stromab der Zumessblenden angeordnet und drosseln den Druckmittelstrom zwischen der jeweiligen Last und den Zumessblenden so an, dass der Druck nach allen Zumessblenden gleich, vorzugsweise gleich dem höchsten Lastdruck der Verbraucher oder leicht darüber liegt. Bei Unterversorgung ändert sich an dem Druck stromab der Zumessblende nichts. Vor allen Zumessblenden steht in gleicher Weise der Pumpendruck an, so dass sich an allen Zumessblenden die Druckdifferenz in gleicher Weise ändert, wenn bei Unterversorgung der Pumpendruck kleiner wird. Die zu den Verbrauchern strömenden Druckmittelmengen werden verhältnismäßig reduziert – man spricht daher von einer lastdruckunabhängigen Durchflussverteilung (LUDV). Der höchste Lastdruck der über den Steuerblock angesteuerten Verbraucher wird über einen Anschluss LS abgegriffen und zu einem Pumpenregler 7 der Verstellpumpe 6 geführt, so dass die Verstellpumpe einen Pumpendruck liefert, der bei hinreichender Versorgung aller Verbraucher um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt. Einzelheiten eines derartigen LS-Systems sind beispielsweise der DE 199 04 616 A1 zu entnehmen.
Das Eingangselement 9 der Ventilscheibe beinhaltet einen Druckmittelzulauf P und einen Druckmittelablauf T sowie einen LS-Anschluss. Der LS-Anschluss ist im Eingangselement 9 über ein Druckbegrenzungventil 24 mit einem Anschluss T1 verbunden, der mit dem Tank 8 in Druckmittelverbindung steht. Das Wegeventilelement 13 hat zwei Arbeitsanschlüsse A und B, die mit den Druckräumen 3 und 4 des Hydraulikzylinders 2 verbunden sind
Das in 2 detaillierter dargestellte Wegeventil 12 hat vier Arbeitspositionen a, 0, b, c.
Der Steuerschieber 30 des stetig verstellbaren Wegeventils ist über eine Zentrierfederanordnung in seine Grundposition 0 vorgespannt, in der die Anschlüsse D, B, A, P, T und P' abgesperrt sind.
Durch Verschieben des Steuerschiebers nach rechts in 2 lässt sich der Steuerschieber in seine mit a gekennzeichnete Arbeitspositionen bringen, in denen über eine Zulaufsteuerkante der Öffnungsquerschnitt einer Zumessblende 16 auf gesteuert wird, über die die Druckmittelverbindung von Anschluss P zu Anschluss D bestimmt ist. Von Anschluss D strömt das Druckmittel zur Druckwaage, wird dort in der eingangs beschriebenen Weise abgedrosselt und strömt über den Anschluss P' zum Arbeitsanschluss B und von dort zum kolbenstangenseitigen Druck raum 3 des Hydraulikzylinders 2. Das vom Verbraucher rückströmende Druckmittel strömt über den Arbeitsanschluss A zu Anschluss T und von dort über die Ablaufleitung zum Tank ab.
Durch Verschieben des Steuerschiebers nach links in 2 lässt sich dieser in seine mit b gekennzeichneten Arbeitspositionen bringen, in denen über eine Zulaufsteuerkante der Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 16 aufgesteuert wird, über die die Druckmittelverbindung von Anschluss P zu Anschluss D bestimmt ist. Von Anschluss D strömt das Druckmittel zur Druckwaage, wird dort in der eingangs beschriebenen Weise abgedrosselt und strömt über den Anschluss P' zum Arbeitsanschluss A und von dort zum kolbenseitigen Druckraum 4 des Hydraulikzylinders 2. Der Arbeitsanschluss A und der Anschluss P' stehen über eine Verbindungsleitung 18 mit einem Rückschlagventil 72 in Druckmittelverbindung, über das eine Druckmittelströmung von Arbeitsanschluss A zum Arbeitsanschluss B abgesperrt ist und eine Druckmittelströmung von Arbeitsanschluss B zu Arbeitsanschluss A gestattet ist.
Durch ein weiteres Verschieben des Steuerschiebers nach links in 2 lässt sich der Steuerschieber in seine mit c gekennzeichneten Arbeitspositionen bringen, in denen über eine Zulaufsteuerkante der Öffnungsquerschnitt einer Zumessblende 16 aufgesteuert wird, über die die Druckmittelverbindung von Anschluss P zu Anschluss D bestimmt ist. Von Anschluss D strömt das Druckmittel zur Druckwaage, wird dort in der eingangs beschriebenen Weise abgedrosselt und strömt über den Anschluss P' zum Arbeitsanschluss A und von dort zum kolbenseitigen Druckraum 4 des Hydraulikzylinders 2. Das vom Verbraucher rückströmende Druckmittel strömt über den Arbeitsanschluss B zu Anschluss T und von dort über die Ablaufleitung zum Tank ab.
Die Arbeitsposition des Steuerschiebers 30 wird über ein in 1 gezeigtes, hydraulisches Vorsteuergerät mit Joystick eingestellt. Das hydraulische Vorsteuergerät weist zwei Druckreduzierventile 20 und 21, über die ein von einer Vorsteuerdruckpumpe 22 gelieferte Vorsteuerdruck in Abhängigkeit von der Joystickstellung verstellt wird. Der Steuerschieber 30 ist durch die Ansteuerung des Druckreduzierventils 21 über den Joystick in die Arbeitspositionen a und durch die Ansteuerung des Druckreduzierventils 20 über den Joystick in die Arbeitspositionen b und c verschiebbar. Ein mechanischer Druckpunkt für den Übergang zwischen den Arbeitspositionen b und c, den die Bedienperson spürt und durch den die Bedienperson über den Übergang informiert wird, wird durch die dem Druckreduziervenitl 20 zugeordneten zwei Feder 19a, 19b erzeugt.
In 3 ist eine konkrete Ausgestaltung des Steuerschiebers 30 entsprechend der vorliegenden Erfindung in der Arbeitsposition 0 gezeigt.
Das teilweise geschnitten dargestellte Wegeventil 12 hat eine Ventilbohrung 32, in der ein Steuerschieber 30 axialverschiebbar geführt ist. Am Außenumfang des Steuerschiebers 30 sind eine Vorlaufsteuernut 34, zwei Verbindungssteuernuten 36, 38 und eine Rücklaufsteuernut 40 ausgebildet.
Die Ventilbohrung 32 ist in Radialrichtung zu einem Ablaufraum 42, einem Vorlaufraum 44, einem stromabwärts der in 1 dargestellten Druckwaage 14 angeordneten Verbindungsraum 46, einem stromaufwärts der Druckwaage angeordneten Druckwaagenraum 48, einem Zulaufraum 50, einem stromabwärts der Druckwaagen angeordneten weiteren Verbindungsraum 52, einem Rücklaufraum 54 und einem weiteren Ablaufraum 56 erweitert.
An den benachbarten Ringstirnflächen der Verbindungssteuernut 36 und der Verbindungssteuernut 38 sind Zulaufsteuerkanten 58, 60 mit Feinsteuerkerben ausgebildet, über die bei einer Axialverschiebung des Steuerschiebers 30 nach links und rechts in 4 eine Verbindung vom Zulaufraum 50 zum Druckwaagenraum 48 auf steuerbar ist, über die der Druckmittelvolumenstrom eingestellt ist.
Durch die Rücklaufsteuernut 40 werden zwei Steuerkanten 62, 64 gebildet. Über die Steuerkante 62 wird die Verbindung zwischen dem Rücklaufraum 54 und dem Verbindungsraum 52 auf- bzw. zugesteuert, während über die Steuerkante 64 die Verbindung zwischen dem Rücklaufraum 54 und dem Ablaufraum 52 auf- bzw. zugesteuert wird.
Durch die Vorlaufsteuernut 34 werden zwei Steuerkanten 66, 68 gebildet. Über die Steuerkante 68 wird die Verbindung zwischen dem Vorlaufraum 44 und dem Verbindungsraum 56 auf- bzw. zugesteuert, während über die Steuerkante 66 die Verbindung zwischen dem Vorlaufraum 44 und dem Ablaufraum 42 auf- bzw. zugesteuert wird. Die Steuerkanten 58, 60, 62, 64 sind mit Feinsteuerkerben oder Längsnuten ausgeführt.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Steuerschieber 30 im Bereich der Rücklaufsteuernut 40, wobei an der Steuerkante 64 Feinsteuerkerben 65 vorgesehen sind.
An der Steuerkante 66 ist wie in 4 gezeigt eine Längsnut 67 ausgebildet.
Der Steuerschieber 30 hat eine durchgehende, in 4 bezeichnete Axialbohrung 70, über die in der Arbeitspositionen b des Steuerschiebers 30 aus 2 das Druckmittel aus dem Rücklaufraum 54 dem Vorlaufraum 44 zuleit bar ist. Die Axialbohrung 70 wird an der Seite des Vorlaufs von einem Rückschlagventil 72 begrenzt, während an der Seite des Rücklaufs ein Rückschlagventil 74 an einem Endabschnitt der Axialbohrung 70 vorgesehen ist.
Eine Absperrung der Axialbohrung 70 erfolgt über in den Steuerschieber 30 eingeschraubte Verschlussschrauben 76, 78.
Unter Bezugnahme auf 5, die eine Vergrößerung des linken Teils der Darstellung aus 4 ist, wird nun der Aufbau des vorlaufseitigen Rückschlagventils 72 erläutert. Die Axialbohrung 70 ist zum vorlaufseitigen Endabschnitt hin stufenförmig erweitert, so dass ein Ventilsitz 80 und ein sich an diesen anschließender Druckraum ausgebildet werden. Gegen den Ventilsitz 80 ist ein als Hohlkolben ausgeführter Ventilkörper 84 des Rückschlagventils 72 mittels einer Feder 86 vorgespannt, die in einer die Feder 8b umgreifenden Anschlaghülse 88 abgestützt ist, wobei die Anschlaghülse 88 in einen Federraum 82 eingesetzt ist und von der Verschlussschraube 76 lagefixiert ist.
Der Ventilkörper 84 ist zum Ventilsitz 80 hin zurückgestuft, wobei der maximale Durchmesser des Ventilköpers 84 dem Durchmesser des Druckraums entspricht. Der radial zurückgesetzte Teil 90 des Ventilkörpers 84 bildet mit der Innenumfangswandung im stufenförmig erweiterten Abschnitt der Axialbohrung 70 einen Ringsteuerraum 92, der durch eine Ringstirnfläche 85 des Ventilkörpers begrenzt ist.
In dem radial zurückgesetzten Teil 90 des Ventilkörpers 84 ist eine Düsenbohrung 94 ausgebildet, die im Federraum des Ventilkörpers 84 mündet, so dass durch diese Düsenbohrung 94 der Vorsteuerraum 92 mit dem Federraum 82 des Ventilkörpers 84 verbunden ist.
Der Mantel des Steuerschiebers 30 ist mit einem Manteldurchbruch 96 versehen, dessen Mündungsquerschnitt am Außenumfang des Steuerschiebers 30 in der in 5 dargestellten neutralen Arbeitsposition 0 des Steuerschiebers mit einem Ringsteg 98 zwischen Vorlaufraum 44 und Ablaufraum 42 einen Drosselquerschnitt im Druckmittelpfad zwischen dem Vorsteuerraum 92 und dem Ablaufraum 42 bildet. Bei einer Axialverschiebung des Steuerschiebers 30 aus der in 5 dargestellten neutralen Arbeitsposition 0 des Steuerschiebers in die in 9 gezeigten Arbeitspositionen c wird der Manteldurchbruch 96 zum Vorlaufraum 44 aufgesteuert, so dass eine Verbindung zwischen dem Vorlaufraum 44 und dem Vorsteuerraum 92 geöffnet wird und der Ventilkörper 84 in Öffnungsrichtung mit Druck beaufschlagt wird. Der Öffnungsquerschnitt der Düsenbohrung 94 ist wesentlich geringer als derjenige des aufgesteuerten Manteldurchbruchs 96. Der Ventilkörper 84 ist in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Druckmittelverbindung zwischen dem Manteldurchbruch 96 und dem Vorsteuerraum 92 nicht zusteuerbar ist.
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun der Aufbau des zulaufseitigen Rückschlagventils 74 erläutert. Die Axialbohrung 70 ist zum rücklaufseitigen Endabschnitt des Steuerschiebers 30 hin stufenförmig erweitert, so dass ein Ventilsitz 100 und ein sich an diesen anschließender Druckraum ausgebildet werden. Gegen den Ventilsitz 100 ist ein als Hohlkolben ausgeführter Ventilkörper 104 mittels einer Feder 106 vorgespannt, die an einer Stützhülse 108 abgestützt ist, wobei die Stützhülse 108 in einen Federraum 102 eingesetzt ist, von der Verschlussschraube 78 lagefixiert ist und einen Anschlag für den Ventilkörper 104 bildet.
Der Ventilkörper 104 ist zum Ventilsitz 100 hin zurückgestuft, wobei der maximale Durchmesser des Ventilköpers 104 dem Durchmesser des Druckraums entspricht. Der radial zurückgesetzte Teil 110 des Ventilkörpers 104 bildet mit der Innenumfangswandung im stufenförmig erweiterten Abschnitt der Axialbohrung 70 einen Ringsteuerraum 112, der über einen Bohrungsstern 120 des Steuerschiebers 30 mit der Rücklaufsteuernut 40 und mit dem Rücklaufraum 54 in Druckmittelverbindung steht.
Der Mantel des Steuerschiebers 30 ist mit einem rücklaufraumseitigen Manteldurchbruch 114 und einem ablaufraumseitigen Manteldurchbruch 116 versehen, die in Axialrichtung des Steuerschiebers 30 versetzt angeordnet sind. Der rücklaufraumseitige Manteldurchbruch 114 liegt wie in 3 dargestellt auf einem Umkreis 115 um den Steuerschieber 30, auf dem die ablaufraumseitigen Endabschnitte der Steuerkerben 65 angeordnet sind.
In der in 6 dargestellten neutralen Arbeitsposition 0 des Steuerschiebers 30 ist der ablaufraumseitige Manteldurchbruch 116 von einem Ringsteg 118 zwischen dem Rücklaufraum 54 und dem Ablaufraum 56 überdeckt und der rücklaufraumseitige Manteldurchbruch 114 steht mit dem Rücklaufraum 54 in Druckmittelverbindung. Bei einer Axialverschiebung des Steuerschiebers 30 aus der in 4 dargestellten neutralen Arbeitsposition 0 des Steuerschiebers in die in 9 gezeigten Arbeitspositionen c werden die Manteldurchbrüche 114, 116 zum Ablaufraum 56 hin auf gesteuert, so dass eine Verbindung zwischen dem Rücklaufraum 54 und dem Ablaufraum 56 geöffnet wird und der Federraum 102 des Ventilkörpers 104 mit dem Druck im Ablaufraum 56 beaufschlagt wird. Die Stützhülse 108 ist so ausgebildet, dass die Rückseite des Ventilkörpers 104 und die Stützhülse 108 selbst die Manteldurchbrüche 114, 116 nicht zusteuern können.
Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung beschrieben.
In der in 5 dargestellten neutralen Arbeitsposition 0 ist der Vorsteuerraum 92 über den Manteldurchbruch 96 zum Ablaufraum 42 entlastet. Somit wirkt auf die Ringstirnfläche 85 des Rückschlagventils 72 Tankdruck. Das Rückschlagventil 72 ist in Schließrichtung durch die Kraft der Feder beaufschlagt. Der Druck im Rücklaufraum 54 wird in 6 über den Manteldurchbruch 114 in den Federraum 102 des Ventilkörpers 104 des Rückschlagventils 74 gemeldet und wirkt zusammen mit der Kraft der Feder 106 in Schließrichtung des Rückschlagventils 74. Der Druck im Rücklaufraum 54 wird über den Bohrungsstern 120 in den Vorsteuerraum 112 gemeldet und wirkt auf die Ringstirnfläche 105 des Ventilkörpers 104 in Öffnungsrichtung. Der Druck im Vorsteuerraum 92 wirkt auf den Ventilkörper 84 über die Ringstirnfläche 85, die der Flächendifferenz zwischen dem Ventilsitz 80 und dem größeren Außendurchmesser des Ventilkörpers 84 entspricht, während der Druck im Vorsteuerraum 112 auf den Ventilkörper 104 über die Ringstirnfläche 105 wirkt, die der Flächendifferenz zwischen dem Ventilsitz 100 und dem größeren Außendurchmesser des Ventilkörpers 104 entspricht. In dieser in 4 dargestellten, neutralen Arbeitsposition 0 verbleiben die Ventilkörper 84 und 104 auf den Ventilsitzen 80 und 100.
Wird nun der Steuerschieber 30 über das Druckreduzierventil 21 mit einem Steuerdruck beaufschlagt, so dass sich dieser aus der neutralen Arbeitsposition 0 nach links bewegt, so werden die in 7 dargestellte Arbeitspositionen a durch den Steuerschieber 30 eingenom men. In den Arbeitspositionen a wird über die Zulaufsteuerkante 60 die Zumessblende, d.h. die Verbindung vom Zulaufraum 50 zum Druckwaagenraum 48, aufgesteuert, so dass Druckmittel über die Druckwaage in den Verbindungsraum 52 strömt. Über die Steuerkante 62 wird die Druckmittelverbindung zwischen dem Verbindungsraum 52 und dem Rücklaufraum 54 aufgesteuert, so dass Druckmittel über den Verbindungsraum 52 zum Rücklaufraum 54 und damit in den kolbenstangenseitigen Druckraum 3 des Hydraulikzylinders 3 strömt. Der Vorlaufraum 44 steht über die Steuerkante 66 mit dem Ablaufraum 42 in Druckmittelverbindung, so dass die Kolbenstange des Hydraulikzylinders 2 eingefahren wird. Auf den Ventilkörper 84 wirkt der an der Ringstirnfläche 85 über den Manteldurchbruch 96 anliegende Druck aus dem Ablaufraum 42 in Öffnungsrichtung, während der über die Düsenbohrung 94 und den Manteldurchbruch 96 anliegende Druck im Ablaufraum 42 sowie die Kraft der Feder 86 in Schließrichtung wirken. Der Ventilkörper 84 verbleibt auf dem Ventilsitz 80.
Auf den Ventilkörper 104 wirkt der an der Ringstirnfläche 105 (siehe 6) über den Bohrungsstern 120 anliegende Druck im Verbindungsraum 52 in Öffnungsrichtung und der über die Manteldurchbrüche 114 und 116 anliegende Druck im Federraum 102 des Ventilkörpers 104 sowie die Kraft der Feder 106 in Schließrichtung.
Somit verbleiben in den in 7 gezeigten Arbeitspositionen a die Ventilkörper 84 und 104 auf den Ventilsitzen 80 und 100.
Wird nun der Steuerschieber 30 über das Druckreduzierventil 20 mit einer Steuerdruck beaufschlagt, so dass sich dieser aus der neutralen Arbeitsposition 0 nach rechts bewegt, so wird eine der in 8 dargestellten Arbeitspositionen b, in denen die Regeneration erfolgt, durch den Steuerschieber 30 eingenommen. Über die Zulaufsteuerkante 58 wird die Verbindung vom Zulaufraum 50 zum Druckwaagenraum 48 aufgesteuert, so dass Druckmittel über die Druckwaage in den Verbindungsraum 46 strömt. Der Verbindungsraum 46 steht über die Steuerkante 68 mit dem Vorlaufraum 44 in Druckmittelverbindung, so dass Druckmittel in den Vorlaufraum 44 und somit in den kolbenseitigen Druckraum 4 des Hydraulikzylinders 2 gelangt. Zwischen dem Rücklaufraum 54 und dem Ablaufraum 56 besteht zu diesem Zeitpunkt noch keine Druckmittelverbindung.
Mit der Druckerhöhung im kolbenseitigen Druckraum 4 erhöht sich der Druck im kolbenstangenseitigen Druckraum 3 und somit im Rücklaufraum 54. Der rücklaufraumseitige Manteldurchbruch 114 ist beim Rückschlagventil 74 durch den Ringsteg 118 zugesteuert, während der ablaufraumseitige Manteldurchbruch 116 mit dem Ablaufraum 56 in Druckmittelverbindung steht und somit den Federraum 102 des Ventilkörpers 104 zum Ablaufraum 56 hin entlastet. Zusätzlich wirkt in Schließrichtung des Rückschlagventils 74 die Kraft der Feder 106. Im Vorsteuerraum 112 liegt über den Bohrungsstern 120 der Druck im Ablaufraum 56 an. Durch einen auf die Ringstirnfläche 105 wirkenden, erhöhten Druck im Vorsteuerraum 112 wird das Rückschlagventil 74 aufgesteuert. Druckmittel strömt nun über die Axialbohrung 70 zum Rückschlagventil 74. In den Vorsteuerraum 92 gelangt über den Manteldurchbruch 96 Druckmittel, so dass sich ein Druck auf die Ringstirnfläche 85 aufbaut, der zusammen mit dem erhöhten Druck im Rücklaufraum auf den Ventilkörper 84 in Öffnungsrichtung wirkt. In Schließrichtung des Rückschlagventils 72 wirken die Kraft der Feder 86 und der Druck, der sich aufgrund der Druckmittelströmung vom Vorlaufraum 44 über den Manteldurchbruch 96 und die Düsenbohrung 94 im Federraum des Ventilkörpers 84 aufgebaut hat. Das Rückschlagventil 72 öffnet und es erfolgt eine Regeneration, bei der Druckmittel aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum 3 in den kolbenseitigen Druckraum 4 strömt. Die Regeneration erfolgt im Wesentlichen ohne Verluste, da die rücklaufseitigen Manteldurchbrüche 114 beginnend mit der Arbeitsposition 0 nach einem kurzen Hub durch den Ringsteg 118 geschlossen werden und somit kein Druckmittel über den Federraum des Rückschlagventils 74 zum Ablaufraum 56 abströmen kann.
Wird nun der Steuerschieber 30 mit einer größeren Steuerdruckdifferenz beaufschlagt, so dass sich dieser über die Arbeitspositionen b hinaus weiter nach rechts bewegt, so werden die in 9 gezeigten Arbeitspositionen c durch den Steuerschieber 30 eingenommen. In den Arbeitspositionen c ist über die Zulaufsteuerkante 58 die Verbindung vom Zulaufraum 50 zum Druckwaagenraum 48 weiter als in den Arbeitspositionen b aufgesteuert, so dass ein größerer Druckmittel-Volumenstrom über die Druckwaage in den Verbindungsraum 46 strömt. Durch die Steuerkante 68 wird die Druckmittelverbindung zwischen dem Verbindungsraum 46 und dem Vorlaufraum 44 aufgesteuert, so dass Druckmittel über den Verbindungsraum 46 zum Vorlaufraum 44 und damit in den kolbenseitigen Druckraum 4 des Hydraulikzylinders 3 strömt. Die Verbindung zwischen dem Ablaufraum 54 und dem Tankraum 42 wird über die Steuerkante 64 aufgesteuert, so dass der Hydraulikzylinder 2 eingefahren wird. Auf den Ventilkörper 104 wirkt der an der Ringstirnfläche 105 über den Bohrungsstern 120 anliegende Druck aus dem Ablaufraum 54 in Öffnungsrichtung, während der über die Manteldurchbrüche 114 und 116 anliegende Druck in dem Ablaufraum 56 sowie die Kraft der Feder 106 in Schließrichtung wirken. Auf den Ventilkörper 84 wirkt der an der Ringstirnfläche über den Manteldurchbruch 96 anliegende Druck im Vorlaufraum 44 in Öffnungsrichtung und der über den Manteldurchbruch 96 und die Düsenbohrung 94 abgegriffene Druck im Vorlaufraum 44 sowie die Kraft der Feder 86 in Schließrichtung. Die Rück schlagventile 72 und 74 sind somit zugesteuert, so dass keine Regeneration auftritt und das Druckmittel aus dem Rücklaufraum 54 über den aufgesteuerten Ablaufquerschnitt zum Ablaufraum 56 und von dort zum Tank abströmt. Der Hydraulikzylinder 2 wird in herkömmlicher Weise ausgefahren werden.
Somit findet in den Arbeitspositionen b, die beim Stand der Technik nicht vorhanden war, eine Regeneration von Druckmittel aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum 3 in den kolbenseitigen Druckraum 4 statt, während in den Arbeitspositionen c eine Betätigung des Arbeitsgerätes über den Hydraulikzylinder 2 mit voller Leistung möglich ist.
Aufgrund der Hydraulikverbindung des Hydraulikzylinders 2 in der in 1 gezeigten Weise findet Regeneration sowohl aufgrund des höheren Drucks im kolbenstangenseitigen Druckraum 3 als auch bei einer Führungsbewegung aufgrund einer Last statt. Der Steuerschieber 30 ist unsymmetrisch gestaltet. Wenn nun statt des kolbenstangenseitigen Druckraums 3 der kolbenseitige Druckraum 4 mit dem Rücklaufraum 54 und statt des kolbenseitige Druckraums 4 der kolbenstangenseitige Druckraums 3 mit dem Vorlaufraum 44 verbunden wird, so ist zwar eine Regeneration aufgrund der Führungsbewegung einer Last möglich, nicht jedoch aufgrund des höheren Drucks, der beim Schaltschema in 1 auf der Flächendifferenz zwischen Kolbenseite und Kolbenstangenseite basiert.
Das hydraulische Vorsteuergerät mit Joystick wird entsprechend der in 1 gezeigten Ausführung über die Vorsteuerdruckpumpe 22 mit Druckmittel versorgt. Alternativ dazu kann die Vorsteuerdruckquelle über eine Druckbegrenzungseinrichtung, die mit der Verstellpumpe 6 in Druckmittelverbindung steht, vorgesehen sein, wodurch auf eine Vorsteuerdruckpumpe verzichtet werden kann.
Entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung kann das Schalten zwischen den Arbeitspositionen b mit beispielsweise 20 bar („Eco"-Modus) und den Arbeitspositionen c mit beispielsweise 40 bar („Power"-Modus) bereits durch die Vorsteuerquelle vorgesehen werden, so dass das Druckreduzierventil 20 einstufig ausgeführt sein kann.
Bei einer elektro-hydraulischen Ausführung des Vorsteuergerätes ist ein elektrischer Schalter für den Übergang von den Arbeitspositionen a, b zu den Arbeitspositionen a, c am Joystick vorhanden. In Abhängigkeit von der durch die Bedienperson gewählten Arbeitsposition wird eine jeweilige Steuerdruckkurve, die die Abhängigkeit des Vorsteuerdrucks vom Betätigungswinkel des Joysticks widerspiegelt, aktiviert. Die Auswahl zwischen Arbeitspositionen b und Arbeitspositionen c kann entweder durch die Bedienperson oder durch eine elektronische Steuereinheit ausgeführt werden, die Signale vom System, wie z.B. die Druckpegel oder Arbeitswerkzeugpositionen, aufnimmt. Damit lassen sich auch die Arbeitspositionen b überspringen. Vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung, dass für jeden der Bereiche b und c der gesamte Stellbereich des Joysticks zur Verfügung steht und somit die Bedienperson das Verhalten des Hydraulikzylinders und damit des Arbeitsgerätes mit hoher Genauigkeit beeinflussen kann.
Eine weitere Möglichkeit für die Ansteuerung über ein hydraulisches Vorsteuergerät mit Joystick besteht im Vorsehen von zwei Drosseln bzw. Blenden mit dem Durchmesser von ϕ₁ und ϕ₂, wobei sich eine von diesen Drosseln bzw. Blenden zwischen dem Auslass des hydraulischen Vorsteuergerätes mit Joystick und der Ventilsteuerung, in 1 an der rechten Seite des Wegeventilelements 12, befindet, während die andere in einer Leitung zwischen der Ventilsteuerung, in 1 ebenfalls an der rechten Seite des Wegeventilelements 12, und dem Tank vorgesehen ist. Diese Leitung zwischen Ventilsteuerung und Tank kann durch eine einfache Ein/Aus-Magnetspule auf- bzw. zugesteuert werden. Die Magnetspule wird durch die Bedienperson über einen Schalter oder durch eine elektronische Steuereinheit, die Signale vom System, wie den Druckpegel oder die Arbeitswerkzeugposition aufnimmt betätigt. Wenn die Ein/Aus-Magnetspule die Leitung zwischen Ventilsteuerung und Tank zusteuert ist der Druck an der Ventilsteuerung der gleiche wie am Auslass des hydraulischen Vorsteuergerätes mit Joystick, wodurch die Arbeitspositionen c einstellbar sind. Bei aufgesteuerter Leitung zwischen Ventilsteuerung und Tank ist der Druck vom Auslass des hydraulischen Vorsteuergerätes mit Joysticks mit einem Faktor von
skaliert, wodurch die Arbeitspositionen b einstellbar sind
Entsprechend einer weiteren Alternative ist der Auslass des hydraulischen Vorsteuergerätes mit Joystick mit dem Einlass einer proportionalen, elektro-hydraulischen Druckbegrenzungseinrichtung verbunden, die durch die Bedienperson proportional oder durch eine elektronische Steuereinheit, die Signale vom System, wie den Druckpegel oder die Arbeitswerkzeugposition aufnimmt, gesteuert sein kann.
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung, über die ein hydraulischer Verbraucher ansteuerbar ist, der ein Arbeitswerkzeug eines mobilen Arbeitsgerätes betätigt. Ein Steuerschieber in einem Steuerblock von diesem verbindet die Pumpe mit einem Druckmittel-Vorlauf und den Tank mit einem Druckmittelrücklauf. In einer Ver bindungsleitung im Steuerschieber sind Rückschlagventile angeordnet, über die bei Ansteigen des Drucks im Rücklauf die Verbindungsleitung auf steuerbar ist. Der Steuerschieber hat Arbeitspositionen mit Regeneration, in dem Druckmittel vom Rücklauf zum Vorlauf strömt, und Arbeitspositionen der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank, so dass eine Regeneration im Wesentlichen ohne Verlust möglich ist und dennoch eine vortreffliche Steuerbarkeit bei der Betätigung des mobilen Arbeitsgerätes gegeben ist.

1: hydraulische Steueranordnung
2: Hydraulikzylinder
3: kolbenstangenseitiger Druckraum
4: kolbenseitiger Druckraum
6: Verstellpumpe
7: Pumpenregler
8: Tank
9: Eingangselement
10: Ventilscheibe
11: Wegeventilelement
12: Wegeventil
13: Wegeventilelement
14: Druckwaage
15: Abschlussplatte
16: Zumessblende
18: Verbindungsleitung
19a, 19b: Federn
20: Druckreduzierventil
21: Druckreduzierventil
22: Vorsteuerdruckpumpe
24: Druckentlastungsventil
30: Steuerschieber
32: Ventilbohrung
34: Vorlaufsteuernut
36: Verbindungssteuernut
38: Verbindungssteuernut
40: Rücklaufsteuernut
42: Ablaufraum
44: Vorlaufraum
46: Verbindungsraum
48: Druckwaagenraum
50: Zulaufraum
52: Verbindungsraum
54: Rücklaufraum
56: Ablaufraum
58: Zulaufsteuerkante
60: Zulaufsteuerkante
62: Steuerkante
64: Steuerkante
65: Feinsteuerkerben
66: Steuerkante
67: Längsnut
68: Steuerkante
70: Axialbohrung
72: Rückschlagventil
74: Rückschlagventil
76: Verschlussschraube
78: Verschlussschraube
80: Ventilsitz
82: Federraum
84: Ventilkörper
85: Ringstirnfläche
86: Feder
88: Anschlaghülse
90: radial zurückgesetzter Teil
92: Vorsteuerraum
94: Düsenbohrung
96: Manteldurchbruch
98: Ringsteg
100: Ventilsitz
102: Federraum
104: Ventilkörper
105: Ringstirnfläche
106: Feder
108: Stützhülse
110: radial zurückgesetzter Teil
112: Vorsteuerraum
114: rücklaufraumseitiger Manteldurchbruch
115: Umkreis
116: ablaufraumseitiger Manteldurchbruch
118: Ringsteg
120: Bohrungsstern

Claims

Hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines ein Arbeitswerkzeug eines mobilen Arbeitsgeräts betätigenden hydraulischen Verbrauchers (4), mit einer Wegeventilanordnung, über deren Steuerschieber (30) eine Pumpe (6) und ein Tank (8) mit einem an den Verbraucher (4) angeschlossenen Druckmittel-Vorlauf oder einem Druckmittel-Rücklauf verbindbar sind, und mit zwei Rückschlagventilen (72, 74), die in einer in den Steuerschieber (30) integrierten Verbindungsleitung (70) zwischen Vorlauf und Rücklauf gegenläufig angeordnet sind und über die bei Ansteigen des Drucks im Rücklauf die Verbindungsleitung (70) aufsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Auslenkrichtung des Steuerschiebers (30) ein Bereich mit Regeneration (b), in dem Druckmittel vom Rücklauf zum Vorlauf strömt, und ein Bereich (c) der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank ohne Regeneration vorhanden sind.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, wobei sich in die eine Auslenkrichtung an den Bereich (b) mit Regeneration der Bereich (c) der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank anschließt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerschieber (30) als Hohlschieber ausgebildet ist und die Rückschlagventile Lasthalteventile bei der Ansteuerung des Arbeitswerkzeugs sowie Ventile für die Regeneration bilden.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3, wobei das rücklaufseitige Rückschlagventil (74) eine Ringfläche (105) aufweist, an der der Druck im Rücklaufraum (56) wirkt, um das rücklaufseitige Rückschlagventil (74) aufzusteuern.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei im Steuerschieber (30) rücklaufseitig zwei in Axialrichtung des Steuerschiebers (30) beabstandete, in den Federraum des rücklaufseitigen Rückschlagventils (74) mündende Manteldurchbrüche (114, 116) vorgesehen sind, von denen im Bereich (b) mit Regeneration der rücklaufraumseitige (114) der Manteldurchbrüche zugesteuert ist und der ablaufraumseitige (116) der Manteldurchbrüche zum Ablaufraum (56) aufgesteuert ist, um eine Druckmittelverbindung zum Federraum des rücklaufseitigen Rückschlagventils (74) herzustellen.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 5, wobei der rücklaufraumseitige Manteldurchbruch (114) in einer solchen Weise angeordnet ist, dass dieser nach einem kurzen Hub aus der neutralen Stellung heraus in den Bereich (b) mit Regeneration zugesteuert wird.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem mittels Joystick betätigten hydraulischen Vorsteuergerät, über das ein Vorsteuerdruck zum Verstellen des Steuerschiebers (30) einstellbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7, mit einem elektro-hydraulischen Vorsteuergerät mit Joystick mit einer Steuerdruckkurve für den Bereich (b) mit Regeneration und einer Steuerdruckkurve für den Bereich (c) der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Vorsteuergerät mit Joystick einen mechanischen Druckpunkt aufweist, über den einer Bedienperson der Übergang zwischen dem Bereich (b) mit Regeneration und dem Bereich (c) der Druckmittelverbindung zwischen Rücklauf und Tank mitteilbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 8, wobei zwischen den Steuerdruckkurven des elektro-hydraulischen Vorsteuergerätes mit Joysticks über einen elektrischen Schalter oder in Abhängigkeit von Druckpegeln der hydraulischen Steueranordnung oder von Positionen des betätigten Hydraulikzylinders umschaltbar ist.