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Die
Erfindung betrifft eine Wegeventilanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige
Wegeventilanordnungen werden beispielsweise bei der Ansteuerung
von hydraulischen Verbrauchern eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise
eines Baggers, eines Baggerladers, eines Mini- oder Kompaktbaggers
oder eines Teleskopladers verwendet. Die Ansteuerung der Verbraucher
erfolgt über Wegeventilanordnungen, wie sie beispielsweise
in der
EP 0 566 449
A1 offenbart sind. In dieser Druckschrift ist eine LUDV-Wegeventilanordnung
gezeigt, bei der über ein stetig verstellbares Wegeventil
eine Zulaufmessblende ausgebildet ist, der eine Individualdruckwaage
nachgeschaltet ist, die in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts
der Zulaufmessblende und in Schließrichtung vom höchsten
Lastdruck aller Verbraucher beaufschlagt ist. Über eine
derartige LUDV-Anordnung lässt sich der Lastdruck eines
an zwei Verbraucheraschlüsse angeschlossenen Verbrauchers
lastdruckunabhängig konstant halten. Der Druckmittelvolumenstrom wird
von einer Verstellpumpe bereitgestellt, die in Abhängigkeit
vom Lastdruck angesteuert wird. In dem Fall, in dem die Pumpe auf
ihr maximales Fördervolumen ausgeschwenkt ist, wird bei
derartigen LUDV-Systemen der Druckmittelvolumenstrom zu allen Verbrauchern
verhältnisgleich in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt
der jeweiligen Zulaufmessblende zurückgefahren.
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Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf derartige LUDV-Systeme beschränkt,
sondern auch bei klassischen LS-Systemen oder bei so genannten EFM(Electronic
Flow Management)-Systemen anwendbar. Bei der bekannten Lösung
ist der Ausgang der beiden Verbraucheranschlüssen gemeinsamen Druckwaage über
einen Bogenkanal mit einer einen Ventilschieber des stetig verstellbaren
Wegeventils aufnehmenden Ventilbohrung verbunden, so dass über
eine Wegesteuerkante dieses Wegeventils festgelegt wird, welcher
Verbraucheranschluss im Druckmittelvorlauf liegt und welcher Verbraucheranschluss im
Druckmittelrücklauf angeordnet ist. Zum leckagefreien Einspannen
der Last sind in dem jedem Verbraucheranschluss zugeordneten Zweig
dieses Bogenkanals Lasthalteventile angeordnet.
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In
der
DE 10 2006 049 584 ist
eine derartige LUDV-Ventilanordnung mit einer zweigeteilten Druckwaage
offenbart, durch die die Funktion der Lasthalteventile übernommen
wird, so dass im Bogenkanal keine zusätzlichen Ventileinrichtungen
zur Lastabstützung vorgesehen sein müssen.
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In
der
DE 10 2006
002 920 A1 der Anmelderin ist eine LUDV-Wegeventilanordnung
gezeigt, bei der das stetig verstellbare Wegeventil in eine Neutralstellung
vorgespannt ist, in der eine Druckmittelverbindung zwischen den
beiden Verbraucheranschlüssen und einem mit der Pumpe verbundenen
Druckanschluss abgesperrt ist. Mittels Vorsteuerventilen kann der
Ventilschieber in eine Richtung verschoben werden, so dass das Druckmittel über
einen der Verbraucheranschlüsse in einen sich vergrößernden, kolbenstangenseitigen
Druckraum gefördert wird und aus dem sich in entsprechender
Weise verkleinernden, bodenseitigen Druckraum des Hubzylinders über
den anderen Verbraucheranschluss zum Tank hin abströmt.
Zum Ausfahren des Hubzylinders, beispielsweise beim Graben, werden
der bodenseitige Druckraum durch Verstellung des Wegeventils mit der
Pumpe und der kolbenstangenseitige Druckraum mit dem Tank verbunden,
so dass die maximale Grableistung zur Verfügung steht.
Zum schnellen Ausfahren des Hubzylinders kann die bekannte Wegeventilanordnung
in eine so genannte Regenerationsstellung verstellt werden, in der
der sich verkleinernde kolbenstangenseitige Ringraum mit dem Druckmittelzulauf
zum sich vergrößernden bodenseitigen Druckraum
verbunden ist, so dass der aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum
abströmende Druckmittelvolumenstrom zu dem zum bodenseitigen Druckraum
strömenden Druckmittelvolumenstrom summiert wird.
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Nachteilig
bei einer derartigen Regenerations-/Differentialschaltung ist des
Weiteren, dass aufgrund der Einspannung des Verbrauchers (die effektive
Wirkfläche entsprich etwa der Kolbenstangenfläche)
nicht die maximale Grableistung aufgebracht werden kann. Dieser
Regenerationsmodus wird daher entsprechend nur beim Absenken beispielsweise der
Ausrüstung eines mobilen Arbeitsgerätes eingesetzt.
Zum Betreiben des Verbrauchers mit hoher Leistung, beispielsweise
beim Graben oder bei einem Anheben einer Last wird dann auf die
vorbeschriebene Normalfunktion umgeschaltet, in der der sich vergrößernde
Druckraum mit der Pumpe und der sich verkleinernde Druckraum mit
dem Tank verbunden ist. Problematisch ist dabei der Zeitpunkt, an dem
zwischen der Regeneration und dem Normalbetrieb umgeschaltet wird.
Um diese Entscheidung der Bedienperson abzunehmen oder zu vereinfachen, wird
in der vorgenannten Patentanmeldung eine Druckregelung der Verstellpumpe
vorgeschlagen, gemäß der auf Normalbetrieb umgeschaltet
wird, wenn der von der Pumpe gelieferte Druckmittelvolumenstrom
nicht mehr dem über ein Stellglied vorgegebenen Druckmittelbedarf
entspricht – in diesem Fall hat die Verstellpumpe im Regenerationsmodus ihren
Maximaldruck erreicht, so dass dann über die Regelung entsprechend
der Schwenkwinkel der Pumpe gemäß den Kennlinien
der Pumpenregelung zurückgestellt wird – dieses
System arbeitet somit nach dem EFM-Prinzip.
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Dieses
Umschalten zwischen Regenerationsmodus und Normalbetrieb erfolgt
durch Verstellen des Ventilschiebers des stetig verstellbaren Wegeventils
hubabhängig. Bei dieser bekannten Lösung wird
bei Verstellung des Ventilschiebers in Richtung Druckmittelversorgung
des bodenseitigen Druckraums zunächst der Regenerationsmodus
eingestellt und dann, bei einem weiteren Verschieben des Ventilschiebers,
der Normalbetrieb erreicht.
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Die
GB 2 181 519 A offenbart
eine Lösung, bei der der Generationsmodus in einer am weitesten ausgelenkten
Position des Ventilschiebers eingestellt wird.
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Nachteilig
bei den vorbeschriebenen Lösungen ist, dass zum Einstellen
des Regenerationsmodus das stetig verstellbare Wegeventil der Wegeventilanordnung
mit einer vierten Stellung – der so genannten Regenerationsstellung – ausgeführt
sein muss, so dass die Wegeventilanordnung vergleichsweise komplex
aufgebaut und entsprechend teuer ist.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute
Wegeventilanordnung mit Regenerationsmodus zu schaffen.
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Erfindungsgemäß ist
die Wegeventilanordnung mit einem Druckanschluss und einem Tankanschluss
ausgeführt, die jeweils durch Verstellung eines Ventilschiebers mit
einem ersten oder zweiten Verbraucheranschluss verbindbar sind.
Diese Wegeventilanordnung ist mit einer Regenerationsfunktion ausgeführt,
die über einen zusätzlichen Regenerationsschieber
einstellbar ist. Dieser sperrt in einer Grundstellung eine Druckmittelverbindung
zwischen einem rücklaufseitigen Verbraucheranschluss und
einem Tank ab und öffnet einen Druckmittelströmungspfad
zwischen dem rücklaufseitigen und dem vorlaufseitigen Verbraucheranschluss,
wobei eine in Richtung „Öffnen” dieser
Druckmittelverbindung wirksame Steuerfläche des Regenerationsschiebers
mittelbar oder unmittelbar durch den zulaufseitigen Lastdruck beaufschlagt
ist.
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Diese
Konstruktion ermöglicht es, bei Überschreiten
eines vorbestimmten Verbraucherdrucks den Regenerationsschieber
so zu verstellen, dass der Druckmittelströmungspfad zwischen
vorlaufseitigem und rücklaufseitigem Verbraucheranschluss
zugesteuert wird und somit selbsttätig, d. h. ohne Eingriff
der Bedienperson vom Regenerationsmodus in den Normalbetrieb umgeschaltet
wird. Eine derartige Wegeventilanordnung ist vergleichsweise einfach aufgebaut,
da die Regenerationsfunktion über den zusätzlichen
Regenerationsschieber gesteuert wird, und der Ventilschieber in
herkömmlicher Weise mit drei Stellungen, einer Neutralstellung
und zwei Arbeitspositionen ausgeführt sein kann.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, dass im Normalbetrieb, d. h. bei Zusteuern des Druckmittelströmungspfades
zwischen dem vorlaufseitigen und dem rücklaufseitigen Verbraucheranschluss
eine Druckmittelverbindung zwischen dem im Druckmittelrücklauf
gelegenen Verbraucheranschluss zum Tank aufgesteuert wird, so dass – wie
im Normalbetrieb gefordert – das Druckmittel vom sich verkleinernden Druckraum
zum Tank abströmt. D. h. bei dieser Lösung wird
die Druckmittelverbindung zwischen dem rücklaufseitigen
Verbraucheranschluss und dem Tank nicht – wie üblicherweise – durch
eine Steuerkante des Ventilschiebers sondern über den Regenerationsschieber
gesteuert.
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Die
Ventilanordnung ist besonders kompakt aufgebaut, wenn der Regenerationsschieber
im Ventilschieber geführt ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Regenerationsschieber
einen Steuerbund, an dessen einer Ringstirnfläche die Steuerkante
ausgebildet ist, wobei abschnittsweise von den beiden Stirnflächen
des Steuerbundes begrenzte Druckräume miteinander verbunden
sind.
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Bei
einer bevorzugten Variante der Erfindung erfolgt diese Verbindung über
eine Blende im Regenerationsschieber.
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Dieser
kann mit einem Endbund ausgeführt sein, dessen Endbundsteuerkante
den zulaufseitigen Druckraum abschnittsweise begrenzt.
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Der
andere, ablaufseitige Druckraum ist vorzugsweise über einen
Mantelbohrungsstern des Ventilschiebers mit dem ablaufseitigen Verbraucheranschluss
verbunden.
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Zur
Stabilisierung des Ansprechverhaltens der Wegeventilanordnung kann
der Endbund des Regenerationsschiebers mit Bezug zum zulaufseitigen Verbraucheranschluss
mit negativer Überdeckung ausgeführt sein, so
dass in der Grundposition des Regenerationsschiebers bereits ein Öffnungsquerschnitt
aufgesteuert ist. Das Umschalten vom Regenerationsmodus in den Normalbetrieb
ist besonders einfach durchführbar, wenn koaxial zum Regenerationsschieber
ein Stufenkolben geführt ist, dessen kleinere Stirnfläche
mit dem vorlaufseitigen Lastdruck und dessen größere
Stirnfläche mittelbar oder unmittelbar auf den Regenerationsschieber
wirkt.
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Der
Umschaltdruck zwischen Regeneration und Normalbetrieb kann über
das Flächenverhältnis des Stufenkolben und des
Regenerationsschiebers eingestellt werden. Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die kleinere Stirnfläche des Stufenkolbens
weniger als 1/5 der Fläche der benachbarten Ventilschieberstirnfläche
beträgt.
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Zur
Druckentlastung eines tankseitigen Druckraums kann dieser stets über
eine Tankbohrung zum Tank hin entlastet werden.
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Um
diese Druckentlastung auch im Normalbetrieb, d. h. bei verstelltem
Regenerationsschieber zu ermöglichen, kann bei einer besonders
einfach ausgeführten Lösung der Steuerbund abschnittsweise
mit geringerem Durchmesser als die Ventilbohrung ausgeführt
sein, so dass das Druckmittel aus dem tankseitigen Druckraum über
den sich dann ergebenden Ringraum zwischen Steuerbund und einer benachbarten
Schieberbohrungsumfangsfläche zum Tank hin abströmen
kann.
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Insbesondere
bei LUDV-Wegeventilanordnungen kann eine Konstruktion zum Einsatz
kommen, bei der die Endbundsteuerkante eine Druckmittelverbindung
zu einem Bogenkanal auf- oder zusteuert, der in der Regenerationsstellung
mit dem vorlaufseitigen Verbraucheranschluss verbunden ist.
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Bei
einer einfachen Variante der Erfindung ist ein kleiner Kolbenabschnitt
des Stufenkolbens in einem koaxial zu einer Aufnahmebohrung für
den Regenerationsschieber verlaufenden Kanal geführt, der einerseits
in der Schieberbohrung mündet und andererseits über
eine Mantelbohrung in einem mit dem vorlaufseitigen Verbraucheranschluss
in Druckmittelverbindung stehenden Ringraum mündet.
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Der
Regenerationsschieber wird vorzugsweise über eine Feder
in seine Grundposition vorgespannt. Diese Feder ist vorzugsweise
in dem tankseitigen Ringraum angeordnet.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Wegeventilanordnung
in einer Neutralstellung;
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2 eine
vergrößerte Darstellung der Wegeventilanordnung
aus Figur;
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3 eine
Teildarstellung der Wegeventilanordnung im Regenerationsmodus und
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4 und
die Wegeventilanordnung gemäß 3 im
Normalbetrieb.
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch eine Wegeventilscheibe
1 eines
LUDV-Mobilsteuerblocks, wie er beispielsweise bei der Ansteuerung
von hydraulischen Verbrauchern eines mobilen Arbeitsgerätes,
beispielsweise eines Baggerladers, eines Mini- oder Kompakt-Baggers,
etc. zum Einsatz kommt. Bei den vorliegenden Ausführungen
sei angenommen, dass über die in
1 dargestellte
Wegeventilscheibe
1 ein Hubzylinder
2 zur Betätigung
eines Löffels eines Baggers angesteuert wird. Der Grundaufbau einer
derartigen LUDV-Wegeventilscheibe ist beispielsweise aus den eingangs
genannten Druckschriften
EP
0 566 449 A1 oder
DE
10 2006 049 584 bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis
der Erfindung wesentlichen Bauelemente detailliert erläutert
werden und im übrigen Bezug auf diese Anmeldungen genommen
wird.
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Die
Wegeventilscheibe 1 hat ein stetig verstellbares Wegeventil 4,
das im Wesentlichen durch einen in einer Ventilbohrung 6 axial
verschiebbar geführten Ventilschieber 8 gebildet
ist. Durch Verstellung dieses Ventilschiebers 8 kann die
Druckmittelverbindung zwischen einem Druckanschluss P, einem Tankanschluss
T und zwei Arbeitsanschlüssen A, B gesteuert werden – diese
Anschlüsse P, T, A, B sind in 1 lediglich
angedeutet. Dem Wegeventil 4 ist eine Individual-Druckwaage 5 zugeordnet, über die
der Druckabfall über einer durch das Wegeventil 4 gebildeten
Messblende 7 lastdruckunabhängig konstant gehalten
werden kann. An den Arbeitsanschluss A ist ein kolbenstangenseitiger
Ringraum 6 über eine Arbeitsleitung, im Folgenden
Rücklaufleitung 10 genannt, angeschlossen. Der
andere Verbraucheranschluss B ist über eine weitere Arbeitsleitung,
im Folgenden Vorlaufleitung 12 genannt, an einen bodenseitigen
Zylinderraum 8 des Hubzylinders 2 angeschlossen.
Durch Verstellung des Ventilschiebers 14 kann der Druckmittelvolumenstrom über
die Messblende 7 eingestellt werden und des Weiteren die
Druckmittelströmungsrichtung zu bzw. vom Hubzylinder 2 eingestellt
werden.
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Das
Wegeventil hat einen Ventilschieber 14, der axial verschiebbar
in einer Ventilbohrung 16 geführt ist. Diese ist – in
der Darstellung gemäß 1 von links
gesehen – in Radialrichtung zu einer Tankkammer 18,
einer Verbraucherkammer 20, einer Bogenkammer 22,
einer Druckwaagenkammer 24, einer Druckkammer 26,
einer weiteren Bogenkammer 28, einer Verbraucherkammer 30 und
zu einer weiteren Tankkammer 32 erweitert. Die beiden Tankkammern 18, 32 sind über
Ablaufkanäle 34, 36 mit dem Tankanschluss
T, die beiden Verbraucherkammern 20, 30 über
jeweils einen Verbraucherkanal 38, 40 mit der
Rücklaufleitung 10 bzw. der Vorlaufleitung 12 und
die beiden Bogenkammern 22, 28 sind über
einen Bogenkanal 42 mit dem Ausgang der Druckwaage 5 verbunden.
Deren Eingangsanschluss steht über einen Druckwaagenkanal 44 mit
der Druckwaagenkammer 24 in Druckmittelverbindung. Die
etwa mittig angeordnete Druckkammer 26 ist über
einen nicht dargestellten Zulaufkanal mit dem Druckanschluss P verbunden.
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Am
Ventilschieber 14 sind eine Vielzahl von Steuernuten ausgebildet,
durch die in der Darstellung gemäß 1 von
links nach rechts eine Verbrauchersteuerkante 48, eine
Messblendensteuerkante 50 mit in Axialrichtung wechselseitigen
Steuerkerben, eine weitere Verbrauchersteuerkante 52 sowie durch
die in 1 rechte Steuernut eine weitere Tanksteuerkante 54 ausgebildet
werden. Der Ventilschieber 14 ist des Weiteren mit einer
abgestuften Axialbohrung 56 versehen, die stirnseitig durch
zwei in den Ventilschieber 14 eingeschraubte Verschlussschrauben 58 verschlossen
ist.
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In
dem in 1 linken Teil der Axialbohrung 56 ist
ein Regenerationsschieber 60 axial verschiebbar ausgeführt, über
den beim Ausfahren einer Kolbenstange 62 (siehe Pfeil in 1)
der sich verkleinernde kolbenstangenseitige Ringraum 6 mit
dem sich vergrößernden Zylinderraum 8 verbindbar
ist, so dass der aus dem Ringraum 6 abströmende
Druckmittelvolumenstrom zu dem in den Zylinderraum 8 strömenden
Druckmittelvolumenstrom summiert wird.
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Die
im Folgenden noch näher erläuterte Druckwaage
5 ist
mit einem zweiteiligen Druckwaagenschieber
64 ausgeführt.
Dieser hat ein gegen einen Sitz
66 vorgespanntes Unterteil
68, über
das eine Lasthaltefunktion realisierbar ist, und ein Oberteil
70, über
das die eigentliche Druckwaagenfunktion erfüllt wird. Durch
den Druckwaagenschieber
64 wird der Öffnungs-
oder Drosselquerschnitt zwischen dem Druckwaagenkanal
44 und
dem Bogenkanal
42 bestimmt. Der Druckwaagenschieber
64 ist
im Sinne einer Vergrößerung des Drosselquerschnitts
durch den Druck im Druckwaagenkanal
44, d. h. dem Druck stromabwärts
der Messblende
7 beaufschlagt. Im Sinne einer Verringerung
dieses Drosselquerschnitts wirkt auf die in
1 oben liegende
Rückseite des Oberteils
70 der Druck in einer
LS-Kammer
72, die an eine Lastmeldeleitung
74 angeschlossen
ist, über die der höchste Lastdruck aller angesteuerten
Verbraucher des mobilen Arbeitsgerätes abgegriffen wird. Der
Grundaufbau dieser Druckwaage
5 ist aus der eingangs zitierten
DE 10 2006 049 584
A1 bekannt, so dass unten anhand
2 lediglich
noch einige zum Verständnis der Funktion erforderlichen
Details erläutert werden.
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Der
Ventilschieber 14 des Wegeventils 4 ist gemäß 1 über
eine beidseitig wirkende Zentrierfederanordnung 76 in seine
dargestellte Neutralposition vorgespannt, in der die beiden Verbraucheranschlüsse
A, B mit Bezug zum Druckanschluss P und zum Tankanschluss T abgesperrt
sind, so dass der Hubzylinder 2 eingespannt ist. Zum Ansteuern
des Hubzylinders 2 (Ausfahren, Einfahren) wird der Ventilschieber 14 aus
seiner dargestellten Neutralposition – wie im Folgenden
noch näher erläutert – verschoben. Diese
Verstellung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel
hydraulisch durch Anlegen einer Steuerdruckdifferenz in an die Stirnseiten
des Ventilschiebers 14 angrenzenden Federräumen 78, 80.
Diese sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch
seitlich auf die Ventilscheibe aufgesetzte Federgehäuse 82, 84 begrenzt,
an denen jeweils ein Steueranschluss x, y ausgebildet ist. An diese
Steueranschlüsse x, y können beispielsweise als Druckreduzierventile
ausgeführte Vorsteuerventile angeschlossen werden, um die
genannte Steuerdruckdifferenz zum Verstellen des Ventilschiebers 14 aufzubringen.
Anstelle einer hydraulischen Betätigung kann selbstverständlich
auch eine elektrische Betätigung über Proportionalmagneten
erfolgen.
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Weitere
Einzelheiten werden nunmehr anhand der vergrößerten
Detaildarstellung gemäß 2 erläutert.
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2 zeigt
den in 1 rechten Teil des Ventilschiebers 14 und
der zweiteiligen Druckwaage 5 in vergrößerter
Darstellung. Man erkennt, dass die zweiteilige Druckwaage eine rechtwinklig
zum Ventilschieber 14 in die Ventilscheibe eingesetzte
Ventilbuchse 86 hat, die mit einem oder mehreren Manteldurchbrüchen
versehen ist, über die eine in Schließrichtung
wirksame Steuerfläche 90 des in der Ventilbuchse 86 geführten
Oberteils 70 des Druckwaagenschiebers 64 mit dem
Druck in der LS-Kammer 72 beaufschlagt ist. Dabei ist im
Mantel der Ventilbuchse 86 eine in der LS-Kammer 72 mündende
LS-Bohrung 89 ausgebildet, über die der von der
Steuerfläche 90 begrenzte Steuerraum mit der LS-Kammer 72 verbunden
ist. In den Innenraum des tassenförmigen Oberteils 90 taucht
das Unterteil 68 ein, das über eine schwache Feder 92 gegen
den Sitz 66 im Mündungsbereich des Druckwaagenkanals 44 vorgespannt
ist. Die Feder 92 stützt sich an der Innenbodenfläche
des Oberteils 70 ab. Das Unterteil 68 ist mit
einer Durchgangsbohrung 94 versehen, so dass in dem vom
Oberteil 70 und vom Unterteil 68 begrenzten Raum 96 der
gleiche Druck anliegt. Dieser Druck wirkt auch auf die in 2 unten
liegende, zum Druckkanal 44 weisende Stirnfläche 98 des
Unterteils.
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Bei
unbetätigten Verbrauchern befindet sich das Oberteil 70 in
seiner dargestellten Position, bei der der Manteldurchbruch 88 in Überdeckung
mit Radialbohrungen 100 im Mantel des Oberteils 70 steht, so
dass der Druck im Raum 96 und somit der Druck in dem Druckwaagenkanal 44 in
den LS-Raum 72 gemeldet wird. Bei Ansteuerung zumindest
eines Verbrauchers wirkt der höchste Lastdruck auf die
Steuerfläche 90, so dass das Oberteil 70 gegen
die Kraft der schwachen Feder 92 nach unten verschoben wird
bis er auf dem Unterteil 68 zu liegen kommt. Bei Ansteuerung
des der dargestellten Wegeventilscheibe 1 zugeordneten
Verbrauchers wird der Druckwaagenschieber 64 dann in eine
Drosselstellung verschoben, in der Gleichgewicht zwischen der auf
die Steuerfläche 90 wirkenden Kraft (resulierend
aus dem Druck im LS-Raum (höchster Lastdruck der Verbraucher))
und der aus Druck im Druckwaagenkanal 44 resultierenden
Kraft besteht. D. h. die Druckmittelströmung über
die zweiteilige Druckwaage 5 wird so angedrosselt, dass
vor der Druckwaage ein etwa dem höchsten Lastdruck entsprechender
Druck und stromabwärts der Druckwaage, d. h. im Bogenkanal 42 der
individuelle Lastdruck anliegt.
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In
dem Fall, in dem der Druck im Druckwaagenkanal 44 absackt,
wird das Unterteil 68 in seine dargestellte Schließposition
verstellt und erfüllt somit die Lasthalte funktion. Bei
dieser Lösung sind somit keine gesonderten Lasthalteventile
im Bogenkanal 42 angeordnet.
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Hinsichtlich
weiterer Details der zweigeteilten Druckwaage wird Einfachheit halber
auf die
DE 10
2006 049 584 A1 der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarung
zu derjenigen der vorliegenden Anmeldung zu zählen ist.
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Wie
vorstehend ausgeführt, hat der Ventilschieber 14 eine
Axialbohrung 56, deren in 1 rechter
Teil sich bis etwa in den Bereich der Messblendensteuerkante 50 erstreckt
und dabei einen Druckkanal 102 ausbildet, der gemäß 1 über
zumindest eine Mantelbohrung 104 des Ventilschiebers 14 in
der Verbraucherkammer 30 mündet.
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Der
in 2 linke Endabschnitt des Druckkanals 102 mündet
in einem radial zurückgesetzten Führungsabschnitt 106,
in dem ein Endabschnitt eines Stufenkolbens 108 geführt
ist. Die zum Druckkanal 102 weisende Stirnfläche
des Stufenkolbens 108 hat eine Stirnfläche mit
den Durchmesser d, die mit dem Druck im Druckkanal 102 beaufschlagt
ist. Im Anschluss links (2) an den Führungsabschnitt 106 erweitert
sich die Axialbohrung 56 zu einer Schieberbohrung 110,
in der der Regenerationsschieber 60 geführt ist
und in die ein größerer Kolbenabschnitt 112 des
Stufenkolbens 108 eintaucht.
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Der
Regenerationskolben 60 wird in der dargestellten Grundposition über
eine Steuerfeder 114 in eine Anlageposition an den Kolbenabschnitt 112 des
Stufenkolbens 108 vorgespannt. Der Durchmesser D der Ventilbohrung 110 ist
wesentlich größer als der Durchmesser d des kleineren
Endabschnitts des Stufenkolbens 108. Erfindungsgemäß beträgt
das Durchmesserverhältnis D/d, mehr als 2, beispielsweise
11/4, so dass sich dann ein Flächenverhältnis
von etwa 7.5 einstellt.
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Gemäß der
Darstellung in 2 hat der Regenerationsschieber 70 einen
Endbund 116, durch den eine Endbundsteuerkante 118 ausgebildet
wird, die in der dargestellten Grundposition mit negativer Überdeckung
zu einem Mantelbohrungsstern 120 des Ventilschiebers 14 angeordnet
ist. Die Mündung dieses Mantelbohrungssterns 120 ist
in der dargestellten Neutralposition durch einen Gehäusesteg
gegenüber dem Bogenkanal 42 versperrt.
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Im
mittleren Bereich des Regenerationsschiebers 60 ist ein
Steuerbund 122 ausgebildet, dessen in 2 rechte
Ringstirnfläche eine Tanksteuerkante 124 ausbildet.
Durch den Steuerbund 122 einerseits und den Endbund 116 andererseits
ist ein verbraucheran-schlussseitiger Ringraum 126 begrenzt,
der über einen Mantelbohrungsstern 128 des Ventilschiebers
mit der Verbraucherkammer 20 verbunden ist.
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In
der Relativposition gemäß 2 ist im
Bereich des Steuerbunds 122 im Mantel des Ventilschiebers 14 ein
Tankbohrungsstern 129 ausgebildet, der zur Verbraucherkammer 20 hin
offen ist. Der Tankbohrungsstern 129 wird in der dargestellten Grundposition
jedoch von dem Steuerbund 122 des Regenerationsschiebers 60 überdeckt.
Die Steuerfeder 114 ist in einem einerseits von der linken
Stirnfläche des Steuerbunds 122 und andererseits
von der Verschlussschraube 58 begrenzten tankseitigen Ringraum 130 angeordnet.
Dieser tankseitige Ringraum 130 und ein von der rechten
(2) Stirnfläche des Endbunds 116 begrenzter
Stirnraum 132 sind über eine den Regenerationsschieber 60 in
Axialrichtung durchsetzenden Blendenbohrung 134 miteinander verbunden.
Der tankseitige Ringraum 130 ist über eine Tankbohrung 136 stets
zur Tankkammer 18 hin entlastet, so dass entsprechend die
Stirnflächen des Regenerationsschiebers 60 mit
Tankdruck beaufschlagt sind.
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Zum
Ausfahren des Hubzylinders 2 wird der Ventilschieber 14 aus
der in 1 dargestellten Neutralposition durch Beaufschlagen
mit einer entsprechenden Steuerdruckdifferenz nach links verschoben,
so dass gemäß 3 über
die Messblendensteuerkante 50 ein Durchflussquerschnitt
zwischen der Druckkammer 26 und der Druckwaagenkammer 24 aufgesteuert
wird. Dieser Öffnungsquerschnitt der Messblende 7 bestimmt
den Druckmittelvolumenstrom zum Hubzylinder 2. Durch diese
Verschiebung wird des Weiteren über die Tanksteuerkante 54 die Druckmittelverbindung
zwischen der Tankkammer 32 und der dem Anschluss B zugeordneten
Verbraucherkammer 30 zugesteuert und über die
Verbrauchersteuerkante 52 die Druckmittelverbindung zwischen
der letztgenannten Verbraucherkammer 30 und dem Bogenkanal 42 aufgesteuert.
Das Druckmittel kann dann über die Druckkammer 26,
die auf gesteuerte Messblende 7 und die Druckwaagenkammer 24 zum
Eingang der Druckwaage 5 strömen, deren Druckwaagenschieber 64 gemäß den
vorstehenden Ausführungen in Schließrichtung vom
größten Lastdruck und in Öffnungsrichtung
von dem Druck in der Druckwaagenkammer 24 beaufschlagt
ist. In der Regelposition der Druckwaage 5 wird der Druckmittelvolumenstrom
so angedrosselt, dass sich in der Druckwaagenkammer 24 ein
etwa dem höchsten Lastdruck entsprechender Druck und am
Ausgang der Druckwaage, d. h. im Kanal 42 ein dem individuellen
Lastdruck entsprechender Druck einstellt.
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Über
den Bogenkanal 42 strömt das Druckmittel dann
zu dem von der Verbrauchersteuerkante 52 aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt
und von dort über die Verbraucherkammer 30, den
Verbraucherkanal 40 (siehe 1) und die
Vorlaufleitung 12 in den bodenseitigen Zylinderraum 8 des
Hubzylinders 2, so dass die Kolbenstange 62 ausgefahren
wird. Das aus dem Ringraum 6 verdrängte Druckmittel strömt
dann über die Rücklaufleitung 10, den
Verbraucherkanal 38 (siehe 1) in die
ablaufseitige Verbraucherkammer 20 und über den
Mantelbohrungsstern 128 in den verbraucherseitigen Ringraum 126.
Der Regenerationsschieber 60 ist in diesem Betriebszustand
noch in seine Grundposition vorgespannt, in der der Steuerbund 122 den
Tankbohrungsstern 129 verschließt.
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Dabei
ist der tankseitige Ringraum 130 über die Tankbohrung 136 zum
Tank hin entlastet. Auf die kleinere Stirnfläche mit dem
Durchmesser d Stufenkolbens 108 wirkt der Druck in der
Verbraucherkammer 30, der etwa dem individuellen Lastdruck
entspricht. Dieser Lastdruck wird über die Mantelbohrung 104 in
den Druckkanal 102 gemeldet. Die Kraftresultierende wird
dabei auf den Regenerationsschieber 60 übertragen,
der jedoch zunächst durch die Kraft der Steuerfeder 114 in
seiner dargestellten Regenerationsposition gehalten wird.
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Wie
vorstehend erwähnt, ist der Manteldurchbruchsstern 120 in
der dargestellten Grundposition durch die Endbundsteuerkante 118 geöffnet,
so dass das Druckmittel von der Verbraucherkammer 20 über
den Mantelbohrungsstern 128, den Ringraum 126 und
den Manteldurchbruchsstern 120 in den Bogenkanal 42 einströmt
und somit zu dem über die Messblende 7 eingestellten
Druckmittelvolumenstrom summiert wird – die Wegeventilanordnung
befindet sich in ihrem Regenerationsmodus, so dass der Hubzylinder 2 im
Eilgang ausgefahren wird und somit beispielsweise der Löffel
mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit abgesenkt wird.
Aufgrund der Einspannung des Hubzylinders 2 ist dabei die Grableistung
relativ gering, so dass zur Erhöhung der Grableistung vom
Regenerationsmodus in den Normalbetrieb umgeschaltet werden sollte.
Dies erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung
selbsttätig.
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Bei
Ansteigen des Lastdrucks in dem Druckkanal 102 auf einen
vorbestimmten maximalen Regenerations-Lastdruck kann dann der Stufenkolben 108 die
Kraft der Steuerfeder 114 überwinden, so dass
der Regenerationskolben 60 aus seiner in 3 dargestellten
Position nach links in die in 4 dargestellte
Position verschoben wird. Dabei wird über die Endbundsteuerkante 118 des
Regenerationsschiebers 60 der Manteldurchbruchsstern 120 zugesteuert
und über die Tanksteuerkante 124 des Steuerbunds 122 der
Tankbohrungsstern 129 aufgesteuert. Das Druckmittel strömt
dann vom ablaufseitigen Verbraucherkanal 38 in die Verbraucherkammer 20 und
von dort Ober den Mantelbohrungsstern 128 in den verbraucherseitigen
Ringraum 126 und dann über den aufgesteuerten
Tankbohrungsstern 129 zur Tankkammer 118 und von
dort zum Tank T ab. Der tankseitige Ringraum 130 ist dabei über
einen Ringspalt 138 zwischen dem Außendurchmesser
des Steuerbunds 120 und der Innenumfangswandung des den
Ringraum 130 begrenzenden Teils der Schieberbohrung 110 mit
der Tankbohrung 136 verbunden. Dieser Ringspalt 138 wird
beim dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch ausgebildet,
dass der Durchmesser der Schieberbohrung 110 vom Ringraum 130 aus
bis in den Bereich der Tankbohrung 136 etwas größer
als der Außendurchmesser des Steuerbunds 138 ausgebildet
ist.
-
Wie
aus 4 hervorgeht, wird über die durch die
rechte Stirnfläche des Endbunds 116 gebildete
Stirnflächensteuerkante 140 die Druckmittelverbindung
zwischen dem Manteldurchbruchsstern 120 und dem von dem
Endbund 116 abschnittsweise begrenzten Steuerraum 142 aufgesteuert,
so dass entsprechend der Regenerationsschieber 60 in Pfeilrichtung
(nach links in 4) mit dem Druck im Bogenkanal
beaufschlagt ist. Da beim beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Stirnfläche des Endbunds 116 um das 7.5fache
größer als die kleiner Fläche des Stufenkolbens 108 ausgeführt
ist, verbleibt der Regenerationskolben 60 in seiner dargestellten
Position, auch wenn der Druck im bodenseitigen Zylinderraum 8 unter
den über die Steuerfeder 114 eingestellten Umschaltdruck
absinkt. D. h. das Umschalten vom Regenerationsmodus (3)
in den in 4 dargestellten Powermodus,
in dem das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Ringraum 6 zum
Tank T hin abströmt, erfolgt beispielsweise bei 150 bar.
Aufgrund des vorbeschriebenen Flächenverhältnisses D/d
würde dann das Zurückschalten auf den Regenerationsmodus
entsprechend erst bei 20 bar (Flächenverhältnis
7.5) erfolgen.
-
Der
leichte Steuerölverlust vom Steuerraum 142 über
die Blendenbohrung 134 ist dabei vernachlässigbar,
so dass im Normalbetrieb (Powermodus) im Steuerraum 142 der
Lastdruck anliegt, während im tankseitigen Ringraum 130 Tankdruck
anliegt. Dieser liegt auch etwa in dem rücklaufseitigen
Ringraum 126 an. Wenn der Druck im Steuerraum 142 unter
diese 25 bar absinkt, wird der Regenerationskolben 60 durch
die Kraft der Steuerfeder 114 wieder in seine Regenerationsposition
(2) zurückverstellt, wobei dann über
die Stirnflächensteuerkante 140 die Druckmittelverbindung
zum Bogenkanal 42 zugesteuert und über die rückseitige
Endbundsteuerkante 118 die Druckmittelverbindung zwischen
dem verbraucherseitigen Ringraum 126 und dem Manteldurchbruchsstern 120 und
somit mit dem Bogenkanal 42 wieder aufgesteuert wird. Die
Druckentlastung des Druckraums 142 erfolgt dann über
die Blendenbohrung 134 und den tankseitigen Ringraum 136 zum
Tank T hin.
-
Selbstverständlich
können je nach Anwendungsfall auch andere Flächenverhältnisse
und Federraten zur Bestimmung des Umschaltens zwischen Regenerationsmodus
und Normalbetrieb vorgesehen werden.
-
Offenbart
ist eine Wegeventilanordnung mit einem Ventilschieber zur Steuerung
der Druckmittelverbindung zwischen einem Druckanschluss, einem Tankanschluss
und zwei Verbraucheranschlüssen. In einem Regenerationsmodus
kann das Druckmittel von einem sich verkleinernden Druckraum zu
dem Druckmittelvolumenstrom zum sich vergrößernden Druckraum
summiert werden. Erfindungsgemäß wird vom Regenerationsmodus
bei Überschreiten eines vorbestimmten Lastdrucks über
einen zusätzlichen Regenerationsschieber selbsttätig
in den Normalbetrieb umgeschaltet, in dem das Druckmittel von dem sich
verkleinernden Druckraum zum Tank abströmt.
-
- 1
- Wegeventilscheibe
- 2
- Hubzylinder
- 4
- Wegeventil
- 5
- Druckwaage
- 6
- Ringraum
- 7
- Messblende
- 8
- Zylinderraum
- 10
- Rücklaufleitung
- 12
- Vorlaufleitung
- 14
- Ventilschieber
- 16
- Ventilbohrung
- 18
- Tankkammer
- 20
- Verbraucherkammer
- 22
- Bogenkammer
- 24
- Druckwaagenkammer
- 26
- Druckkammer
- 28
- Bogenkammer
- 30
- Verbraucherkammer
- 32
- Tankkammer
- 34
- Ablaufkanal
- 36
- Ablaufkanal
- 38
- Verbraucherkanal
- 40
- Verbraucherkanal
- 42
- Bogenkanal
- 44
- Druckwaagenkanal
- 48
- Verbrauchersteuerkante
- 50
- Messblendensteuerkante
- 52
- Verbrauchersteuerkante
- 54
- Tanksteuerkante
- 56
- Axialbohrung
- 58
- Verschlussschraube
- 60
- Regenerationsschieber
- 62
- Kolbenstange
- 64
- Druckwaagenschieber
- 66
- Sitz
- 68
- Unterteil
- 70
- Oberteil
- 72
- LS-Kammer
- 74
- Lastmeldeleitung
- 76
- Zentrierfederanordnungm
- 78
- Federraum
- 80
- Federraum
- 82
- Federgehäuse
- 84
- Federgehäuse
- 86
- Ventilbuchse
- 88
- Manteldurchbruch
- 89
- LS-Bohrung
- 90
- Steuerfläche
- 92
- Feder
- 94
- Durchgangsbohrung
- 96
- Raum
- 98
- Stirnfläche
- 100
- Radialbohrung
- 102
- Druckkanal
- 104
- Mantelbohrung
- 106
- Führungsabschnitt
- 108
- Stufenkolben
- 110
- Schieberbohrung
- 112
- Kolbenabschnitt
- 114
- Steuerfeder
- 116
- Endbund
- 118
- Endbundsteuerkante
- 120
- Manteldurchbruchsstern
- 122
- Steuerbund
- 124
- Tanksteuerkante
- 126
- verbraucherseitiger
Ringraum
- 128
- Mantelbohrungsstern
- 129
- Tankbohrungsstern
- 130
- tankseitiger
Ringraum
- 132
- Stirnraum
- 134
- Blendenbohrung
- 136
- Tankbohrung
- 138
- Ringspalt
- 140
- Stirnflächensteuerkante
- 142
- Steuerraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0566449
A1 [0002, 0032]
- - DE 102006049584 [0004, 0032]
- - DE 102006002920 A1 [0005]
- - GB 2181519 A [0008]
- - DE 102006049584 A1 [0037, 0043]