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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilvorrichtung mit einer in einem Ventilgehäuse zumindest teilweise verlaufenden Fluidanschlussanordnung, beinhaltend Anschlüsse, wie
- – einen Druckmittelversorgungsanschluss (P),
- – einen Rücklaufanschluss (R),
- – einen Load-Sensing-Anschluss (LS),
- – zwei Steueranschlüsse (P'A, P'B),
- – zwei Nutzanschlüsse (A, B),
und mit einem in dem Ventilgehäuse bewegbaren Ventilelement zum Ansteuern der Anschlüsse der Fluidanschlussanordnung, wobei das Ventilelement auf zwei, an dem Ventilelement einander gegenüberliegenden Steuerseiten mit jeweils einem Steuerdruck (XA, XB) an den Steueranschlüssen beaufschlagbar ist.
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Die
WO 2006/005496 A1 zeigt und beschreibt eine hydraulische Ventilvorrichtung, insbesondere eine Hubwerksventilanordnung für einen Dreipunktkuppler eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, mit zwei Arbeitsanschlüssen. Die beiden Arbeitsanschlüsse sind mit doppelt wirkenden Hydrozylindern zum Heben bzw. Senken von an den Drehpunktkuppler angebauten landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten vorgesehen. In einer Arbeitsleitung ist ein vorzugsweise proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil vorgesehen, über das der Druck in der betreffenden Arbeitsleitung auf einen veränderbaren Maximalwert begrenzt werden kann. Der Druck in der betreffenden Arbeitsleitung wird vorzugsweise in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des angebauten landwirtschaftlichen Gerätes und/oder des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs begrenzt, so dass entsprechend der Auflagedruck beispielsweise eines Bodenbearbeitungsgerätes einstellbar und variierbar ist. Zur Ansteuerung der Ventilvorrichtung in Form eines Schieberkolbens des Wegeventils dient ein Steuer- oder Pilotventil, dessen fluidführende Ausgangsanschlüsse an zwei Steuerleitungen angeschlossen sind, die jeweils zu den stirnseitigen Steuerräumen des Wegeventils geführt sind. Die Ventilvorrichtung ist vorzugsweise als Load-Sensing-System ausgebildet, wobei eine Druckwaage als Individualdruckwaage dem Wegeventil zugeordnet ist, über die ein Druckmittelvolumenstrom zu einem der Arbeitsanschlüsse strömt. Die Druckwaage ist in Öffnungsrichtung vom höchsten Lastdruck der betreffenden Hubzylinder oder anderer mit der Ventilvorrichtung betriebener Verbraucher beaufschlagt. Jeweils einem Nutzanschluss der Ventilvorrichtung ist ein Senkenmodul zugeordnet, das in seiner einen Schaltstellung als entsperrbares Rückschlagventil zur leckölfreien Einspannung des betreffenden Hubzylinders der Hubwerksventilanordnung dient und in einer zweiten Schaltstellung, die eine Regelposition darstellt, den vom Hubzylinder zurückströmenden Druckmittelvolumenstrom im Sinne einer Ablaufregelung steuert.
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Die
EP 1 370 773 B1 offenbart ein Wegeventil zur Steuerung des Druckes und des Flusses von Hydrauliköl von bzw. zu Nutzanschlüssen mindestens eines Verbrauchers, bei dem der Druck und der Durchfluss mittels eines durch mindestens einen Antrieb betätigbaren, in einer Schieberbohrung verschiebbaren Schieberkolbens als Steuereinrichtung und damit in Wirkverbindung stehenden Ringkanälen als Teil der Fluidanschlussanordnung steuerbar ist. Der Schieberkolben als Bestandteil der bekannten Steuereinrichtung wird von einer Ansteuereinheit angesteuert, die den jeweiligen Steuerdruck auf den gegenüberliegenden Steuerseiten des Schieberkolbens vorgibt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ventilvorrichtungen dahingehend zu verbessern, dass in einer sehr bauraumsparenden Bauweise eine Ventilvorrichtung geschaffen ist, um ein oder mehrere Hubzylinder sowohl gleichmäßig und last-unabhängig zu heben als auch zu senken.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine hydraulische Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 eine Rücklaufdruckwaage zur druckunabhängigen Volumenstromregelung des Volumenstroms von einem der Nutzanschlüsse zu dem Rücklaufanschluss an der Ventilvorrichtung in dem Ventilelement der Ventilvorrichtung, insbesondere deren Fluidanschlussanordnung, integriert ist, ist eine konstruktive Maßnahme angegeben, die Ventilvorrichtung in ihrem Bauraumbedarf zu minimieren. Zudem ergibt sich hierbei ein verminderter Herstellungs- und Montageaufwand und insgesamt eine im Vergleich zum Stand der Technik verminderte Anzahl an Dichtstellen. Dadurch verbessert sich insgesamt die Genauigkeit der Funktion der Rücklaufdruckwaage. Die Rücklaufdruckwaage ist in der Lage, das Druckgefälle bei einem Senkenvorgang über ihre Rücklaufblende konstant zu halten und insgesamt eine druckunabhängige Volumenstromregelfunktion zu realisieren. Es ist zweckmäßig, die Rücklaufdruckwaage von einem Zulaufdruck eines Zulaufvolumenstroms eines an den Nutzanschlüssen anschließbaren Verbrauchers zu regeln. Wird beispielsweise eine von einem als Hubzylinder gebildeten Verbraucher angehobene Last abgesenkt, so herrscht an einer Rücklaufblende der Rücklaufdruckwaage die Druckdifferenz aus einem Lastdruck und dem Druck in einem Druckmittelbehälter oder Tank.
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Das über die Rücklaufblende abfallende Druckgefälle wird demnach von dem Beladungszustand, also dem Lastdruck des Verbrauchers neben des geringen Einflusses des Tankdrucks definiert. Die Rücklaufdruckwaage hält das Druckgefälle über die Rücklaufblende des Steuerschiebers konstant, so dass hiermit eine konstruktive Maßnahme angegeben ist, auch für das Senken der Last eine druckunabhängige Volumenstrom-Regelfunktion bereitstellen zu können.
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Ein Druckwaagenkolben der Rücklaufblende ist bevorzugt axial verfahrbar in dem Ventilelement der Fluidanschlussanordnung angeordnet. Dabei dient bevorzugt der Druckwaagenkolben als Mittel, um auch den aktuellen Lastdruck innerhalb der hydraulischen Ventilvorrichtung während eines Hebevorganges an eine Individualdruckwaage weiterzuleiten. Die Individualdruckwaage garantiert dabei, dass der zulaufseitige Druckmittelvolumenstrom proportional zum Öffnungsquerschnitt der Zulaufblende der Individualdruckwaage ist. Der Lastdruck wird in oder an den Druckwaagenkolben dabei über einen Längskanal, vorzugsweise über eine Längsnut, an der Oberfläche des Druckwaagenkolbens weitergeleitet. Der Längskanal bzw. die Längsnut kommt dabei mit Radialöffnungen im Ventilelement der hydraulischen Ventilvorrichtung in Überdeckung, so dass ein Arbeitsdruck auch während eines Heben-Vorgangs eines als Hydrozylinder gebildeten hydraulischen Verbrauchers über ein Bauelement der Rücklaufdruckwaage weitergeleitet wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der hydraulischen Ventilvorrichtung dienen zur Lastdruckweiterleitung an dem Druckwaagenkolben vorgesehene, diametral einander gegenüberliegende Längsnuten an dessen Oberfläche.
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Der Druckwaagenkolben weist vorzugsweise eine zentral in seinem Inneren axial verlaufende Kanalführung auf, die mit dem Rücklauflastdruck beaufschlagt ist und die dazu dient, den aktuellen Lastdruck des abfließenden Druckmittels an eine einer Regelfeder für den Druckwaagenkolben zu dessen Rückstellung gegenüberliegenden Stirnseite des Druckwaagenkolbens zu melden. Zur Bedämpfung der Stellbewegungen des Druckwaagenkolbens kann in der axial verlaufenden Kanalführung in dem Druckwaagenkolben eine Einrichtung zur Dämpfung des Lastdruckes des zurücklaufenden Druckmittels vorgesehen sein. Die Einrichtung zur Dämpfung kann hierbei eine Blende, eine Drossel oder besonders bevorzugt eine Dämpfungsdüse mit im Vergleich zu den vorgenannten Einrichtungen zur Dämpfung verlängerten Laufstrecke des Druckmittels sein. Das Ventilelement der Fluidanschlussanordnung weist radiale Kanalabschnitte zu oder von dem Verbraucher zu dem Druckwaagenkolben auf und von dem Druckwaagenkolben wiederum zum Druckmitteltank auf. Dabei ist es zweckmäßig, das rückströmende Druckmittel aus dem Verbraucher durch einen radialen Kanalabschnitt in dem Ventilelement der Fluidanschlussanordnung und über eine anschließende Regelkante der Rücklaufdruckwaage zuzuführen, wobei das Druckmittel über eine Rücklaufblende anschließend in den Rücklaufanschluss der hydraulischen Ventilvorrichtung abgeleitet wird. Die Rücklaufdruckwaage hält hierbei die Druckdifferenz über die genannte Rücklaufblende konstant.
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Es ist zweckmäßig, den Maximalhub des Druckwaagenkolbens über einen in dem Ventilelement der hydraulischen Ventilvorrichtung angeordneten Anschlag zu begrenzen.
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Zur Sicherstellung einer einwandfreien Funktion der Rücklaufdruckwaage ist es zweckmäßig, eine Verdrehsicherung für den Druckwaagenkolben in dem Ventilelement der hydraulischen Ventilvorrichtung vorzusehen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße hydraulische Ventilvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Ventilvorrichtung;
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2 einen Längsschnitt durch ein Ventilelement mit einer darin integrierten Rücklaufdruckwaage in der hydraulischen Ventilvorrichtung in 1;
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3 einen weiteren Längsschnitt durch das Ventilelement mit Rücklaufdruckwaage der hydraulischen Ventilvorrichtung;
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4 einen aufgelösten Schaltplan der hydraulischen Ventilvorrichtung in 1.
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In 1 ist in einem Längsschnitt eine als Ganzes mit 1 bezeichnete hydraulische Ventilvorrichtung mit einer in einem Ventilgehäuse 2 verlaufenden Fluidanschlussanordnung 3 gezeigt. Die dahingehende Fluidanschlussanordnung 3 weist einen Druckversorgungsanschluss P zur Bereitstellung eines Arbeits- oder Pumpendruckes auf. Des weiteren weist die Fluidanschlussanordnung 3 einen Rücklaufanschluss R, einen Load-Sensing-Anschluss LS, zwei Steueranschlüsse P'A, P'B sowie zwei Nutzanschlüsse A, B auf. Die genannten Fluidanschlüsse P, R, LS, P'A, P'B und A, B sind in einem Steuergehäuse 20 als Teil des Ventilgehäuses 2 untergebracht. In Betrachtungsrichtung der 1 ist im Bereich des unteren rechten Steuergehäuses 20 in einer Ringkanalanordnung 21 eine Zulaufdruckwaage 22 angeordnet. Die Zulaufdruckwaage 22, die auch in 4 gezeigt ist, hält während eines Betriebs eines Verbrauchers 8, hier eines einfach wirkenden Hydrozylinders 23, die Druckdifferenz über eine Zulaufblende 24 in einem Ventilelement 4 der Fluidanschlussanordnung 3 konstant. Das Ventilelement 4 ist als zylindrischer Steuerschieber 25 (vgl. 2, 3) gebildet. Somit ist eine lastdruckunabhängige Druckmittelvolumenstromregelung im Zulauf des Verbrauchers 8 dargestellt.
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Des weiteren ist die erfindungsgemäße hydraulische Ventilvorrichtung 1 mit einer als Ganzes mit 26 bezeichneten Steuereinrichtung ausgestattet. Als wesentliches Steuerelement der Steuereinrichtung 26 dient das Ventilelement 4, das in dem gleichen Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 als zylinderförmiger Steuerschieber 25 ausgebildet ist. Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Steuerschiebers 25 ist hinreichend bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
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Zum Ansteuern des Steuerschiebers 25 und zur Initiierung einer horizontalen Verfahrbewegung des Steuerschiebers 25 dient eine als Ganzes mit 28 bezeichnete Ansteuereinheit, die als wesentliche Komponente zwei bekannte und daher nicht mehr näher beschriebene Steuer- oder Pilotventile 29, 29' aufweist. Ausgangsseitig liefern die Pilotventile 29, 29' zwei gegenläufig wirkende Steuerdrücke XÄ bzw. XB, die in einem jeweiligen zuordenbaren Federraum 30, 30' anstehen. Die genannten Federräume 30, 30' befinden sich an jeweiligen axialen Enden bzw. an einer Steuerseite 5 und an einer Steuerseite 6 des Ventilelements 4.
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Die beiden Steuer- oder Pilotventils 29, 29' sind gemäß der Darstellung nach 1 in vertikaler Übereinanderanordnung dargestellt und ihre betätigbaren Ventilkolben 31, 31' weisen Einstellrichtungen auf, die parallel zu einer Längsachse 32 des Ventilelements 4 ausgerichtet sind.
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Das in Blickrichtung auf die 1 gesehen obere Pilotventil 29 steuert den Druck XA an der linken Steuerseite 5 am linken Ende des Steuerschiebers 25 an, wohingegen das untere Pilotventil 29' den Druck XB in der Ansteuerleitung zur rechten Steuerseite 6 des Steuerschiebers 25 vorgibt. Ein zusätzlicher Differential- oder Betätigungskolben ist hierbei nicht erforderlich. Wie insbesondere die 2 und 3 in zwei verschiedenen Längsschnitten durch das Ventilelement 4 zeigen, ist in das Ventilelement 4 der dahingehenden Fluidanschlussanordnung 3 eine als Ganzes mit 7 bezeichnete Rücklaufdruckwaage integriert. Als wesentliches Bauteil der Rücklaufdruckwaage 7 ist ein Druckwaagen-Kolben 9 zentriert und in Längsrichtung der Längsachse 32 des Ventilelements 4 angeordnet. Der Druckwaagen-Kolben 9 kommuniziert dabei mit verschiedenen, radial verlaufenden Kanalabschnitten 16, 17 in dem Ventilelement 4. Die Kanalabschnitte 16, 17 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in 2 als in einem senkrechten Winkel zu der Längsachse 32 angeordnete, zylindrische Bohrungen ausgeführt. Der in Blickrichtung auf die 2 linke Kanalabschnitt 16 dient zur Zuleitung von rückfließendem Druckmittel aus dem Verbraucher 8 über die Rücklaufdruckwaage 7, insbesondere über einen deren zugeordnete Regelkante 33 in deren Druckwaagen-Kolben 9 (vgl. 3) hin zu dem zweiten radialen Kanalabschnitt 17 in dem Ventilelement 4 und von dort über eine an den zweiten Kanalabschnitt 17 radial angrenzende Rücklaufblende 34 in den Rücklaufanschluss R in dem Ventilgehäuse 2.
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Die Rücklaufdruckwaage 7 hält hierbei über ihre Rücklaufblende 34 die Druckdifferenz konstant. Die Rücklaufblende 34 des Druckwaagen-Kolbens 9 hält das Druckgefälle aus Lastdruck und Tankdruck konstant, so dass insbesondere bei einem Senkenvorgang des Hydrozylinders 23 eine druckunabhängige Volumenstrom-Regelfunktion der hydraulischen Ventilvorrichtung 1 realisiert ist. Der Druckwaagen-Kolben 9 weist, wie dies die 1 bis 3 zeigen, eine zentral und axial verlaufende Kanalführung 11 in Form einer von der linken Steuerseite 5 des Druckwaagen-Kolbens 9 geführten stufenförmigen Sacklochbohrung auf. Dabei verringert sich der Innendurchmesser der Kanalführung 11 bei etwa einem Drittel ihrer axialen Länge, betrachtet von der linken Steuerseite 5 aus, geringfügig. Die Kanalführung 11 dient zur Lastdruckweiterleitung an den Verbraucher an eine einer Regelfeder 12 für den Druckwaagen-Kolben 9 gegenüberliegenden Stirnseite 13 des Druckwaagen-Kolbens. Wie insbesondere die 3 zeigt, ist eine das Lastsignal dämpfende bzw. vergleichmäßigende Einrichtung 14 zur Dämpfung des Lastdruckes in Form einer Dämpfungsdüse 15 in der Kanalführung 11 vorgesehen.
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Die 3 zeigt am Umfang des Druckwaagen-Kolbens 9 axial verlaufende nutartige Lastdruckweiterleitungskanäle 10. Die beiden diametral am Umfang des Druckwaagen-Kolbens 9 gegenüberliegenden Lastdruckweiterleitungskanäle 10 dienen zur Weiterleitung des Lastdruckes bei einem Druckmittelzulauf, insbesondere bei einem Hebenvorgang des Hydrozylinders 23 an den Load-Sensing-Anschluss LS der hydraulischen Ventilvorrichtung 1. An seiner rechten Steuerseite 6 weist der Druckwaagen-Kolben 9 eine Querschnittsverjüngung zur Darstellung eines Zentrierdornes 35 für seine Regelfeder 12 auf, wobei der Zentrierdorn 35, der axial im wesentlichen die Regelfeder 12 mit radialem Spiel durchgreift, einen Anschlag 19 zur Begrenzung der Verfahrbewegung des Druckwaagen-Kolbens 9 in dem Ventilelement 4 bildet. Der Federraum 36 der Regelfeder 12 ist über radiale Kanäle 37 (vgl. 2), die insbesondere als zylindrische Durchstichsbohrungen mit geringem Durchmesser gebildet sind, mit einem Druckmitteltank 18 (vgl. 4) bzw. mit dem Rücklaufanschluss R der hydraulischen Ventilvorrichtung 1 fluidführend verbunden. Dadurch ergibt sich eine gewünschte und durch die Wahl des Durchmessers der betreffenden radialen Kanäle 37 einstellbare Bedämpfung der Verfahrbewegung des Druckwaagen-Kolbens 9.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/005496 A1 [0002]
- EP 1370773 B1 [0003]
