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Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In mobilen Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Hydraulikbaggern oder Traktoren, erfolgt die Übertragung der von einem Primärenergiewandler, beispielsweise einem Dieselmotor, umgewandelten Leistung zu den einzelnen hydraulischen linearen oder rotatorischen Verbrauchern der Arbeitsausrüstungen durch hydraulische Antriebs- und Steuereinheiten. Die vom Dieselmotor angetriebene Pumpe fördert einen Druckmittelvolumenstrom zu einem Ventilblock, der das Öl an die hydraulischen Verbraucher verteilt.
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Eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung der Verbraucher ist aus der
EP 2 171 285 B1 bekannt. Bei dieser Steueranordnung werden mehrere Verbraucher über einen Steuerblock mit Druckmittel versorgt, wobei im Zulauf und im Ablauf jedes Verbrauchers eine stetig verstellbare Messblende, im Folgenden Zumessblende genannt, angeordnet ist. Zwischen der Zumessblende und dem Verbraucheranschluss ist jeweils ein Senkbremsventil vorgesehen, wobei das im Zulauf gelegene Senkbremsventil die Druckmittelverbindung zum Verbraucher freigibt und das im Ablauf gelegene Senkbremsventil vom Druck im Zulauf in Richtung seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist, so dass beispielsweise bei ziehender Last der Druckmittelvolumenstrom im Ablauf drosselbar ist. Durch diese aufgelöste Bauweise können die beiden dem Verbraucher zugeordneten Zumessblenden unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei aufgrund der einfachen Ventilkonstruktionen ein Plattformkonzept realisierbar ist.
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Problematisch bei der bekannten Lösung ist jedoch, dass keine lastdruckunabhängige Ansteuerung des Verbrauchers ermöglicht wird.
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Insbesondere bei der Druckmittelversorgung mobiler Arbeitsmaschinen werden sogenannte Load-Sensing-Steuerungen eingesetzt, bei denen der höchste Lastdruck der Verbraucher an eine Verstellpumpe gemeldet wird und diese so geregelt ist, dass in einer Pumpenleitung ein um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem Lastdruck liegender Pumpendruck anliegt.
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Dabei können den Zumessblenden einer Load-Sensing-Steuerung Individualdruckwaagen zugeordnet sein, die auch über den Zumessblenden der jeweils lastdruckniedrigeren hydraulischen Verbraucher eine konstante Druckdifferenz aufrechterhalten, so dass eine lastdruckunabhängige Ansteuerung des jeweiligen Verbrauchers ermöglicht ist.
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Bei einer üblicher Weise mit LS-Steuerung bezeichneten Steueranordnung sind die Individualdruckwaagen stromaufwärts der jeweiligen Zumessblenden angeordnet und drosseln zwischen der Pumpenleitung und den Zumessblenden den Druckmittelvolumenstrom so an, dass der Druck vor den Zumessblenden unabhängig vom Pumpendruck nur noch um eine bestimmte Druckdifferenz über dem individuellen Lastdruck liegt. Hier wird bei einer Unterversorgung der lastdruckhöchste Verbraucher langsamer, weil der vor dessen Zumessblende anstehende Pumpdruck abfällt und damit die Druckdifferenz über dieser Zumessblende kleiner wird.
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Bei einer sogenannten LUDV-Steuerung (lastdruckunabhängige Durchflussverteilung) sind die Individualdruckwaagen stromabwärts der Zumessblenden angeordnet und drosseln zwischen den Zumessblenden und dem Verbraucher den Fluidstrom so stark an, dass der Druck nach allen Zumessblenden gleich, vorzugsweise gleich dem höchsten Lastdruck ist oder leicht über diesem liegt. Hier ändert sich bei Unterversorgung an dem Druck stromabwärts 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 einer Unterversorgung der Pumpendruck kleiner wird und die Stromaufteilung zwischen den Zumessblenden erhalten bleibt – dementsprechend wird die Geschwindigkeit aller Verbraucher verhältnisgleich reduziert.
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Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in der
US 5,878,647 offenbart. Bei dieser LUDV-Steueranordnung sind jeder Bewegungsrichtung des Verbrauchers jeweils zwei Zumessblenden mit nachgeschalteter Individualdruckwaage zugeordnet, wobei eine Zumessblende mit zugeordneter Individualdruckwaage bei einer Druckmittelströmung zum jeweiligen Verbraucheranschluss und die andere Zumessblende mit zugeordneter Individualdruckwaage vom jeweiligen Verbraucheranschluss abströmenden Druckmittelvolumenstrom wirksam ist, so dass sowohl der Zulaufvolumenstrom als auch der Ablaufvolumenstrom lastkompensiert eingestellt werden kann. Nachteil dieser Lösung ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand, da jedem Verbraucher vier Messblenden und vier Individualdruckwaagen zugeordnet sind.
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Die
US 7 905 088 B2 offenbart eine Steueranordnung zur Anwendung bei mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Hydraulikbaggern in aufgelöster Bauweise, die ähnliche Nachteile wie die vorbeschriebene Lösung zeigt.
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Gegenüber dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung zu schaffen, die die Druckmittelversorgung von mehreren Verbrauchern mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung sind jedem einer Vielzahl von Verbrauchern zulaufseitig und ablaufseitig jeweils eine stetig verstellbare Zulaufmessblende und ein Senkbremsventil zugeordnet, wobei letzteres bei Umgehung der Zulaufmessblende ein Abströmen von Druckmittel vom Verbraucher zu einem Tank ermöglicht. Der Öffnungsquerschnitt des Senkbremsventils ist im Wesentlichen abhängig vom Druck im Zulauf, so dass bei einer ziehenden Last der Druckmittelvolumenstrom im jeweiligen Ablauf gedrosselt wird. Erfindungsgemäß ist zur lastdruckunabhängigen Ansteuerung der Verbraucher den beiden einem Verbraucher zugeordneten Zulaufmessblenden zumindest eine Individualdruckwaage zugeordnet. Über diese kann im Sinne einer LS- oder LUDV-Steuerung der Druckabfall über der im Zulauf gelegenen Zulaufmessblende konstant gehalten werden, so dass eine im Wesentlichen lastdruckunabhängige Druckmittelversorgung des Verbrauchers gewährleistet ist.
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Bei einer Variante ist die Steueranordnung als LS-System ausgeführt, wobei die Individualdruckwaage im Sinne einer Verringerung ihres Öffnungsquerschnitts vom Druck stromaufwärts der zugeordneten Zulaufmessblende und im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Lastdruck des jeweiligen Verbrauchers beaufschlagt ist.
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Alternativ kann die Steueranordnung auch als LUDV-System ausgeführt werden, wobei die Individualdruckwaage dann stromabwärts der zugeordneten Zulaufmessblende angeordnet ist und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Zulaufmessblende und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck der Verbraucher beaufschlagt ist.
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Bei einer derartigen Variante wird es bevorzugt, wenn zwischen dem Verbraucher und der stromabwärts der zugeordneten Zulaufmessblende angeordneten Individualdruckwaage ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das ein Abströmen des Druckmittels vom Verbraucher in Richtung zur Druckwaage sperrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Steueranordnung sieht vor, beiden einem Verbraucher zugeordneten Zulaufmessblenden jeweils eine Individualdruckwaage zuzuordnen.
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Der vorrichtungstechnische Aufwand bei einer derartigen Lösung kann verringert werden, wenn die Funktionalität dieser beiden Druckwaagen in einer Druckwaageneinheit zusammengefasst ist.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Senkbremsventile und auch die Zulaufmessblende in Sitzventilbauweise ausgeführt sind, wobei beide Ventiltypen eine Sperrstellung aufweisen, die ein Abströmen von Druckmittel vom Verbraucher leckagefrei sperren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zum Einstellen einer Schwimmstellung ein Schwimmstellungsventil vorgesehen, über das eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerkammer des jeweiligen Senkbremsventils mit einem Steuerdruck, vorzugsweise dem Pumpendruck beaufschlagbar ist.
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Die Senkbremsventile können jeweils mit einem additiven Offset ausgeführt sein, so dass es erst bei Überschreiten eines dem Offset entsprechenden Drucks im Ablauf öffnet. Auf diese Weise ist eine ablaufseitige Einspannung des Verbrauchers gewährleistet.
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Um eine Fehlbetätigung des im Zulauf gelegenen Senkbremsventils zu vermeiden, kann ein Wechselventil vorgesehen werden, dessen Eingänge einerseits in Steuerölverbindung mit einer den Zulaufdruck führenden Leitung und einer Steuerkammer des im Ablauf gelegenen Senkbremsventils und andererseits in Steuerölverbindung mit einer den Ablaufdruck führenden Leitung und einer Steuerkammer des im Zulauf gelegenen Senkbremsventils stehen und dessen Ausgang mit einer den Lastdruck führenden Leitung verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Steueranordnung wird vorzugsweise als Load-Sensing-Steuerung ausgeführt, wobei ein Pumpendruck einer Pumpe so geregelt ist, dass er um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten Lastdrucks der Verbraucher liegt.
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Diese Pumpe kann als Verstellpumpe oder eine Konstantpumpe mit Bypassventil ausgeführt sein.
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Insbesondere für Anwendungen in der Mobiltechnik wird es bevorzugt, wenn die Steueranordnung als Ventilblock ausgeführt ist, wobei jedem Verbraucher eine Ventilscheibe mit Zulaufmessblenden, Senkbremsventilen und Individualdruckwaage zugeordnet ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein stark vereinfachtes Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steueranordnung mit Ventilblock;
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2 eine Ventilscheibe eines derartigen Ventilblocks als LS-System;
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3 das LS-System aus 2 mit einer Freigangschaltung;
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4 eine als LUDV-System ausgeführte Ventilscheibe eines Ventilblocks gemäß 1;
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5 eine Variante des LUDV-Systems gemäß 3 und
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6 eine konkrete Ausgestaltung eines Senkbremsventils für eine Steueranordnung gemäß den 1 bis 5.
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Durch die im Folgenden erläuterten Steueranordnungen sollen hydraulische Verbraucher mit einem in beiden Verbraucherrichtungen umschalt- und steuerbarem Druckmittelvolumenstrom versorgt werden. Die Versorgung mit Druckmittel in den Zulauf der Verbraucher erfolgt dabei lastkompensiert und ist somit zum größten Teil nur mit von dem Öffnungsquerschnitt einer im Folgenden noch näher erläuterten Zulaufmessblende abhängig. Um die Abhängigkeit der sich einstellenden Verbrauchergeschwindigkeit nur vom Zulaufvolumenstrom zu realisieren, sind bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen in den ventilseitigen Rücklaufkanälen der Verbraucher vom Zulaufdruck entsperr- und regelbare Sperrventile vorgesehen. Sowohl die Zulaufventile als auch die vom Zulaufdruck entsperrten Sperrventile im Rücklauf sind vorzugsweise als vorgesteuerte und druckausgeglichene Sitzventile ausgeführt. Die Ansteuerung der sich im Eingriff befindenden Zulauf- und Rücklaufventile erfolgt unabhängig voneinander (aufgelöste Steuerkanten). Diese aufgelöste Bauweise ermöglicht es, ohne den Einsatz von beim Stand der Technik erforderlichen zusätzlichen Drucksensoren den Rücklaufvolumenstrom bei ziehenden Lasten vom Druckaufbau im Zulaufkanal abhängig zu machen. So kann im Betrieb weitestgehend die Senkengeschwindigkeit durch den Zulaufvolumenstrom vorgegeben werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Realisierung eines Plattformkonzepts bei dem die wesentlichen Elemente, wie das proportional ansteuerbare Zulaufventil in Sitzventilausführung, das proportional verstellbare Sperrventil im Rücklaufkanal in Sitzventilausführung, diverse Wechselventile sowohl bei Steueranordnungen in LS-Technik als auch bei Steueranordnungen in LUDV-Technik eingesetzt werden können. Ein derartiges Plattformkonzept ist bei Ventilen, bei denen ein Hauptsteuerschieber alle Öffnungsquerschnitte abbildet nicht zu realisieren. Grund ist die zum Teil sehr aufwendige Inbetriebnahme und Anpassung der Zu- und Ablaufmessblendenquerschnitte, vor allem bei LUDV-Ventilen mit der Hauptanwendung in Hydraulikbaggern. Die im Folgenden beschriebenen Sitzventile gewährleisten eine Leckagefreiheit, so dass bei der LS-Version keine zusätzlichen Maßnahmen, wie Rückschlagventile erforderlich sind.
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1 zeigt einen stark vereinfachten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Druckmittelversorgung mehrerer Verbraucher eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Baggers, eines Baggerladers, eines Mini- und Kompaktbaggers, eines Telehandlers oder dergleichen. Die Druckmittelversorgung der Verbraucher 2, hier beispielhaft ein Differentialzylinder dargestellt, erfolgt über einen Steuerblock 4, der eine Vielzahl von Ventilscheiben (Wegeventilsektionen 4) hat, von denen jede einem der Verbraucher 2 zugeordnet ist. Jede der Wegeventilsektionen 4 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die über die im Folgenden beschriebene Ventilanordnung mit Anschlüssen P, T, T’ und LS des Steuerblocks 4 verbindbar sind.
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Die Steueranordnung hat eine Pumpe, im vorliegenden Fall eine Verstellpumpe 6 deren Druckanschluss über eine Pumpenleitung 8 mit dem Druckanschluss P des Steuerblocks 4 verbunden ist. Wie eingangs erwähnt, kann anstelle einer Verstellpumpe auch eine Konstantpumpe mit Bypassventil verwendet werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstellpumpe 6 beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführt, deren Schwenkwinkel über einen Stellzylinder 10 verstellbar ist. Die Ansteuerung des Stellzylinders 10 erfolgt über ein Pumpenregelventil 12. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwenkwinkel über eine Rückstelleinrichtung 14 in Richtung des maximalen Schwenkwinkels beaufschlagt, während der Stellzylinder 10 zur Verringerung des Schwenkwinkels gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung 14 verstellt werden kann. Das Pumpenregelventil 12 ist durch die Kraft einer Regelfeder 16 und den Steuerdruck in einer LS-Leitung 18 in Richtung einer Entlastung des Stellzylinders 10 vorgespannt, wobei eine Steuerölverbindung zwischen einer im Stellraum des Stellzylinders 10 mündenden Stellleitung 20 zu einem Tank T aufgesteuert wird. In der LS-Leitung 18 liegt der höchste Lastdruck der angesteuerten Verbraucher an, der am LS-Anschluss des Ventilblocks 4 abgegriffen wird. Der Tankanschluss T des Ventilblocks 4 ist über eine Tankleitung 22 mit dem Tank T verbunden.
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Entgegen der Kraft der Regelfeder
16 und dem höchsten Lastdruck wirkt auf den Ventilschieber des Pumpenregelventils
12 der Pumpendruck, der an der Pumpenleitung
8 abgegriffen wird. Dieser Pumpendruck liegt auch an einem Druckanschluss P des Pumpenregelventils
12 an. Bei Ansteuerung der Verstellpumpe
14 steigt der Pumpenvolumenstrom und damit der Pumpendruck in der Pumpenleitung
18 solange an, bis sich an den Stirnflächen des Pumpenregelventils
12 ein Kräftegleichgewicht aus der Druckkraft des Pumpendrucks zum Einen und zum Anderen aus dem Lastdruck des lastdruckhöchsten Verbrauchers und der Kraft der Regelfeder
16 einstellt. Der Pumpendruck ist dann um die aus der Federkraft vorgegebene Druckdifferenz höher als der höchste Lastdruck. Die Grundfunktion einer derartigen Pumpenregelung ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der eingangs genannten
EP 2 171 285 B1 bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wegeventilsektion 24 eines Ventilblocks 4 gemäß 1. Ausgeführt ist diese Wegeventilsektion 24 mit Verbraucheranschlüssen A, B, einem Druckanschluss P, einem Tankanschluss T, einem LS-Anschluss LS und einem weiteren Tankanschluss T’, wobei die letztgenannten Anschlüsse P, T, LS, T’ in Druckmittelverbindung mit den benachbarten Wegeventilsektionen stehen können.
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Bei den im Folgenden beschriebenen Wegeventilsektionen 24 ist jedem Verbraucheranschluss A, B eine Zumessblende 26, 28 sowie jeweils ein Senkbremsventil 30, 32 zugeordnet. Zur Lastkompensierung ist zumindest eine Individualdruckwaage 34 vorgesehen, über die der Druckabfall über der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 konstant gehalten werden kann. Bei der in 2 dargestellten Lösung ist die Wegeventilsektion 24 als LS-System ausgeführt, wobei eine einzige Individualdruckwaage 34 den beiden Zulaufmessblenden 26, 28 zugeordnet ist.
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Ein Eingangsanschluss der federvorgespannten Individualdruckwaage 34 ist über einen Druckkanal 36 an den Druckanschluss P der Wegeventilsektion 24 angeschlossen. Ein Ausgang der Individualdruckwaage 34 ist über einen sich verzweigenden Zulaufkanal 38 mit jeweils einem Druckanschluss P der beiden Zumessblenden 26, 28 verbunden. Die Individualdruckwaage 34 ist – wie eingangs erläutert – in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts der Zulaufmessblenden 26, 28 und in Öffnungsrichtung vom individuellen Lastdruck des angeschlossenen Verbrauchers beaufschlagt, der über einen LS-Kanal 40 abgegriffen wird. Dieser führt zu einem Eingang eines Wechselventils 42, an dessen anderem Eingang der höchste Lastdruck der anderen Verbraucher anliegt, der über eine nicht dargestellte Wechselventilkaskade abgegriffen wird. Der Ausgang des Wechselventils 42 ist an den LS-Anschluss angeschlossen, so dass der jeweils höchste Lastdruck zum eingangs beschriebenen Pumpenregelventil oder an eine andere angeschlossene Wegeventilsektion gemeldet wird.
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Die beiden baugleichen Zulaufmessblenden 26, 28 sind jeweils als elektrisch ansteuerbare, proportional verstellbare Sitzventile ausgeführt, deren Arbeitsanschlüsse A, B über Kanäle mit den Arbeitsanschlüssen A, B verbunden sind. Bei der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Verbraucheranschluss A im Zulauf und der Verbraucheranschluss B im Ablauf liegt. Entsprechend dieser Annahme wird der zum Verbraucheranschluss A führende Kanal als Vorlaufkanal 44 und der zum Verbraucheranschluss B führende Kanal als Rücklaufkanal 46 bezeichnet. Die Stirnflächen der beiden Zulaufmessblenden 26, 28 sind druckausgeglichen.
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Durch Bestromung eines Proportionalmagneten 48, 50 können die Zumessblenden 26, 28 aus der dargestellten Sperrposition, in der ein Abströmen vom Verbraucher in Richtung zur Druckwaage 34 leckagefrei abgesperrt ist in eine Öffnungsrichtung verstellt werden, wobei der Öffnungsquerschnitt von der Bestromung des Proportionalmagneten 48, 50 abhängt. Der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 wird an einem LS-Anschluss der Zulaufmessblenden 26, 28 abgegriffen. Dieser Druck liegt an den Eingängen eines weiteren Wechselventils 52 an, dessen Ausgang mit dem vorgenannten LS-Kanal 40 verbunden ist. Der Lastdruck am LS-Anschluss der Zulaufmessblende 26 wird auch über einen Lastabgriffskanal 54 zur Signaldruckkammer des dem Anschluss B und somit im Ablauf gelegenen Senkbremsventils 32 gemeldet. In entsprechender Weise wird der Lastdruck am Anschluss LS der anderen Zumessblende 28 über einen Lastabgriffskanal 56 mit der Signaldruckkammer des zulaufseitigen Senkbremsventils 30 verbunden. Dem entsprechend werden über das weitere Wechselventil 52 auch die beiden Signaldruckkammern der Senkbremsventile 30, 32 voneinander getrennt. Die beiden Lastabgriffskanäle 54, 56 stehen über jeweils eine Blende 64, 66 in Verbindung mit dem Tankanschluss T’. Diese Blenden 64, 66 dienen somit der Druckentlastung, um einen unkontrollierten Druckaufbau durch Leckagen bei nicht betätigten Ventilen und somit unkontrollierte Schieberbewegungen der Individualdruckwaage 34 bzw. der Senkbremsventile 30, 32 und ein daraus resultierendes unkontrolliertes Betriebsverhalten zu vermeiden.
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Die beiden Senkbremsventile 30, 32 sind als hydraulisch vorgesteuerte Sitzventile ausgebildet. Ein Eingangsanschluss P der beiden Senkbremsventile ist jeweils über einen Kanal 58 bzw. 60 mit dem zugeordneten Vorlaufkanal 44 bzw. dem Rücklaufkanal 46 verbunden. Ein Ausgangsanschluss T der Senkbremsventile steht jeweils über einen Tankkanal 62, 64 in Druckmittelverbindung mit dem Tankanschluss T der Wegeventilsektion 24.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druck im Vorlaufkanal 44 und im Rücklaufkanal 46 über in Sitzventilbauweise ausgeführte Druckbegrenzungsventile 68, 70 begrenzt. Bei Überschreiten eines an diesen eingestellten Maximaldrucks öffnen diese eine Druckmittelverbindung zu einem mit dem Tankanschluss T verbundenen Entlastungskanal 67.
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Bei Bestromung des Proportionalmagneten 48 wird, wie vorstehend ausgeführt, ein Öffnungsquerschnitt der Zulaufmessblende 26 aufgesteuert, wobei der Lastdruck über den LS-Anschluss der Zulaufmessblende 26 abgegriffen und über das Wechselventil 52 in den in Öffnungsrichtung der Individualdruckwaage 34 wirksamen Steuerraum gemeldet. In Gegenrichtung wirkt der Druck im Zulaufkanal 38. In einer Regelposition der Individualdruckwaage 34 ist der Druck im Zulaufkanal 38 um die aus der Federkraft der Individualdruckwaage 34 resultierende Druckdifferenz größer als der gemeldete individuelle Lastdruck, so dass der Druckabfall über der Zulaufmessblende 26 lastdruckunabhängig konstant bleibt. Der Lastdruck stromabwärts der Zulaufmessblende 26 wird über den Lastabgriffskanal 54 abgegriffen und zur Signaldruckkammer des im Ablauf gelegenen Senkbremsventil 32 gemeldet, so dass dieses proportional zum Zulaufdruck aufgesteuert wird und einen Abströmquerschnitt freigibt. Dabei öffnet sich das Sperrventil 32 bei einer drückenden Last vollständig. Bei einer ziehenden Last wird das Senkbremsventil 32 in eine Regelposition verstellt, wobei sich der den Ablauf bestimmende Blendenquerschnitt derart einstellt, dass der rücklaufende Volumenstrom nur so groß ist, um auf der Zulaufseite einen Druck einstellen zu können, der in etwa dem Druckäquivalent der Federkraft der Rückstellfeder 74, 76 des im Ablauf gelegenen Senkbremsventils 32 entspricht. Auf diese Weise kann eine Kavitation zuverlässig verhindert werden.
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LS-Systeme werden in großem Umfang für Anwendungen bei Traktoren eingesetzt. Dabei gibt es für einige Funktionen die Anforderung einer Schwimmstellung, bei der beide Verbraucherseiten miteinander oder mit dem Rücklauf verbunden sind. Eine derartige Schwimmstellung wird beispielsweise für Anbaugeräte gefordert, die hinter dem Traktor hergezogen werden oder beim Auslaufen von rotatorischen Verbrauchern.
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In 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 2 dargestellt, wobei eine Schwimmstellung realisiert ist. Hierzu ist ein elektrisch umschaltbares Schwimmstellungsventil 78 vorgesehen, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, wobei ein Anschluss C über eine sich verzweigende Steuerleitung 80 an die Eingänge zweier weiterer Wechselventile 82, 84 angeschlossen ist. Das Schwimmstellungsventil 78 ist über eine Feder in eine Grundstellung vorgespannt, in der der Anschluss C mit einem Tankanschluss T verbunden ist, der in einer Tanksteuerleitung 86 mündet. In dieser ist die vorbeschriebenen Blende 66 angeordnet.
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Ein Druckanschluss P des Schwimmstellungsventils 78 ist über einen Verbindungskanal 88 mit dem Druckkanal 36 verbunden. Die beiden anderen Eingänge der Wechselventile 82, 84 sind an den Lastabgriffskanal 54 bzw. 56 angeschlossen. Der Ausgang der Wechselventile 82, 84 steht dann in Druckmittelverbindung mit den beiden Signaldruckkammern der Senkbremsventile 32 (Wechselventil 82) bzw. 30 (Wechselventil 84).
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In der dargestellten federvorgespannten Grundposition des Schwimmstellungsventils 78 entspricht die Funktion der Schaltung gemäß 3 derjenigen aus 2, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Durch Umschalten des Schwimmstellungsventils 78 in seine Schaltposition (b) wird der Druckkanal 86 mit den Eingängen der beiden Wechselventile 82, 84 verbunden, so dass diese in eine Position verstellt werden, in der dieser Pumpendruck in die Signaldruckkammern der Senkbremsventile 30, 32 gemeldet wird, so dass diese vollständig aufgesteuert werden und für beide Verbraucherseiten einen Öffnungsquerschnitt in den ventilinternen Entlastungskanal 67 freigeben.
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Der Pumpendruck reicht auch bei Nichtbetätigung der Zulaufmessblenden 26, 28 aus, um die Senkbremsventile 30, 32 zu öffnen, da sich systembedingt auch bei Nichtbetätigung der Zulaufmessblenden 26, 28 immer mindestens die aus der Federvorspannung der Regelfeder 16 des Pumpenregelventils 12 resultierende Druckdifferenz einstellt.
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4 zeigt eine Wegeventilsektion 24, die als LUDV-System ausgeführt ist. Bei der folgenden Beschreibung werden für Bauelemente, die denjenigen der Schaltung gemäß 2 entsprechen, der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dem entsprechend hat die Wegeventilsektion 24 zwei Zulaufmessblenden 26, 28, die ebenfalls wieder als proportional verstellbare, druckausgeglichene Sitzventile ausgeführt sind und aus einer dargestellten federvorgespannten Sperrposition durch Bestromung von Proportionalmagneten 48, 50 in Richtung einer Öffnungsposition verstellbar sind.
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Jeder Zulaufmessblende 26, 28 ist eine Individualdruckwaage 34 bzw. 90 zugeordnet. Des Weiteren vorgesehen sind auch zwei Senkbremsventile 30, 32, die vom Druck im jeweiligen Zulauf aufgesteuert werden können, um den Vorlaufkanal 44 bzw. den Rücklaufkanal 46 mit dem Tank T zu verbinden. In ihrer Grundposition sind die Senkbremsventile 30, 32 in eine Position vorgespannt, in der ein Abströmen vom Verbraucher zum Tank T leckagefrei gesperrt ist. Der maximale Druck in den Kanälen 44, 46 wird wiederum über Druckbegrenzungsventile 68, 70 begrenzt. Auch diese sind wie die Zulaufmessblenden 26, 28 und die Senkbremsventile 30, 32 als Sitzventile ausgebildet.
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Der Eingang der beiden Druckwaagen 34, 90, ist jeweils über einen Verbindungskanal 92 bzw. 94 mit dem Ausgangsanschluss A der Zulaufmessblende 26 bzw. dem Ausgangsanschluss B der Zulaufmessblende 28 verbunden. Deren Eingangsanschlüsse P sind wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Druckkanal 36 mit dem Druckanschluss P der Wegeventilsektion 24 verbunden.
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Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt an den LS-Anschlüssen der Zulaufmessblenden 26, 28 der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 an. Dieser Lastdruck wird in eine LS-Meldeleitung 96 gemeldet, in der ein Rückschlagventil 98 vorgesehen ist. Dieses öffnet, wenn der Lastdruck größer ist als derjenige Druck, der am LS-Anschluss der Wegeventilssektion 24 wirkt. D. h., der größere dieser Drücke wird in eine sich verzweigende Druckwaagenleitung 100 gemeldet, über die die federkraftbelasteten Stirnflächen der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 mit diesem Lastdruck beaufschlagt sind. D. h., die Individualdruckwaagen 34, 90 sind in Richtung ihrer Schließposition durch die Kraft der schwachen Druckwaagenfeder und den höchsten Lastdruck der Verbraucher beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wirkt der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28, der an den Verbindungskanälen 92, 94 über eine Steuerleitung 102, 103 abgegriffen wird. Der Ausgang der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 ist an den Vorlaufkanal 44 bzw. den Rücklaufkanal 46 angeschlossen. In diesen beiden Kanälen 44, 46 ist jeweils ein Rückschlagventil 104, 106 angeordnet. Diese verhindern, dass die Verbraucherlasten direkt auf die Stirnflächen der Senkbremsventile 30, 32 wirken. Im Bereich zwischen diesen Rückschlagventilen 104, 106 und der jeweiligen Druckwaage 34, 90 zweigen von den Kanälen 44, 46 Abgriffskanäle 108, 110 ab, über die der Lastdruck stromabwärts der jeweiligen Individualdruckwaagen 34, 90 in die Signaldruckkammern des zugeordneten Senkbremsventils 32 bzw. 30 gemeldet wird, so dass das Senkbremsventil 32 durch den Druck stromabwärts der Druckwaage 34 und das Senkbremsventil 30 durch den Druck stromabwärts der Druckwaage 90 aufgesteuert werden kann.
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Die in 4 dargestellten und nicht näher bezeichneten Blenden haben die gleiche Funktion wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel – sie dienen zur Druckentlastung der Signalleitungen, um einen unkontrollierten Druckaufbau durch Leckage bei nicht betätigten Ventilen zu verhindern.
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Wie eingangs erläutert, wird über die in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck beaufschlagten Individualdruckwaagen 34, 90 der Druckabfall über den zulaufseitigen Zulaufmessblenden 26, 28 konstant gehalten, wobei bei einer Unterversorgung der Verbraucher die Verbrauchergeschwindigkeit sämtlicher Verbraucher verhältnisgleich reduziert wird.
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Die sonstige Funktionalität entspricht derjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele. Wie auch bei den LS-Systemen öffnen die Senkbremsventile 30, 32 bei drückenden Lasten vollständig. Bei ziehenden Lasten stellt sich am ablaufseitigen Senkbremsventil 30, 32 ein Öffnungsquerschnitt ein, so dass auf der Zulaufseite ein Druck eingeregelt wird, dessen Höhe im Wesentlichen von der Vorspannkraft der Rückstellfedern 74, 76 abhängt.
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5 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 4, wobei die Funktionalität der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 in einer Druckwaageneinheit 112 zusammengefasst ist. Diese bildet praktisch eine in zwei Richtungen verstellbare Individualdruckwaage aus, wobei sie über eine Druckwaagenfederanordnung 114 in eine Sperrstellung vorgespannt ist, in der die Druckmittelverbindung zwischen den Verbindungskanälen 92, 94 zum Vorlaufkanal 44 bzw. zum Rücklaufkanal 46 abgesperrt ist. Die anhand 4 erläuterte Druckwaagenleitung 100 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einen Eingangsanschluss LS der Druckwaageneinheit 112 angeschlossen. Auch dieser Anschluss ist in der dargestellten Grundposition abgesperrt. Von den beiden Verbindungskanälen 92, 94 zweigen die beiden Steuerleitungen 102, 103 ab, wobei die Steuerleitung 102 zu einer in Verstellrichtung (a) wirksamen Stirnfläche und die Steuerleitung 103 zu einer in Verstellrichtung (b) wirksamen Stirnfläche der Druckwaageneinheit 114 führt. In der Steuerleitung 102, 103 ist jeweils ein Rückschlagventil 116, 118 angeordnet.
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Die Druckwaageneinheit 112 hat des Weiteren zwei Steueranschlüsse X, Y. Wobei die vorgenannten Stirnflächen des Druckwaagenschiebers über Signalleitungen 120, 122 mit den Signaldrücken an den Anschlüssen X, Y beaufschlagt sind. Bei einer Verstellung des Druckwaagenschiebers in Richtung (a) oder (b) wird der LS-Anschluss der Druckwaageneinheit 112 in entsprechender Weise mit dem Steueranschluss Y bzw. X verbunden, so dass die jeweilige Stirnfläche des Druckwaagenschiebers durch den höheren der Drücke im Verbindungskanal 92, 94 oder am LS-Anschluss der Wegeventilsektion 24 beaufschlagt ist. Bei Bestromung der Zulaufmessblende 26 gibt diese entsprechend einen Öffnungsquerschnitt zwischen dem Druckkanal 36 und dem Verbindungskanal 92 frei. Der steigende Druck im Verbindungskanal 92 wird dann an die in 5 linke Stirnfläche der Druckwaageneinheit 112 gemeldet und gibt, noch bevor die eigentliche Druckwaagenblende in Regelposition kommt, einen Querschnitt frei. Über diesen vorgeöffneten Querschnitt wird der Druck aus der Druckwaagenleitung 100 des Gesamtsystems an die gegenüber liegende Stirnfläche (rechts in 5) gemeldet, so dass die Druckwaageneinheit 112 in ihre Regelposition gehen kann. Das im Ablauf gelegene Senkbremsventil 32 wird dann bei drückender Last wiederum vollständig aufgesteuert, so dass das Druckmittel vom Verbraucher abströmen kann. Die Funktion bei ziehender Last entspricht derjenigen des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels.
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6 zeigt eine konkrete Ausgestaltung eines Senkbremsventils, wie es bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendbar ist. Es sei angenommen, dass es sich um das Senkbremsventil 32 aus den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt. Das andere Senkbremsventil 30 hat einen entsprechenden Aufbau. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist in Patronenbauweise ausgeführt, wobei in eine Ventilbohrung 124 das eigentliche Senkbremsventil 32 eingesetzt ist. Diese Ventilbohrung 124 ist im Steuerblock 4 ausgebildet und hat zwei radiale Anschlüsse, in die der den Lastdruck führende Kanal 60 und der mit dem Tank T verbundene Entlastungskanal 67 einmünden. In Axialrichtung ist ein Steueranschluss ausgebildet, an dem der jeweilige Zulaufdruck wirkt, der beispielsweise beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch den Lastabgriffskanal 54 abgegriffen ist. Dieser Druck wird in die vorgenannte Signaldruckkammer 126 gemeldet, die von einem Steuerkolben 128 begrenzt ist. Das eigentliche Senkbremsventil hat eine Hauptstufe mit einem Hauptkolben 130, der durch die Kraft der Rückstellfeder 76 gegen einen Ventilsitz 132 vorgespannt ist, so dass eine Druckmittelverbindung vom Kanal 60 zum Entlastungskanal 67 abgesperrt ist. In Gegenrichtung wirkt die Hauptstufe als Rückschlagventil. Das Senkbremsventil 32 hat des Weiteren eine Pilotstufe mit einem Pilotkolben 134, der ebenfalls über die Rückstellfeder 76 gegen einen Pilotventilsitz 136 vorgespannt ist. Die Rückstellfeder 76 greift dabei über einen Federteller 138 an einem Axialvorsprung des Pilotkolbens 134 an und spannt somit sowohl den Hauptkolben 130 als auch den Pilotkolben 134 in Richtung ihrer Schließposition vor. Eine Stirnfläche 114 des Axialvorsprungs des Pilotkolbens 134 liegt am Steuerkolben 128 an. Die vom Ventilsitz 132 entfernte Rückseite des Hauptkolbens 130 begrenzt einen Steuerraum 142, der über einen Verbindungskanal 144 mit einem Raum 146 verbunden ist, der seinerseits über eine Blende ausbildende Feinsteuerkerben 148, die in dem in 6 gekennzeichneten Bereich vorgesehen sind mit einem Rückraum 150 verbunden ist, der an den Ventilsitz 136 angrenzt. Der in 6 links vom Pilotventilsitz 136 gelegene Bereich einer Aufnahmebohrung für den Pilotkolben 134 steht in Druckmittelverbindung mit dem Entlastungskanal 67. Die in 6 rechte Stirnfläche des Pilotkolbens 134 ist zum Entlastungskanal 67 hin druckentlastet. Der Verbindungskanal 144 ist über eine Düse 152 mit dem Kanal 60 verbunden.
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Da der Grundaufbau des Senkbremsventils 32 im Prinzip beispielsweise aus der EHR23-Ventilserie der Anmelderin bekannt ist, kann auf eine weitere Erläuterung der konstruktiven Besonderheiten verzichtet werden. Der einzige wesentliche Unterschied zwischen den bekannten Senkbremsventilen und der hier vorgestellten Lösung besteht darin, dass bei den bekannten Lösungen die Pilotstufe mittels eines Proportionalmagneten verstellt wird, während bei der vorgestellten Lösung eine hydraulische Verstellung durch den Zulaufdruck erfolgt.
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Der Zulaufdruck im Kanal 60 wirkt über die Düse 152 im Steuerraum 142, so dass der Hauptkolben gegen die Kraft der Rückstellfeder 76 gegen seinen Ventilsitz 32 gespannt ist. Über den Druck im Zulauf wird der Steuerkolben 128 nach rechts bewegt und nimmt den Pilotkolben 134 gegen die Kraft der Rückstellfeder 76 mit, so dass der Pilotkolben 134 vom Pilotventilsitz 136 abhebt. Durch diese Öffnungsbewegung wird der durch die Feinsteuerkerben 148 gebildete Blendenquerschnitt aufgesteuert, so dass sich nach einem vorbestimmten Weg (additiver Offset) eine Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 144 und dem Entlastungskanal 67 einstellt. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 142 abgesenkt und der Hauptkolben 130 beginnt sich durch den in Öffnungsrichtung wirksamen Lastdruck und eine in Öffnungsrichtung wirksame Flächendifferenz zu Öffnen, wobei der durch die Feinsteuerkerben gebildete Blendenquerschnitt wieder verringert wird, bis sich im Steuerraum 10 ein einem Gleichgewicht entsprechender Zwischendruck einstellt – die Hauptstufe folgt somit der Pilotstufe.
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Im Falle einer ziehenden Last (Lastdruck im Kanal 60 größer als der einzuregelnde Zulaufdruck im Lastabgriffskanal 54) stellt sich im Zulauf ein Zulaufdruck ein, welcher in etwa dem Druckäquivalent der Kraft der Rückstellfeder 76 entspricht, wobei Strömungskräfte nicht berücksichtigt sind. Dabei stellt sich ein Öffnungsquerschnitt der Hauptstufe ein, der den Rücklaufvolumenstrom und somit eine Senkengeschwindigkeit des Verbrauchers bestimmt, so dass das Entstehen von Kavitationen auf der Zulaufseite unterbunden wird.
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Offenbart ist eine Steueranordnung für mehrere Verbraucher, wobei jedem Verbraucheranschluss eine Zumessblende und ein Senkbremsventil zugeordnet ist. Zumindest eine zulaufseitige Zumessblende steht in Wirkverbindung mit einer Individualdruckwaage. In dem Fall, in dem jeder Zumessblende eine Individualdruckwaage zugeordnet ist, können diese in eine einzige Druckwaageneinheit integriert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steueranordnung
- 2
- Verbraucher
- 4
- Steuerblock
- 6
- Verstellpumpe
- 8
- Pumpenleitung
- 10
- Stellzylinder
- 12
- Pumpenregelventil
- 14
- Rückstelleinrichtung
- 16
- Regelfeder
- 18
- LS-Leitung
- 20
- Stellleitung
- 22
- Tankleitung
- 24
- Wegeventilsektion
- 26
- Zumessblende
- 28
- Zumessblende
- 30
- Senkbremsventil
- 32
- Senkbremsventil
- 34
- Individualdruckwaage
- 36
- Druckkanal
- 38
- Zulaufkanal
- 40
- LS-Kanal
- 42
- Wechselventil
- 44
- Vorlaufkanal
- 46
- Rücklaufkanal
- 48
- Proportionalmagnet
- 50
- Proportionalmagnet
- 52
- Wechselventil
- 54
- Lastabgriffskanal
- 56
- Lastabgriffskanal
- 58
- Kanal
- 60
- Kanal
- 62
- Tankkanal
- 64
- Blende
- 66
- Blende
- 67
- Entlastungskanal
- 68
- Druckbegrenzungsventil
- 70
- Druckbegrenzungsventil
- 72
- Entlastungskanal
- 74
- Rückstellfeder
- 76
- Rückstellfeder
- 78
- Schwimmstellungsventil
- 80
- Steuerleitung
- 82
- Wechselventil
- 84
- Wechselventil
- 86
- Steuerleitung
- 88
- Verbindungskanal
- 90
- Individualdruckwaage
- 92
- Verbindungskanal
- 94
- Verbindungskanal
- 96
- LS-Meldeleitung
- 98
- Rückschlagventil
- 100
- Druckwaagenleitung
- 102
- Steuerleitung
- 103
- Steuerleitung
- 104
- Rückschlagventil
- 106
- Rückschlagventil
- 108
- Abgriffskanal
- 110
- Abgriffskanal
- 112
- Druckwaageneinheit
- 114
- Druckwaagenfederanordnung
- 116
- Rückschlagventil
- 118
- Rückschlagventil
- 120
- Signalleitung
- 122
- Signalleitung
- 124
- Ventilbohrung
- 126
- Signaldruckkammer
- 128
- Steuerkolben
- 130
- Hauptkolben
- 132
- Ventilsitz
- 134
- Pilotkolben
- 136
- Pilotventilsitz
- 138
- Federteller
- 140
- Stirnfläche
- 142
- Steuerraum
- 144
- Verbindungskanal
- 146
- Raum
- 148
- Feinsteuerkerben
- 150
- Rückraum
- 152
- Düse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2171285 B1 [0003, 0037]
- US 5878647 [0009]
- US 7905088 B2 [0010]
