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Die Erfindung betrifft einen Ventilblock gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der insbesondere zur Verwendung in einem Hydraulikbagger vorgesehen ist.
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Aus der
EP 791 754 B1 ist ein Ventilblock bekannt, welcher zur Verwendung in einem Hydraulikbagger vorgesehen ist. Der Ventilblock umfasst ein Gehäuse, in dem für jeden Verbraucher bzw. jede Bewegungsachse des Hydraulikbaggers ein Hauptschieber in einer Querrichtung linearbeweglich aufgenommen ist. Dabei sind die Hauptschieber bezüglich einer Längsrichtung, die senkrecht zur Querrichtung verläuft, nebeneinander angeordnet. In dem Gehäuse sind ein erster und ein davon gesonderter zweiter Pumpenkanal vorgesehen, die sich jeweils im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken. Der erste und der zweite Pumpenkanal sind über einen zugeordneten ersten bzw. zweiten Pumpenanschluss mit einer zugeordneten ersten bzw. zweiten Pumpe verbunden, die ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweist.
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Jeder Hauptschieber bildet mit dem Gehäuse eine erste und eine zweite Hauptblende, die jeweils mit einem zugeordneten Arbeitsanschluss verbunden ist. An den beiden Arbeitsanschlüssen, die einem Hauptschieber zugeordnet sind, ist jeweils ein Verbraucher des Hydraulikbaggers angeschlossen. Über die erste und die zweite Hauptblende wird die Menge des unter Druck zum Verbraucher fließenden Hydraulikfluids gesteuert. Dabei sind der ersten und der zweiten Hauptblende jeweils entgegen gesetzte Bewegungsrichtungen des Verbrauchers zugeordnet. Dementsprechend ist jeweils entweder die erste oder die zweite Hauptblende geöffnet.
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Einigen Hauptschiebern sind ein erster und ein zweiter linearbeweglicher Hilfsschieber zugeordnet. Der erste Hilfsschieber definiert eine verstellbare erste Hilfsblende, über die der erste Pumpenkanal parallel mit der ersten und der zweiten Hauptblende verbunden ist. Der zweite Hilfsschieber definiert eine verstellbare zweite Hilfsblende, über die der zweite Pumpenkanal parallel mit der ersten und der zweiten Hauptblende verbunden ist. Über die erste und die zweite Hilfsblende kann festgelegt werden, welche der beiden Pumpen den zugeordneten Verbraucher mit Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl, versorgt. Durch Verstellung der Querschnittsfläche der ersten und der zweiten Hilfsblende kann dabei festgelegt werden, welche Fluidmenge von der ersten bzw. der zweiten Pumpe zu der betreffenden Achse gefördert wird. Die erste und die zweite Hilfsblende sind dabei vorzugsweise Bestandteil eines Proportionalventils, wie es beispielsweise aus der
US 4 779 836 A1 bekannt ist, so dass eine Steuerung des Volumenstroms erfolgen kann.
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Der Nachteil des bekannten Steuerblocks besteht darin, dass Druckspitzen auftreten können. Diese entstehen, wenn ein Hauptschieber von einer geöffneten Stellung sehr schnell in die geschlossene Stellung bewegt wird, wobei unter einer geöffneten Stellung eine Stellung verstanden werden soll, in der die erste oder die zweite Hauptblende geöffnet ist. Die Steuerung der Pumpen reagiert auf den verminderten Volumenstrombedarf zwar durch Verkleinerung des jeweiligen Verdrängungsvolumens, sie benötigen hierfür jedoch eine gewisse Zeit. In dieser kurzen Zeit steigt der Förderdruck der Pumpe sehr stark an, was zu einer erheblichen mechanischen Belastung des gesamten Hydrauliksystems führt. Die Druckspitzen sind für den Baggerfahrer deutlich hör- und fühlbar und vermindern die Lebensdauer des Baggers deutlich.
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Bei der
EP 791 754 B1 versucht man diesem Problem dadurch abzuhelfen, dass die erste und die zweite Pumpenleitung über je ein Entlastungsventil mit dem Tank verbunden sind. Beim Schließen eines Hauptschiebers wird dieses Entlastungsventil geöffnet, um die von den Pumpen geförderten Übermengen in den Tank abzuleiten. Aber auch dieses Entlastungsventil öffnet nicht schnell genug, um Druckspitzen vollständig zu vermeiden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, derartige Druckspitzen zu vermeiden. Weiter soll ein Ventilblock angegeben werden, der besonders kompakt aufgebaut ist und der mit besonders vielen Gleichteilen flexibel an unterschiedliche Einsatzbedingungen angepasst werden kann.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass alle Hauptschieber von einer ersten und einer zweite Ringnut im Gehäuse umgeben sind, um eine verstellbare dritte Hauptblende zu bilden, welche die erste mit der zweiten Ringnut verbindet, wobei die erste Ringnut eines ersten Hauptschiebers mit dem ersten Pumpenanschluss verbunden ist, wobei die erste Ringnut eines zweiten Hauptschiebers mit dem zweiten Pumpenanschluss verbunden ist, wobei die zweite Ringnut eines dritten und eines vierten Hauptschiebers mit einem Tankanschluss am Gehäuse verbunden sind, wobei im Übrigen die erste Ringnut eines Hauptschiebers mit der zweiten Ringnut eines benachbarten Hauptschiebers verbunden ist, wobei sich die dritte Hauptblende verkleinert, wenn entweder die erste oder die zweite Hauptblende am gleichen Hauptschieber vergrößert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass das von beiden Pumpen geförderte Druckfluid bei einer schnellen Schließbewegung eines Hauptschiebers zum Tankanschluss abfließen kann. Es kann nicht mehr vorkommen, dass sich das Druckfluid an einem Hauptschieber aufstaut. Dementsprechend werden Druckspitzen vermieden. Vorzugsweise wird der Förderstrom der Pumpen verkleinert, wenn er durch die ersten und die zweiten Ringnuten fließt, um Energie einzusparen. Durch die starre mechanische Verbindung zwischen den ersten bzw. zweiten Hauptblenden und der dritten Hauptblende ist eine Zeitverzögerung zwischen dem Öffnen bzw. Schließen der genannten Blenden ausgeschlossen.
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Die dritte Hauptblende wird vorzugsweise durch die Reihenschaltung zweier gesonderter Blenden gebildet, wobei jeweils eine dieser Blenden verkleinert wird, wenn die erste oder die zweite Hauptblende vergrößert wird. Die Hauptschieber sind vorzugsweise einstückig ausgebildet.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Der erste und der zweite Hauptschieber können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein, wobei der dritte und der vierte Hauptschieber nur einen einzigen unmittelbar benachbarten Hauptschieber haben. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfach aufgebauter Ventilblock, dessen Gehäuse mit vielen identischen Nebenkörpern ausgebildet werden kann. Wenn der erste und der zweite Hauptschieber nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, müssen weitere Hauptschieber mit dem Tankanschluss verbunden werden, um das Abfließen des Druckfluids in den Tank zu ermöglichen. Der dritte und der vierte Hauptschieber haben dann einen einzigen unmittelbar benachbarten Hauptschieber, wenn sie an den beiden Enden der Reihe von nebeneinander angeordneten Hauptschiebern angeordnet sind.
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Allen Hauptschiebern kann ein im Wesentlichen U-förmiger Kanal im Gehäuse zugeordnet sein, der einen ersten und einen zweiten Schenkel und eine Basis aufweist, wobei der erste Hilfsschieber am freien Ende des ersten Schenkels und der zweite Hilfsschieber am freien Ende des zweiten Schenkels angeschlossen ist. Über den U-förmigen Kanal wird die parallele Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Hauptblende und der ersten und der zweiten Hilfsblende hergestellt. Die Anordnung der Hilfsschieber an den freien Enden der Schenkel ermöglicht es, die Hilfsschieber an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses anzuordnen, so dass diese einfach und Platz sparend montiert werden können. Die Hilfsschieber sind dabei vorzugsweise in Querrichtung beweglich.
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Die erste Hauptblende kann in der Mitte des ersten Schenkels und die zweite Hauptblende in der Mitte des zweiten Schenkels an den U-förmigen Kanal angeschlossen sein, um die parallele Verbindung zur ersten und zur zweiten Hilfsblende herzustellen. Die Basis des U-förmigen Kanals ist vorzugsweise neben dem zugeordneten Hauptschieber angeordnet und verläuft in Querrichtung, um Bauraum einzusparen. Die Hauptblende ist dann in der Mittel des Schenkels angeschlossen, wenn sie wenigstens 20% der Länge des betreffenden Schenkels entfernt von seinen beiden Enden angeordnet ist.
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Die erste und die zweite Ringnut können zwischen dem ersten und den zweiten Schenkel des U-förmigen Kanals angeordnet sein. Hierdurch wird ein Ventilblock geschaffen, der in Querrichtung besonders wenig Bauraum beansprucht.
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Der erste und der zweite Pumpenkanal können zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel neben den Hauptschiebern angeordnet sein. Ein derartiger Ventilblock ist in Querrichtung besonders Platz sparend. Vorzugsweise ist daran gedacht, die Hilfsschieber, welche die Verbindung zwischen den Pumpenkanälen und den Schenkeln herstellen, in Querrichtung zu beiden Seiten neben dem U-förmigen Kanal anzuordnen, da diese dort besonders einfach montiert werden können.
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Von der Basis des U-förmigen Kanals kann ein Seitenkanal quer abzweigen, wobei der erste und der zweite Pumpenkanal zu beiden Seiten neben dem Seitenkanal angeordnet sind. Dieser Ventilblock ist in Querrichtung ebenfalls besonders Platz sparend.
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In dem Gehäuse können ein erster und ein zweiter Tankkanal vorgesehen sein, die sich jeweils in Längsrichtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken, wobei sie mit dem Tankanschluss verbunden sind, wobei der erste und der zweite Tankkanal bezüglich der Querrichtung an gegenüberliegenden Seiten neben dem U-förmigen Kanal angeordnet sind, wobei jeder Hauptschieber mit dem Gehäuse eine vierte und eine fünfte verstellbare Hauptblende bildet, wobei die vierte Hauptblende den ersten Tankkanal mit dem Arbeitsanschluss verbindet, der der ersten Hauptblende zugeordnet ist, wobei die fünfte Hauptblende den zweiten Tankkanal mit dem Arbeitsanschluss verbindet, der der zweiten Hauptblende zugeordnet ist. Über den ersten und den zweiten Tankkanal soll das von den an den Arbeitsanschlüssen hydraulischen Verbrauchern zurückfließende Druckfluid in den Tank geleitet werden. Mit der vierten und der fünften Hauptblende wird das zurückfließende Druckfluid angedrosselt, damit bei ziehenden Lasten auf der Druckseite keine Kavitation auftritt. Die vorgeschlagene Anordnung der Tankleitungen ergibt einen in Querrichtung besonders Platz sparenden Ventilblock, wobei das Gehäuse einfach im Gussverfahren hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist daran gedacht, den dritten und den vierten Hauptschieber über den ersten bzw. den zweiten Tankkanal mit dem Tankanschluss zu verbinden.
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Das Gehäuse kann einen einstückigen Grundkörper und wenigstens zwei identische, einstückige Nebenkörper umfassen, die an ebenen Berührflächen aneinander anliegen, welche senkrecht zur Längsrichtung ausgerichtet sind, wobei in jedem Nebenkörper ein einziger Hauptschieber aufgenommen ist, wobei in jedem Nebenkörper ein erster und ein zweiter Hilfsschieber eingebaut werden kann. Derartige Ventilblöcke in Scheibenbauweise sind grundsätzlich bekannt. Bei Baggersteuerungen werden dennoch einstückige Gehäuse verwendet, da die unterschiedlichen Achsen sehr unterschiedlich aufgebaut sind. Bei dem erfindungsgemäßen Ventilblock können die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Verbraucher einfach dadurch erfüllt werden, dass entweder die Hilfsschieber zum Einsatz kommen oder nicht. Wenn nicht, wird in die Aufnahmebohrung für die Hilfsschieber ein Blindstopfen eingebaut, der entweder den Fluidstrom permanent sperrt oder permanent freigibt. Auf diese Weise kann die überwiegende Zahl der Baggerachsen in Form eines Nebenkörpers realisiert werden, der klein ist und sich deshalb kostengünstig im Gussverfahren herstellen lässt. Der Grundkörper ist vorzugsweise nur mit zwei oder drei Hauptschiebern versehen, so dass auch dieser klein ausgeführt und kostengünstig im Gussverfahren hergestellt werden kann. Hierbei ist anzumerken, dass ein Gussgehäuse nach dem Gießen umso langsamer abgekühlt werden muss, je größer sein Volumen ist. Dabei wird angestrebt, dass die Temperatur des Gussteils während dem Abkühlen über das gesamte Volumen des Gusskörpers im Wesentlichen konstant ist, damit eine Lunkerbildung vermieden wird. Die Kosten des Gießprozesses sind umso geringer, je schneller das Gussteil abgekühlt werden kann.
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Der erste und der zweite Hauptschieber können in dem Grundkörper angeordnet sein, wobei der erste und der zweite Pumpenkanal zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptschieber mit dem jeweils zugeordneten ersten oder zweiten Pumpenanschluss verbunden sind. Der Grundkörper muss ohnehin verschieden von den Nebenkörpern ausgebildet werden, so dass dort die Verbindungen des ersten und des zweiten Hauptschiebers und der Pumpenkanäle zu den Pumpenanschlüssen einfach realisiert
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werden können. Durch die Einbeziehung wenigstens zweier Hauptschieber in den Grundkörper können die seitlichen Berührflächen am Grundkörper identisch zu denen an den Nebenkörpern ausgebildet werden, so dass die Nebenkörper einfach am Grundkörper angebaut werden können.
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In dem Gehäuse, vorzugsweise im Grundkörper, sind ein erster und ein zweiter linearbeweglicher Pumpenschieber aufgenommen, wobei die erste Ringnut des ersten Hauptschiebers über den ersten Pumpenschieber mit dem ersten Pumpenanschluss verbunden ist, wobei die erste Ringnut des zweiten Hauptschiebers über den zweiten Pumpenschieber mit dem zweiten Pumpenanschluss verbunden ist. Vorzugsweise definieren der erste und der zweite Pumpenschieber jeweils eine erste und ein zweite verstellbare Pumpenblende, über welche die genannte Verbindung hergestellt wird. Mit dem Pumpenschieber kann erreicht werden, dass die erste und die zweite Pumpe jeweils gemeinsam zu allen Hauptschiebern fördern können. Hierfür werden die Pumpenschieber im Wesentlichen proportional zu demjenigen Hauptschieber angesteuert, über den der größte Fluidstrom fließen soll. Dadurch kann das von beiden Pumpen geförderte Druckfluid nicht mehr über die ersten und die zweiten Ringnuten in den Tank abfließen und in beiden Pumpenkanälen baut sich ein Druck auf. Mit dem entsprechenden Proportionalitätsfaktor kann das gewünschte Verhalten hinsichtlich des Druckaufbaus eingestellt werden. Sobald die betreffende dritte Hauptblende genügend weit geschlossen ist, um den Druck im Pumpenkanal aufrecht zu erhalten, wird die Blende am Pumpenschieber wieder etwas geöffnet, damit beim späteren Schließen des vorliegenden Hauptschiebers das von der Pumpe kommende Druckfluid über die ersten und die zweiten Ringnuten in den Tank abfließen kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ventilblocks im Bereich des Grundkörpers des Gehäuses;
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2 ein Schaltbild des Ventilblocks im Bereich des Nebenköpers des Gehäuses, die in 1 links an den Grundkörper angebaut sind;
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3 ein Schaltbild des Ventilblocks im Bereich des Nebenköpers des Gehäuses, die in 1 rechts an den Grundkörper angebaut sind; und
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4 einen grobschematischen Querschnitt des Ventilblocks gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Schnittebene durch die Mittelachse eines Hauptschiebers verläuft.
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5 einen grobschematischen Querschnitt des Ventilblocks gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die Schnittebene durch die Mittelachse eines Hauptschiebers verläuft.
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1 zeigt ein Schaltbild eines Ventilblocks 10 im Bereich des Grundkörpers 21 des Gehäuses 20. Der Grundkörper 21 wird einstückig aus Gusseisen in einem Gießverfahren mit verlorenen Kernen hergestellt. Er weist zwei gegenüberliegende, ebene Berührflächen 23 auf, an welche die mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen Nebenkörper des Gehäuses 20 angebaut werden. Die parallelen Berührflächen 23 sind senkrecht zu einer Längsrichtung 12 ausgerichtet.
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Der Grundkörper 21 weist einen ersten und einen zweiten Pumpenanschluss 25; 26 und einen Tankanschluss 7 auf. An die Pumpenanschlüsse 25; 26 werden eine erste und eine zweite Pumpe 16; 17 angeschlossen, die jeweils ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweisen. Die Pumpen 16; 17 saugen Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl aus einem Tank 18 an, wobei Druckfluid über den Tankanschluss 27 in den Tank 18 zurückfließt.
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Das Verdrängungsvolumen der Pumpen 16; 17 kann hydraulisch oder elektrisch verstellt werden, wobei vorzugsweise das Steuerungsverfahren "Positive Control" zum Einsatz kommt. Dabei wird das Verdrängungsvolumen beispielsweise proportional zum Stellsignal desjenigen Hauptschiebers 40 vergrößert, der am weitesten geöffnet ist. Wenn mehrere Hauptschieber 40 gleichzeitig geöffnet sind, kann aber auch die Stellung der weniger weit geöffneten Hauptschieber 40 bei der Einstellung des Verdrängungsvolumens berücksichtigt werden. Mit dem Bezugszeichen 40 sind auch die Hauptschieber mit den Bezugszeichen 40a; 40b; 40c; 40d angesprochen.
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Der Tankanschluss 27 ist über ein Rückschlagventil 93 mit einem ersten und einem zweiten Tankkanal 82; 83 verbunden, die sich parallel zur Längsrichtung 12 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses 20 erstrecken. Hierfür durchsetzen die Tankkanäle 82; 83 alle Berührflächen 23 zwischen dem Grundkörper 21 und den Nebenkörpern. Der erste und der zweite Tankkanal 82; 83 sind über die Verbindungsleitung 94 unmittelbar miteinander verbunden. An den beiden gegenüberliegenden Enden ist der zweite Tankkanal 83 mittels einer zugeordneten gesonderten Endplatte (2 und 3; Nr. 28) verschlossen. Der erste Tankanal 82 ist über die Endplatte (2 und 3; Nr. 28) an die zweite Ringnut des dritten und des vierten Hauptschiebers (2 bzw. 3; Nr. 40c; 40d) angeschlossen.
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Der erste Pumpenanschluss 25 ist unmittelbar mit einem ersten Pumpenkanal 80 verbunden, wobei der zweite Pumpenanschluss 26 unmittelbar mit einem zweiten Pumpenkanal 81 verbunden ist. Die Pumpenkanäle 80; 81 erstrecken sich parallel zur Längsrichtung 12 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses 20, wobei sie an den beiden gegenüberliegenden Enden mit den bereits angesprochenen Endplatten (2 und 3; Nr. 28) verschlossen sind. Der erste und der zweite Pumpenkanal 80; 81 sind jeweils über ein zugeordnetes Primärdruckbegrenzungsventil 15 an den ersten Tankkanal 82 angeschlossen. Die Primärdruckbegrenzungsventile 15 sind beispielsweise auf 400 bar eingestellt, so dass ein Bersten des Ventilblocks 10 durch einen überhöhten Förderdruck der Pumpen 16; 17 ausgeschlossen ist.
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In dem Grundkörper 21 sind ein erster und ein zweiter Hauptschieber 40a; 40b linearbeweglich aufgenommen. Die Bewegung der Hauptschieber 40 erfolgt dabei in eine Querrichtung 11, die senkrecht zur Längsrichtung 12 ausgerichtet ist. Die im Wesentlichen rotationssymmetrischen Hauptschieber 40 sind in Längsrichtung 12 nebeneinander angeordnet, wobei deren Mittelachsen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptschieber 50a; 50b sind ein erster und ein zweiter Pumpenschieber 70; 71 angeordnet. Der erste Pumpenschieber 70 verbindet den ersten Pumpenanschluss 25 mit der ersten Ringnut des ersten Hauptschiebers 40a. Der zweite Pumpenschieber 71 verbindet den zweiten Pumpenanschluss 26 mit der ersten Ringnut des zweiten Hauptschiebers 40b. Die Pumpensschieber 70; 71 definieren jeweils eine verstellbare Pumpenblende, wobei sie mittels einer Feder in eine voll geöffnete Stellung gedrückt werden. Mittels einer elektrischen Ansteuerung werden beide Pumpenschieber 70; 71 in eine geschlossene Stellung gedrückt. Dabei werden die Pumpenschieber 70; 71 beispielsweise proportional zu dem am weitesten geöffneten Hauptschieber 40 in Schließrichtung betätigt und zwar so lange, bis dessen dritte Hauptblende nahezu vollständig verschlossen ist. Danach wird die Blende des Pumpenschiebers 70; 71 wieder etwas geöffnet, damit die erfindungsgemäße Vermeidung der Druckspitzen stattfinden kann. Dies kann durch entsprechende elektrische Ansteuerung der Pumpenschieber geschehen. Es kann aber auch daran gedacht sein, Pumpenschieber 70; 71 mit drei Schaltstellungen zu verwenden, deren Blende sich nacheinander von einer ganz geöffneten in eine geschlossene und wieder in eine etwas geöffnete Stellung verstellt, wenn der betreffende Pumpenschieber 70; 71 bewegt wird.
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An die beiden Arbeitsanschlüsse 24 des ersten Hauptschiebers 40a ist beispielsweise der Ausleger eines Baggers als Verbraucher 13 angeschlossen. Die beiden Arbeitsanschlüsse 24 sind über ein Druckbegrenzungsventil 14 gegen Überdruck abgesichert, das bei Bedarf eine Verbindung zu einem der Tankkanäle 82; 84 herstellt.
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Der erste Hauptschieber 40a ist über einen ersten Hilfsschieber 60 mit dem ersten Pumpenkanal 80 und über einen zweiten Hilfsschieber 61 mit dem zweiten Pumpenkanal 81 verbunden. Die Hilfsschieber 60; 61 definieren jeweils eine verstellbare Hilfsblende, über die gesteuert werden kann, welcher Fluidstrom vom ersten bzw. zweiten Pumpenkanal 80; 81 zum ersten Hauptschieber 40a fließen soll.
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Die Hilfsschieber
60;
61 sind vorzugsweise Bestandteil eines Proportionalventils, das beispielsweise gemäß der
US 4 779 836 A1 ausgeführt ist, deren gesamter Inhalt in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Das genannte Proportionalventil kann aber auch als Schieberventil ausgebildet sein. Das genannte Proportionalventil wird vorzugsweise mit einem Vorsteuerventil angesteuert, das elektrisch betätigt ist.
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Der erste Hauptschieber 40a wird von zwei gegenüberliegenden Federn in eine Mittelstellung gedrückt, wobei er mit einer hydraulischen Ansteuerung aus dieser Mittellage herausbewegt werden kann, um den zugeordneten Verbraucher 13 in Bewegung zu versetzen.
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Die Bereiche des Gehäuses 20 unmittelbar herum um alle Hauptschieber 40 sind identisch ausgebildet. Insbesondere sind überall die Aufnahmebohrungen für die Druckbegrenzungsventile 14 und den ersten und den zweiten Hilfsschieber 60; 61 vorgesehen. In einzelne dieser Aufnahmebohrungen können jedoch Blindstopfen (2 und 3; Nr. 90; 91, 92) eingesetzt sein. Diese Blindstopfen können die betreffende Verbindung ganz unterbrechen 90, in eine Richtung ganz öffnen 91 oder in beide Richtungen ganz öffnen 92. Die Hauptschieber 40; 40a–40d sind im Wesentlichen identisch ausgebildet. Unterschiede ergeben sich hauptsächlich hinsichtlich der Feinsteuerkerben, die an die entsprechenden Verbraucher angepasst sind.
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Weiter ist auf die Verbindungskanäle 84 hinzuweisen, welche die erste Ringnut eines Hauptschiebers 40 mit der zweiten Ringnut eines benachbarten Hautschiebers 40 verbinden. Die Verbindungskanäle 84 durchsetzen dabei jeweils eine zugeordnete Berührfläche 23 zwischen dem Grundkörper 21 und den Nebenkörpern.
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2 zeigt ein Schaltbild des Ventilsblocks 10 im Bereich Nebenkörper 22 des Gehäuses 20, die in 1 links an den Grundkörper 21 angebaut sind. Die einstückigen Nebenkörper 22 sind jeweils identisch ausgebildet, wobei sie mit ebenen Berührflächen 23 am benachbarten Grundkörper 21 bzw. Nebenkörper 22 anliegen.
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Die Berührflächen 23 sind senkrecht zur Längsrichtung 12 ausgerichtet. An der Berührfläche des letzten Nebenkörpers 22 ist die bereits angesprochene Endplatte 28 angebaut.
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Zum inneren Aufbau der Nebenkörper 23 wird auf die obigen Ausführungen zum ersten Hauptschieber (1; Nr. 40a) und auf die Ausführungen zu 4 und 5 verwiesen. Die Nebenkörper 22 sind insoweit identisch mit dem entsprechenden Bereich des Grundkörpers ausgebildet.
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An die in 2 dargestellten Nebenkörper 22 können beispielsweise der Löffel und einer der beiden Fahrantriebe des Baggers als Verbraucher 13 angeschlossen sein. Ein weiterer Nebenkörper 22 wird nur bedarfsweise vorgesehen, wenn der Bagger weitere Verbraucher 13 aufweist.
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Soweit ein Verbraucher 13 nur entweder von der ersten oder der zweiten Pumpe 25; 26 versorgt werden soll, können der erste und der zweite Hilfsschieber 60; 61 durch zwei Blindstopfen 90; 92 ersetzt werden, von den der eine 92 einen permanenten Fluiddurchtritt ermöglicht, wobei der andere 90 den Fluidstrom permanent sperrt.
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3 zeigt ein Schaltbild des Ventilsblocks 10 im Bereich der Nebenköper 22 des Gehäuses 20, die in 1 rechts an den Grundkörper 21 angebaut sind. Die einstückigen Nebenkörper 22 sind wiederum identisch zu den übrigen Nebenkörpern 22 am Ventilblock 10 ausgebildet, wobei sie um 180° gedreht zu den Nebenkörpern in 2 eingebaut sind, so dass die Ringnuten der Hauptschieber 40 in der erfindungsgemäßen Weise verschaltet sind. An die beiden in 3 gezeigten Nebenkörper 22 wird beispielsweise der andere der beiden Fahrantriebe und der Drehantrieb des Oberwagens des Baggers als Verbraucher 13 angeschlossen.
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Der in 3 rechte Verbraucher 13 ist nur mit dem zweiten Pumpenkanal 81 verbunden. In der Aufnahmebohrung, die für den ersten Hilfsschieber 60 vorgesehen ist, wurde daher ein Blindstopfen 90 eingesetzt, der den entsprechenden Fluiddurchgang permanent sperrt. In die Aufnahmebohrung für den zweiten Hilfsschieber wurde ein Blindstopfen 91 mit einem Rückschlagventil eingesetzt, so dass das Druckfluid ausschließlich von der zweiten Pumpe zum zugeordneten Verbraucher 13 fließen kann.
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4 zeigt einen grobschematischen Querschnitt des Ventilblocks 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Schnittebene durch die Mittelachse 50 eines Hauptschiebers 40 verläuft. Die genannte Mittelachse 50 definiert eine Querrichtung 11, entlang derer der Hautschieber 40 linearbeweglich ist. Die Steuervorrichtung zur Bewegung des Hauptschiebers 40 ist in 4 nicht dargestellt.
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Die vorliegende Schnittansicht ist insgesamt spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 19, die senkrecht zur Querrichtung 11 ausgerichtet ist. Der Hauptschieber 40 ist dabei in einer Mittelstellung gezeigt, in der der zugeordnete Verbraucher still steht. Soll der genannte Verbraucher bewegt werden, so wird der Hauptschieber 40 je nach gewünschter Bewegungsrichtung nach links oder rechts verschoben. Die Längsrichtung 12 ist senkrecht zur Zeichenebene der 4 ausgerichtet.
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Der Hautschieber 40 besteht aus Stahl und ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich seiner Mittelachse 50 ausgebildet. Er liegt mit mehreren umlaufenden Stegen 51 am Gehäuse 20 an. Der Spalt zwischen den Stegen 51 und dem Gehäuse 20 ist dabei so klein ausgelegt, dass dort nahezu kein Druckfluid durchtreten kann, wobei dennoch die Beweglichkeit des Hauptschiebers 40 gewährleistet ist. An den verschiedenen Stegen 51 sind eine Vielzahl von Feinsteuerkerben vorgesehen, um die erste, die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Hauptblende 41–45 zu bilden. Die freie Querschnittsfläche der genannten Hauptblenden 41–45 lässt sich durch Verschiebung des Hauptschiebers 40 in Querrichtung 11 verstellen.
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In der Mitte des Gehäuses 20 sind eine erste und eine zweite Ringnut 46; 47 im Gehäuse 20 vorgesehen, die um den Hauptschieber 40 umlaufen. Weiter außen ist eine dritte und eine vierte Ringnut 48; 49 im Gehäuse 20 vorgesehen, die ebenfalls um den Hauptschieber 40 umläuft. Die genannten Ringnuten 46–48 bilden mehrere Steuerkanten, die zusammen mit den genannten Feinsteuerkerben die Hauptblenden 41–45 begrenzen.
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In dem Gehäuse 20 ist ein U-förmiger Kanal 85 vorgesehen, der eine Basis 88 und einen ersten und einen zweiten Schenkel 86; 87 aufweist. Die Basis 88 verläuft parallel zur Querrichtung 11 und ist neben dem Hauptschieber 40 angeordnet. Die Schenkel 86; 87 kreuzen den Hauptschieber 40 zwischen zwei Stegen 51, so dass dort eine Verbindung zwischen dem U-förmigen Kanal 85 und der ersten und der zweiten Hauptblende 41; 42 gegeben ist. Die dritte und die vierte Ringnut 48; 49 ist jeweils mit einem zugeordneten Arbeitsanschluss 24 verbunden, an den wiederum ein zugeordneter Verbraucher angeschlossen werden kann.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel 86; 87 des U-förmigen Kanals 85 sind der erste und der zweite Pumpenkanal 80; 81 angeordnet, die sich in Längsrichtung 12 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses 20 erstrecken. Der erste und der zweite Pumpenkanal 80; 81 sind im Querschnitt betrachtet kreisförmig ausgebildet.
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Dem freien Ende des ersten und des zweiten Schenkels 86; 87 des U-förmigen Kanals 54 ist jeweils ein erster bzw. ein zweiter Hilfsschieber 60; 61 zugeordnet, der in Querrichtung 11 linearbeweglich ist. Die Hilfsschieber 60; 61 sind stark vereinfacht dargestellt, wobei insbesondere auf die Darstellung der Betätigungsvorrichtung verzichtet wurde. Wie bereits angesprochen, sollen die Hilfsschieber 60; 61 in Form eines Proportionalventils ausgebildet sein, das von einem Vorsteuerventil betätigt wird. Die Hilfsschieber 60; 61 sind beispielsweise jeweils in Form eines Sitzventils ausgebildet, so dass im Bereich der betreffenden Ventilsitze eine erste bzw. eine zweite Hilfsblende 62; 63 vorhanden sind, deren Drosselquerschnittsfläche durch Bewegung des betreffenden Hilfsschiebers 60; 61 verstellt werden kann. Anstelle des Sitzventils kann auch ein Schieberventil zum Einsatz kommen. Durch die Hilfsschieber 60; 61 kann also gesteuert werden, welcher Fluidstrom vom ersten bzw. zweiten Pumpenkanal 80; 81 in den U-förmigen Kanal 85 fließt. Mit der ersten und der zweiten Hauptblende 41; 42 kann dann gesteuert werden, zu welchem Arbeitsanschluss 24 dieser Fluidstrom fließen soll, wobei der genannte Fluidstrom weiter angedrosselt werden kann. Dabei ist jeweils entweder die erste oder die zweite Hauptblende 41; 42 geöffnet. Wenn in 4 der Hauptschieber 40 nach rechts bewegt wird, öffnet sich die erste Hauptblende 41, wobei die zweite Hauptblende 42 verschlossen bleibt. Wenn in 4 der Hauptschieber 40 nach links bewegt wird, öffnet sich die zweite Hauptblende 42, wobei die erste Hauptblende 41 verschlossen bleibt.
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Der ersten und der zweiten Ringnut 46; 47 sind jeweils gesonderte erste und zweite Feinsteuerkerben 43a; 43b zugeordnet, die an unmittelbar benachbarten Stegen 51 angeordnet sind, wobei sie aufeinander zu weisen. Die dritte Hauptblende 43 wird daher letztlich von zwei gesonderten in Reihe geschalteten Blenden gebildet, die jeweils von den ersten bzw. den zweiten Feinsteuerkerben 43a; 43b definiert werden. In der vorliegenden Mittelstellung ist die Verbindung von der ersten zur zweiten Ringnut 46; 47 maximal geöffnet. Wird der Hauptschieber 40 nach rechts verschoben, so schließt die durch die ersten Feinsteuerkerben 43a definierte Blende und bestimmt damit die effektive Drosselquerschnittsfläche der dritten Hauptblende 43. Wird der Hauptschieber 40 nach links verschoben, so schließt die durch die zweiten Feinsteuerkerben 43b definierte Blende und bestimmt damit die effektive Drosselquerschnittsfläche der dritten Hauptblende 43.
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Wie bereits angesprochen ist die erste Ringnut 46 eines Hauptschiebers 40 mit der zweiten Ringnut 47 eines benachbarten Hauptschiebers 40 verbunden. Wenn alle Hauptschieber 40 in der Mittelstellung sind kann damit das vom ersten Pumpenanschluss anströmende Druckfluid vom ersten (Nr. 40a in 1) bis zum dritten Hauptschieber (Nr. 40c in 2) und von dort in den Tank fließen. Das vom zweiten Pumpenanschluss anströmende Druckfluid kann vom zweiten (Nr. 40b in 1) bis zum vierten Hauptschieber (Nr. 40d in 3) und von dort in den Tank fließen.
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Wird nun ein Hauptschieber 40 geöffnet, so verkleinert sich dessen dritte Hauptblende 43 und die erste oder die zweite Hauptblende 41; 42 vergrößert sich, so dass das Druckfluid zum betreffenden Arbeitsanschluss 24 fließt. Das von den Pumpen geförderte Druckfluid kann also unabhängig von der Stellung des Hauptschiebers 40 immer abfließen, so dass es nicht zu Druckspitzen kommen kann. Kritisch ist hier insbesondere der Fall, in dem ein Hauptschieber 40 weit geöffnet ist, wobei die betreffende Pumpe mit hoher Leistung fördert. Wird nun der Hauptschieber 40 geschlossen, so würde es ohne die dritte Hauptblende 43 zu erheblichen Druckspitzen kommen.
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Der erste und der zweite Tankkanal 82; 83 kreuzen alle Hauptschieber 40 zwischen zwei Stegen 51, die ganz außen am Hauptschieber 40 angeordnet sind. Demnach besteht eine Verbindung vom ersten Tankkanal 81 zur vierten Hauptblende 44 und vom zweiten Tankkanal 82 zur fünften Hauptblende 45. Die erste 41 und die vierte Hauptblende 44 sind mit dem gleichen Arbeitsanschluss 24 verbunden, wobei entweder die erste 41 oder die vierte Hauptblende 44 geöffnet ist. Die zweite 42 und die fünfte Hauptblende 45 sind mit dem gleichen Arbeitsanschluss 24 verbunden, wobei entweder die zweite 42 oder die fünfte Hauptblende 45 geöffnet ist.
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Zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Tankkanal 82; 83 und dem jeweils zugeordneten Arbeitsanschluss 24 ist jeweils ein symbolisch dargestelltes Druckbegrenzungsventil 14 geschaltet, das verhindert, dass der Druck am Arbeitsanschluss einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Die Druckbegrenzungsventile 14 sind vorzugsweise in Cartridge-Bauweise ausgeführt, so dass sie einfach in eine angepasste Aufnahmebohrung im Gehäuse 20 eingebaut werden können.
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5 zeigt einen grobschematischen Querschnitt des Ventilblocks gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die Schnittebene durch die Mittelachse eines Hauptschiebers verläuft. Die zweite Ausführungsform ist bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch zur ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführung zu 4 verwiesen wird. Dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die Basis 88 des U-förmigen Kanals 85 ist auf der von den Arbeitsanschlüssen 24 abgewandten Seite des Hauptschiebers 40 angeordnet. Von der Basis 88 zweigt ein einziger Seitenkanal 89 quer ab, der in der Symmetrieebene 19 angeordnet ist. Rechts und links neben dem Seitenkanal 89 sind der erste und der zweite Pumpenkanal 80; 81 angeordnet. Der erste Pumpenkanal 80 ist über die erste Hilfsblende 62 am ersten Hilfsschieber 60 mit dem Seitenkanal 89 verbunden. Der zweite Pumpenkanal 81 ist über die zweite Hilfsblende 63 am zweiten Hilfsschieber 61 mit dem Seitenkanal 89 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventilblock
- 11
- Querrichtung
- 12
- Längsrichtung
- 13
- Verbraucher
- 14
- Druckbegrenzungsventil
- 15
- Primärdruckbegrenzungsventil
- 16
- erste Pumpe
- 17
- zweite Pumpe
- 18
- Tank
- 19
- Symmetrieebene
- 20
- Gehäuse
- 21
- Grundkörper
- 22
- Nebenkörper
- 23
- Berührfläche
- 24
- Arbeitsanschluss
- 25
- erster Pumpenanschluss
- 26
- zweiter Pumpenanschluss
- 27
- Tankanschluss
- 28
- Endplatte
- 40
- Hauptschieber
- 40a
- erster Hauptschieber
- 40b
- zweiter Hauptschieber
- 40c
- dritter Hauptschieber
- 40d
- vierter Hauptschieber
- 41
- erste Hauptblende
- 42
- zweite Hauptblende
- 43
- dritte Hauptblende
- 43a
- erste Feinsteuerkerbe
- 43b
- zweite Feinsteuerkerbe
- 44
- vierte Hauptblende
- 45
- fünfte Hauptblende
- 46
- erste Ringnut
- 47
- zweite Ringnut
- 48
- dritte Ringnut
- 49
- vierte Ringnut
- 50
- Mittelachse des Hauptschiebers
- 51
- Steg des Hauptschiebers
- 60
- erster Hilfsschieber
- 61
- zweiter Hilfsschieber
- 62
- erste Hilfsblende
- 63
- zweite Hilfsblende
- 70
- erster Pumpenschieber
- 71
- zweiter Pumpenschieber
- 80
- erster Pumpenkanal
- 81
- zweiter Pumpenkanal
- 82
- erster Tankkanal
- 83
- zweiter Tankkanal
- 84
- Verbindungskanal zwischen erster und zweiter Ringnut zweier Hauptschieber
- 85
- U-förmiger Kanal
- 86
- erster Schenkel des U-förmigen Kanals
- 87
- zweiter Schenkel des U-förmigen Kanals
- 88
- Basis des U-förmigen Kanals
- 90
- Blindstopfen, geschlossen
- 91
- Blindstopfen; Rückschlagventil
- 92
- Blindstopfen, offen
- 94
- Verbindungskanal zwischen erstem und zweitem Tankkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 791754 B1 [0002, 0006]
- US 4779836 A1 [0004, 0037]
