DE102012220863A1

DE102012220863A1 - Steueranordnung

Info

Publication number: DE102012220863A1
Application number: DE201210220863
Authority: DE
Inventors: Bojan Ferhadbegovic; Steffen Rose
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-15

Abstract

Offenbart ist eine Steueranordnung mit einem Senkbremsventil, bei dem der Druck im Ablauf auf eine in Schließrichtung wirksame Steuerfläche einer Hauptstufe oder einer Pilotstufe des Senkbremsventils zurückgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel Hydraulikbagger, Traktoren, Baggerlader oder Gabelstapler haben sich drei Grundarten von hydraulischen Steuerungssystemen für die Druckmittelversorgung der Arbeitshydraulik etabliert. Diese sind so genannte Load-Sensing-Systeme mit vorgeschalteten Individualdruckwaagen (LS-Systeme), Load-Sensing-Systeme mit nachgeschalteten Individualdruckwaagen (LUDV-Systeme (lastdruckunabhängiges Durchflussverhalten)) und Drosselsteuerung in Open-Center-Kreisläufen mit konstanter oder bedarfsangepasster Volumenstromversorgung durch die Pumpe (OC-Systeme). Die einzelnen Steuerungssysteme weisen in ihrem Steuerungsverhalten einen teils deutlich unterschiedlichen Charakter auf und haben auch gerade wegen ihres unterschiedlichen Steuerungsverhaltens ihren Platz in verschiedenen mobilen Anwendungen gefunden. So werden LS-Systeme hauptsächlich in Traktoren, Gabelstaplern und Mähdreschern, LUDV-Systeme in Hydraulikbaggern im europäischen Raum und OC-Systeme in Hydraulikbaggern im asiatischen Raum angeboten bzw. eingesetzt. Die Steuerungssysteme haben die Gemeinsamkeit, dass die den Zu- und Rücklaufvolumenstrom eines Verbrauchers bestimmenden Öffnungsquerschnitte von Volumenstrommessblenden gemeinsam durch einen Steuerschieber verändert werden.
Häufig werden die im Zulauf und im Rücklauf gelegenen Ventile als Sitzventile ausgeführt. Das im Zulauf gelegene Ventil gibt dabei einen zu einem elektrischen Ansteuersignal proportionalen Öffnungsquerschnitt zwischen einem Pumpenkanal (bei OC-Systemen und LUDV-Systemen) oder einem Zwischenkanal (LS-Systeme) und dem Verbraucherkanal (Lastkanal) frei, so dass sich bei entsprechender Ausbildung einer Druckdifferenz über diesem Öffnungsquerschnitt ein Zulaufvolumenstrom einstellt. Um für die entsprechende Druckdifferenz über dem Öffnungsquerschnitt zu sorgen, muss – hauptsächlich bei LS- und LUDV-Ventilen – der Verbraucherdruck (Lastdruck) in einen speziellen Lastmeldekanal (LS-Kanal) gemeldet werden. Der gemeldete Lastdruck wird anschließend zum Beispiel an einen Förderstromregler der angeschlossenen Pumpe mit verstellbarem Schluckvolumen weitergeleitet, welcher für die gewünschte Bereitstellung des Zulaufvolumenstroms sorgt.
In der EP 2 171 285 B1 ist eine Steueranordnung in aufgelöster Bauweise gezeigt, bei der sowohl im Zulauf als auch im Rücklauf eine stetig verstellbare Messblende angeordnet ist, denen jeweils ein Senkbremsventil zugeordnet ist, die somit je nach Bewegungsrichtung des angesteuerten Verbrauchers wirksam sind. Die Senkbremsventile sind mit einer Rückschlagfunktion ausgeführt, so dass die Zufuhr von Druckmittel zum Verbraucher möglich ist. Das jeweils im Rücklauf gelegene Senkbremsventil wird in Richtung einer Schließposition durch die Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung von dem Druck im Rücklauf beaufschlagt. Zusätzlich ist bei dieser bekannten Lösung vorgesehen, eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerfläche des Senkbremsventils mit dem Druck stromabwärts der dann wirksamen Zulaufmessblende zu beaufschlagen. Bei angetriebenen Lasten öffnet sich das Senkbremsventil vollständig und gibt einen großen Öffnungsquerschnitt zwischen dem Verbraucher und dem Rücklaufkanal frei. Bei antreibenden (ziehenden) Lasten geht das Senkbremsventil in eine Regelposition und stellt einen Querschnitt so ein, dass der entsprechend eingestellte Rücklaufvolumenstrom in der Form begrenzt wird, dass der Druck auf der Zulaufseite nicht über einen bestimmten, im weitesten Sinn von der Federvorspannkraft des Senkbremsventils vorgegebenen Druck absinken kann. Auf diese Weise können bei ziehender Last Kavitationen zuverlässig verhindert werden.
Derartige Steueranordnungen mit so genannten Senkbremsventilen im Rücklauf haben somit eine Rückkopplung des Zulaufdruckes des Verbrauchers (in vielen Fällen ein Hydraulikzylinder oder ein Hydraulikmotor) auf den Rücklaufvolumenstrom und somit auch auf den Druckaufbau im Rücklauf. Bei ungünstiger Abstimmung der Systemparameter neigen derartige Steueranordnungen zu einem instabilen Betriebsverhalten, das zu starken Schwankungen im Lastdruckverlauf führen kann.
Um das Senkbremsventil zu öffnen, arbeitet der Aufsteuerdruck (d.h. der Druck im Zulaufkanal des Verbrauchers) gegen die Federkraft der vorgespannten Feder). Je nach Ausführung des Senkbremsventils und der Haltefeder kann diese sowohl eine hohe Vorspannkraft als auch eine hohe Federsteifigkeit besitzen. Hierdurch wird ein Verschiebeweg eines Steuerschiebers des Senkbremsventils stark eingeschränkt. Dieser Umstand hat aber wieder eine relativ große Steigung der Flächenkennlinie in Abhängigkeit vom Schieberweg des Senkbremsventils zur Folge – diese große Steigung der Flächenkennlinie wirkt sich ebenfalls negativ auf ein stabiles Betriebsverhalten aus.
Ein weiterer Schwachpunkt derartiger Systeme zeigt sich bei einem möglichen Bruch der Feder, da dann nicht mehr garantiert werden kann, dass der Steuerschieber des Senkbremsventils in seiner geschlossenen Position gehalten werden kann. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, da bei einem Bruch der Feder eine Last unkontrolliert absinken kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung mit verbessertem Betriebsverhalten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist die Steueranordnung zur Ansteuerung zumindest eines Verbrauchers vorgesehen, dem über einen Zulauf Druckmittel zuführbar ist und von dem Druckmittel über einen Rücklauf abströmt. In diesem Rücklauf ist eine Senkbremsventileinrichtung angeordnet, die über einen vom Druck im Zulauf abhängigen Steuerdruck in Öffnungsrichtung und vorzugsweise von einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß ist eine im Sinne einer Verringerung der Kennliniensteigung des Öffnungsquerschnittes durch Vergrößerung des Maximalhubs des Senkbremsventilschiebers wirksame Steuerfläche einer Pilot- oder Hauptstufe der Senkbremsventileinrichtung mit einem vom Rücklaufdruck abhängigen Rücklaufsteuerdruck beaufschlagt.
Die Senkbremsventileinrichtung kann mit einem direkt gesteuerten Senkbremsventil oder einem vorgesteuerten Senkbremsventil ausgeführt sein. Wobei der Begriff „Hauptstufe“ sowohl bei einem vorgesteuerten Senkbremsventil als auch bei einem direkt gesteuerten Senkbremsventil verwendet wird.
Durch die Rückkopplung des im Rücklauf wirksamen Druckes können die eingangs erläuterten Instabilitäten deutlich verringert werden, so dass der stabile Arbeitsbereich der Steueranordnung erhöht wird. Dieses stabilere Betriebsverhalten resultiert insbesondere daraus, dass der Einfluss der Änderung des Drucks im Zulauf (Aufsteuerdruck) auf die Änderung des Volumenstroms über das Senkbremsventil gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen deutlich verringert wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der Aufsteuerdruck, d.h. der Druck auf der Zulaufseite der Steueranordnung proportional zum Druck auf der Rücklaufseite erhöht werden muss – mit anderen Worten gesagt, es erfolgt eine Anpassung des Aufsteuerdrucks an den Druck im Rücklauf so, wie es die Lastverhältnisse im jeweiligen Arbeitspunkt erfordern. Gegenüber Lösungen, bei denen die Erhöhung der Vorspannung nur durch eine Erhöhung der Federvorspannkraft realisierbar ist, sind energetische Vorteile zu erwarten.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass die Feder der Senkbremsventileinrichtung schwächer als beim Stand der Technik dimensioniert werden kann (kleinere Vorspannkraft, kleinere Federsteifigkeit), wodurch ein größerer Hub eines Steuerschiebers der Senkbremsventileinrichtung realisiert werden kann. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Kennliniensteigung des Öffnungsquerschnittes gegenüber dem Schieberhub stabilitätsfördernd sinkt.
Bei geringerer Kennliniensteigung des Öffnungsquerschnittes gegenüber dem Schieberhub können Blenden zur Verstimmung des dynamischen Verhaltens des Steuerschiebers eventuell größer dimensioniert werden. Derartige größere Blenden sind weniger empfindlich gegenüber Verstopfungen durch Verschmutzungen im Druckmittel. Darüber hinaus ist der Fertigungsaufwand zur Herstellung großer Blenden gering.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass auch bei einem Bruch der Feder der Senkbremsventileinrichtung dessen Steuerschieber durch den im Rücklauf wirksamen Druck in seiner geschlossenen Position gehalten werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Senkbremsventileinrichtung in Sitzbauweise ausgeführt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steueranordnung mit einer Rücklaufsteuerleitung ausgeführt, die vom Rücklauf abzweigt und in der zwei in Reihe geschaltete Blenden angeordnet sind, wobei der Rücklaufsteuerdruck zwischen diesen Blenden abgegriffen wird. Die Rücklaufsteuerleitung mündet in einen zum Tank führenden Kanal ein.
Das Abgreifen des Rücklaufsteuerdrucks erfolgt dabei vorzugsweise über einen Steuerkanal, der zwischen den beiden Blenden abzweigt und der vorzugsweise mit einer Drosseleinrichtung ausgeführt ist. Diese Drosseleinrichtung kann beispielsweise als Dämpfungsblende oder aber auch als Drosselrückschlagventil ausgeführt sei.
Bei einer Variante der Erfindung wird der zulaufseitige Steuerdruck über eine Zulaufsteuerleitung abgezweigt, in der eine Zulaufblende und eine Zulauf-Drosseleinrichtung in Reihe geschaltet sind, zwischen denen ein Tanksteuerkanal abzweigt, in dem eine Tankblende angeordnet ist.
Auch die zulaufseitige Drosseleinrichtung kann als Dämpfungsblende oder als Drosselrückschlagventil ausgeführt sein.
Vorteilhafter Weise hat die Senkbremsventileinrichtung eine direkt gesteuerte Hauptstufe mit einem in einem Gehäuse geführten Hauptkolben, der von einer Hauptfeder in Richtung auf einen Sitz vorgespannt ist und dem eine Pilotstufe zugeordnet ist, deren Pilotkölbchen über einen Aufstoßkolben mit dem Rücklaufsteuerdruck beaufschlagt ist.
Die Systemstabilität sich lässt sich weiter verbessern, wenn bei einer direkt gesteuerten Hauptstufe der Hauptkolben zusätzlich mit einer in Öffnungsrichtung wirksamen Aufsteuerfläche ausgeführt ist, die direkt vom Rücklaufdruck beaufschlagt wird.
Die Steueranordnung kann besonders kompakt ausgeführt werden, wenn das Pilotkölbchen im Hauptkolben geführt ist.
Besonders bevorzugt wird es, wenn die vorgenannten Blenden und Drosseleinrichtungen in den Hauptkolben oder ein Gehäuse der Senkbremsventileinrichtung integriert sind.
Bei einem vorgesteuerten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Pilotkölbchen über eine Pilotfeder und den Rücklaufsteuerdruck in Schließrichtung beaufschlagt. Dabei ist das Pilotkölbchen in Öffnungsrichtung von dem Aufstoßkolben oder vom Steuerdruck im Zulauf beaufschlagt.
Das Pilotkölbchen kann mit einem Kegel ausgeführt sein, der eine fluiddichte Absperrung des Steuerölströmungspfades ermöglicht.
Diesem Kegel können Feinsteuerkerben zugeordnet, die einen Strömungsquerschnitt zwischen einem vom Hauptkolben begrenzten Druckraum, in dem ein dem Rücklaufsteuerdruck entsprechender Steuerdruck wirksam ist und dem Tankkanal begrenzen.
Der vom Hauptkolben begrenzte Druckraum kann über eine Hauptdrossel mit dem Zulauf verbunden sein.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Hauptkolben mit einem Kegel und Feinsteuerkerben zum Aufsteuern eines Öffnungsquerschnittes ausgebildet.
Der Aufbau der Senkbremsventileinrichtung wird weiter vereinfacht, wenn die genannten Blenden und Drosseleinrichtungen pilotstufenseitig und/oder hauptstufenseitig integriert sind.
Bei Anwendungen, bei denen ein Verbraucher in beiden Wirkrichtungen angesteuert werden kann, sind entsprechend im Zulauf und im Rücklauf (bezogen auf eine Wirkrichtung des Verbrauchers) Senkbremsventileinrichtungen mit den vorbeschriebenen Merkmalen ausgeführt, wobei die jeweils im Rücklauf gelegene Senkbremsventileinrichtung bei ziehender Last im Sinne einer Androsselung des Rücklaufvolumenstroms wirksam ist.
Wie bereits erwähnt, ist es zur leckagefreien Abstützung des Verbrauchers bevorzugt, die Steueranordnung mit Ventilen in Sitzbauweise auszuführen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein stark vereinfachtes Schaltschema einer Anordnung zur Druckmittelversorgung mehrerer Verbraucher,
2 eine erfindungsgemäße Steueranordnung zur Druckmittelsversorgung zumindest eines dieser Verbraucher,
3 den Lastdruck in Abhängigkeit von der Zeit bei einer herkömmlichen Steueranordnung und einer erfindungsgemäßen Steueranordnung,
4 Kennlinien erfindungsgemäßer und herkömmlicher Steueranordnungen,
5 eine konkrete Lösung einer Senkbremsventileinrichtung einer erfindungsgemäßen Steueranordnung,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Senkbremsventileinrichtung für eine erfindungsgemäße Steueranordnung,
7 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit direkt gesteuertem Senkbremsventil,
8 eine konkrete Lösung des Ausführungsbeispieles gemäß 7 und
9 ein Schaltbild eines Teils einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der anstelle von Dämpfungsblenden Drosselrückschlagventile verwendet sind.
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 Zu- und Rücklaufventile können aber auch als direkt gesteuert und nichtdruckausgeglichen ausgeführt werden. 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 und Baggerladern. Die im Folgenden beschriebenen Sitzventile gewährleisten eine Leckagefreiheit, so dass bei der LS-Version keine zusätzlichen Maßnahmen, wie Rückschlagventile erforderlich sind.
1 zeigt einen stark vereinfachten Schaltplan einer Anordnung 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 (Steueranordnungen 24) hat, von denen jede einem der Verbraucher 2 zugeordnet ist. Jede der Wegeventilsektionen 24 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die über die im Folgenden beschriebene Steueranordnung mit Anschlüssen P, T, T’ und LS des Steuerblocks 4 verbindbar sind.
Die in 1 gezeigte Schaltung 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.
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.
Selbstverständlich können, wie bereits angedeutet, anstelle des in 1 dargestellten LS-Systems auch OC- oder LUDV-Systeme verwendet werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dient eine erfindungsgemäße Steueranordnung, im vorliegenden Fall Wegeventilsektion 24 genannt, zur Ansteuerung des Verbrauchers 2, der hier als Differentialzylinder ausgeführt ist.
2 zeigt einen Teil einer Schaltung einer derartigen Wegeventilsektion 24, wobei der Einfachheit halber lediglich eine Senkbremsventileinrichtung 26 dargestellt ist. Auf die Darstellung der sonstigen Ventilelemente, beispielsweise der stetig verstellbaren Zulaufmessblenden, der vor- oder nachgeordneten Individualdruckwaagen (sofern vorhanden) sowie einer auch im Zulauf vorgesehenen Senkbremsventileinrichtung wird verzichtet, da diese Elemente zum Verständnis der Erfindung wenig beitragen.
Der Verbraucher 2 hat einen Kolben 28, der den Zylinder in einen bodenseitigen Druckraum 30 und einen kolbenstangenseitigen Ringraum 32 unterteilt. Der Druckraum 30 ist über eine Arbeitsleitung, im Folgenden Zulaufleitung 34 genannt, mit dem Anschluss A und der Ringraum 32 über eine weitere Arbeitsleitung, im Folgenden Rücklaufleitung 36 genannt, mit dem Anschluss B der Wegeventilsektion 24 verbunden. Bei den folgenden Betrachtungen wird dementsprechend angenommen, dass Druckmittel von der Verstellpumpe 6 in den sich entsprechend vergrößernden Druckraum 30 gefördert wird, während das aus dem sich dann verkleinernden Ringraum 32 verdrängte Druckmittel über den Tankanschluss T zum Tank T abströmt. Der Kolben 28 fährt somit in Pfeilrichtung aus. Zum Einfahren des Kolbens 28 wird entsprechend die Druckmittelströmungsrichtung durch geeignete Ansteuerung der Wegeventilsektion 24 umgesteuert.
Wie bereits erläutert, strömt das Druckmittel über einen in der Wegeventilsektion 24 ausgebildeten Zulaufkanal 38 zum Anschluss A und steht daher in Druckmittelverbindung mit der Zulaufleitung 34. In entsprechender Weise steht die Rücklaufleitung 36 über den Anschluss B in Druckmittelverbindung mit einem Rücklaufkanal 40, der an einen Eingangsanschluss P eines Senkbremsventils 42 angeschlossen ist. Ein Ausgangsanschluss T des Senkbremsventils 42 ist an einen zum Tankanschluss T führenden Tankkanal 44 angeschlossen.
Wie in 2 angedeutet, ist das Senkbremsventil in Sitzschieberbauweise ausgeführt, wobei in dem Fall, in dem eine Druckmittelzufuhr zum Ringraum 32 erfolgen soll, das Senkbremsventil 42 in seiner Rückschlagfunktion ohne wesentliche Drosselwirkung durchströmbar ist. Über das Senkbremsventil 42 ist eine leckagefreie Abstützung des Verbrauchers 2 ermöglicht.
Das Senkbremsventil 42 ist in an sich bekannter Weise über eine Hauptfeder 46 in Richtung seiner dargestellten Schließposition beaufschlagt. In Öffnungsrichtung, d.h. entgegen der Kraft der Hauptfeder 46, wirkt ein Zulaufsteuerdruck, der über eine Zulaufsteuerleitung 48 vom Zulaufkanal 38 abgegriffen wird. In dieser Zulaufsteuerleitung 48 sind eine Zulaufblende 50 und eine Zulauf-Dämpfungsblende 52 in Reihe geschaltet. Im Strömungsabschnitt zwischen diesen beiden Blenden 50, 52 zweigt ein Tanksteuerkanal 54 ab, der in den Tankkanal 44 einmündet und in den eine Tankblende 56 angeordnet ist. Die Blende 50 und die Tankblende 56 bilden dabei eine Art Druckteiler, die den Steuerdruck bestimmen, der auf eine Steuerfläche 58 eines Hauptkolbens 60 in Öffnungsrichtung, d.h. in Richtung des Aufsteuerns eines Strömungsquerschnittes beaufschlagt. Zusätzlich sorgt die Tankblende 56 für eine Verringerung der Druckaufbaugeschwindigkeit im Druckraum 54, wodurch die Systemverstärkung reduziert und das Stabilitätsverhalten weiter positiv beeinflusst werden kann.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Rückführung des Drucks des abströmenden Druckmittels, d.h. im vorliegenden Fall des im Rücklauf 40 oder im Ringraum 32 wirksamen Drucks auf die Federseite des Senkbremsventils 42. Hierzu zweigt vom Rücklaufkanal 40 eine Ablaufsteuerleitung 62 ab, die in den Tankkanal 44 einmündet. In dieser Ablaufsteuerleitung 62 sind zwei Blenden 64, 66 angeordnet, die ebenfalls eine Art Druckteilerschaltung ausbilden. Im Steuerölströmungspfad zwischen den beiden Blenden 64, 66 zweigt ein Steuerkanal 68 ab, in dem eine Dämpfungsblende 70 angeordnet ist.
Wie im Folgenden noch näher erläutert, können die Dämpfungsblenden 52 und 70 auch als Drosselrückschlagventile ausgebildet sein. Die Verwendung von Drosselrückschlagventilen bietet den Vorteil, bei sehr zu instabilen Verhalten neigenden Verbrauchern (sehr hohe (reduzierte) Trägheiten, sehr hohe hydraulische Kapazitäten in den Verbraucherzu- und -rücklaufkammern, etc.) das Systemverhalten zu stabilisieren, da sie einen sehr geringen Blendenquerschnitt in einer Richtung (Schließrichtung des Drosselrückschlagventils) zulassen. In Öffnungsrichtung des Drosselrückschlagventils ist der Dämpfungsblendenquerschnitt größer und lässt somit auch eine höhere Dynamik der Gesamtverschaltung zu. Eine Gefahr der Verschmutzung besteht nicht, da sich Ablagerungen bei Öffnung des Drosselrückschlagventils weggespült werden.
Eine entsprechende Senkbremsventileinrichtung 26 kann auch im Zulauf vorgesehen werden, so dass bei einer Druckmittelströmungsrichtungsumkehr dieses Senkbremsventil im Rücklauf liegt.
Um den Differentialzylinder ausfahren zu können, muss dementsprechend Druckmittel in den Druckraum 30 einströmen. Dieser Vorgang lässt sich grundsätzlich in zwei Betriebssituationen einteilen.
So kann die auf den Kolben 28 wirksame Kraft F in entgegengesetzter Richtung, d.h. entgegen der Ausfahrbewegung des Kolbens 28 wirken. In diesem Fall muss die Last F „angetrieben“ werden und es baut sich ein Lastdruck in dem Druckraum 30 auf, welcher im Wesentlichen durch die Last F bestimmt ist. Der sich im Zulaufkanal 38 entsprechend einstellende Lastdruck wird dann über die Blendenanordnung 50, 52, 56 auf die in Aufstoßrichtung wirksame Steuerfläche 58 übertragen. Da dieser Lastdruck in der Regel deutlich höher ist als die druckäquivalente Vorspannkraft der Hauptfeder 46, öffnet sich das Senkbremsventil 42 vollständig und gibt somit einen großen Öffnungsquerschnitt frei. Das aus dem Ringraum 32 verdrängte Druckmittel kann somit unter vergleichsweise geringem Druckverlust über den Rücklaufkanal 40 zum Tankanschluss T abströmen. Der Hauptkolben 60 (Steuerschieber) befindet sich dabei nicht in einer Regelposition.
In der anderen Betriebssituation wirkt die Last F in der gleichen Richtung wie die Ausfahrbewegung des Kolbens 28 – man spricht von einer ziehenden Last. Durch diese ziehende Last wird entsprechend ein Lastdruck in dem als Rücklaufkanal wirkenden Ringraum 32 aufgebaut. Bei einer Anordnung ohne Senkbremsventil 42 im Rücklauf würde die Zylindergeschwindigkeit in diesem Zustand durch die nicht dargestellte Rücklaufmessblende bestimmt werden. In erfindungsgemäßen Anordnungen mit Senkbremsventil 42 im Rücklauf wird, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Betriebssituation, über die Blenden 50, 52, 56 der sich einstellende Druck im Zulaufkanal zeitlich verzögert oder ein von diesem abhängiger Steuerdruck an der Steuerfläche 58 wirksam. In Gegenrichtung wirkt die Kraft der Hauptfeder 46, wobei erfindungsgemäß die Vorspannung oder Federkonstante dieser Feder deutlich geringer als beim Stand der Technik ausgeführt sein kann. Der größte Anteil der in Gegenrichtung wirksamen Kraft resultiert aus dem im Steuerkanal 68 wirksamen Steuerdruck. Wie erläutert, wird durch die durch die Blenden 64, 66 und 70 ausgebildete Druckteileranordnung ein Zwischendruck gebildet, welcher zwischen dem Wert des im Rücklaufkanal wirksamen Druckes und dem Tankdruck liegt. Dieser eingestellte Zwischendruck (Steuerdruck) und der damit einhergehende „Nebenvolumenstrom“ sind im Wesentlichen von den Durchmessern der Blenden 64, 66, 70 abhängig. In dem Fall, in dem die in Öffnungsrichtung wirksamen Kräfte größer als die in Schließrichtung wirksamen Kräfte sind, wird der Hauptkolben 60 aus seiner dargestellten Schließposition in eine Regelposition verstellt, in der ein Öffnungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen P und T des Senkbremsventils 42 aufgesteuert ist. Es kann somit ein Rücklaufdruckmittelvolumenstrom fließen – der Kolben 28 beginnt sich entsprechend zu bewegen. Es stellt sich ein Druck in dem zulaufseitigen Druckraum 30 ein, dessen Wert im Wesentlichen durch die druckäquivalenten Kräfte auf der federbelasteten Stirnfläche des Hauptkolbens 60 bestimmt wird. Ein Kavitieren des Öls im Zulauf kann vermieden werden und die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens 28 richtet sich in Folge dessen im Wesentlichen nach dem Zulaufvolumenstrom.
Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer höheren Systemstabilität gegenüber den herkömmlichen Anordnungen. Durch die Rückkopplung des Rücklaufdruckes auf den Hauptkolben 60 sinkt entsprechend der Einfluss der Änderung des Rücklaufvolumenstroms durch die Änderung des Zulaufdruckes und der Bereich eines stabilen Betriebsverhaltens wird erweitert. Die gewonnene Erhöhung der Systemstabilität erlaubt es zum Beispiel, die Querschnitte der beim Stand der Technik für die Systemstabilität zwingend notwendigen Blenden (beispielsweise der Zulaufblende 50 und der Zulauf-Dämpfungsblende 52 sowie der Tankblende 56) zu vergrößern. Derartige Blenden sind einfacher zu fertigen und wesentlich unempfindlicher gegen Verschmutzung/Verstopfung. Prinzipiell vorstellbar ist auch ein Betrieb ohne die Hauptfeder 46, da die notwendige Gegenkraft allein durch den Anteil des rückgeführten Lastdruckes erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß ist diese Feder jedoch notwendig, um eine Vorzugslage des Hauptkolbens 60 bei nichtangesteuertem Verbraucher oder einem geringen Druck im Rücklaufkanal 40 zu gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung wird in einer zusätzlich erhöhten Betriebssicherheit gesehen. Durch die Druckrückführung liegt auch bei nicht angesteuertem Verbraucher bei entsprechendem Lastdruck immer ein Druck auf der federbelasteten Seite des Senkbremsventils 42 an, so dass, wie eingangs erwähnt, auch bei einem Bruch der Hauptfeder 46 ein unbeabsichtigtes Absinken der Last verhinderbar ist.
3 zeigt die Verläufe des Zulaufdruckes beim Stand der Technik (links in 3) und bei einer erfindungsgemäßen Steueranordnung mit einem erfindungsgemäßen Lastbremsventil. Dabei ist angenommen, dass sowohl beim Stand der Technik (ohne Rückführung des rücklaufseitigen Lastdruckes) als auch bei der erfindungsgemäßen Lösung die wirksamen Durchmesser der Blenden 50, 52, 56 gleich groß sind. Bei einer Lösung gemäß dem Stand der Technik schwingt nach einem Aufprägen des Zulaufvolumenstroms (Sprung bei T = 0 s) der Druckverlauf nicht aus sondern die Amplitude erhöht sich. Demzufolge ist das Systemverhalten in diesem Positionsbereich des Zylinders instabil. Die abklingenden Amplituden ab 2,5 s in dem linken Diagramm in 3 resultieren aus einem stabiler werdenden Arbeitsbereich bei ausgefahrenem Zylinder. Dabei steigt die hydraulische Kapazität der Zulaufseite des Zylinders, wobei der Einfluss der Änderung des Zulaufdruckes auf die Änderung des Druckmittelvolumenstroms über das Senkbremsventil sinkt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung mit Lastdruckrückführung klingt die Amplitude des Druckes im Zulauf nach Einprägen des Zulaufvolumenstroms bei T = 0 s ab und der Druckwert erreicht sehr schnell seinen stationären Zustand. Dies bedeutet, dass das Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Lösung mit Rückführung des ablaufseitigen Druckes zu einem deutlich stabileren Betriebsverhalten führt.
Gemäß der Darstellung in 4 für die erfindungsgemäßen Systeme mit ablaufseitiger Lastdruckrückführung auf das Senkbremsventil werden Kennlinien mit deutlich flacherer Steigung im Anfangsbereich verwendet. Dieser flache Anstieg der Kennlinie (Abhängigkeit des normierten Öffnungsquerschnittes A_SBV/A_SBV-max vom normierten Hub des Hauptkolbens (x_SBV/x_SBV-max) hat einen positiven Einfluss auf die Systemstabilität. Demgegenüber ist die Steigung der entsprechenden Kennlinien herkömmlicher Systeme deutlich steiler ausgeführt, was in einem instabilen Betriebsverhalten resultieren kann
Bei entsprechender Abstimmung der Druckfilterung über die Blenden 50, 52 und 56 sowie der Lastdruckrückführung auf das Senkbremsventil 42 lässt sich somit die Betriebsstabilität insbesondere zu Beginn des Regelbereiches des Senkbremsventils 42 deutlich verbessern.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steueranordnung mit einer konkreten Ausführung eines Senkbremsventils 42, das in diesem Fall in Sitzventilbauweise und direkt gesteuert ausgeführt ist.
Das Senkbremsventil 42 hat ein Gehäuse 72, in dessen Ventilbohrung 74 der als Sitzschieber ausgeführte Hauptkolben 60 geführt ist. Dieser hat einen Kegel 76, der über die Hauptfeder 46 in seiner Schließposition gegen einen Sitz 78 vorgespannt ist, so dass in dieser Schließposition die Steuerölverbindung zwischen dem Rücklaufkanal 40 und dem Tankkanal 44 abgesperrt ist. Diese Kanäle sind beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 ebenfalls im Gehäuse 72 ausgebildet.
An dem von der Hauptfeder 46 entfernten Endabschnitt des Hauptkolbens 60 sind Feinsteuerkerben 80 ausgebildet, die bei einer Verstellung des Hauptkolbens 60 gegen die Kraft der Hauptfeder 46 einen Öffnungsquerschnitt aufsteuern, der umfangsseitig durch einen Steg 82 der Ventilbohrung 74 begrenzt ist.
In einem radial erweiterten Endabschnitt der Ventilbohrung 74 ist ein Aufstoßkolben 84 geführt, dessen in 5 linke Stirnfläche die Steuerfläche 58 ausbildet. Diese taucht in einen Aufstoßraum 86 ein, in den die Zulaufsteuerleitung 48 einmündet. Wie vorstehend erläutert, sind in dieser Zulaufsteuerleitung 48 die beiden hintereinander geschalteten Blenden 50, 52 angeordnet. Zwischen den Blenden zweigt der anhand 2 erläuterte Tanksteuerkanal 54 ab, der im Tankkanal 44 mündet und in dem die Tankblende 56 angeordnet ist. D.h. im Aufstoßraum 86 ist ein Steuerdruck wirksam, der zum einen vom Zulaufdruck und vom Tankdruck sowie zum anderen vom Blendenquerschnitt der Blenden 50, 52, 56 abhängt.
Der von der Steuerfläche 58 entfernte Endabschnitt des Aufstoßkolbens 84 ist zu einem Stößel 88 verringert, der in eine Axialbohrung 90 des Hauptkolbens 60 eintaucht. Koaxial zum Stößel 88 ist in dieser Axialbohrung 90 ein Pilotkölbchen 92 geführt, das über eine Pilotfeder 94 mit einem Pilotkegel 96 gegen einen Pilotsitz 98 vorgespannt ist. Die Pilotfeder 94 stützt sich an einem in die Axialbohrung 90 eingesetzten Stützring 100 ab. Die Axiallänge des Stößels 88 ist so gewählt, dass sie bei einer Verstellung des Aufstoßkolbens 84 in Anlage an die Stirnfläche des Pilotkegels 96 gelangt, so dass dieser gegen die Kraft der Pilotfeder 94 von seinem Pilotsitz 98 abgehoben werden kann. Im Bereich hinter der Pilotfeder 94 bildet die Axialbohrung 90 einen Rückraum 102, der über die als Radialbohrung ausgeführte Ablaufsteuerleitung 62 und die beiden Blenden 64, 66 mit dem Rücklaufkanal 40 in Druckmittelverbindung steht. Wie anhand 2 erläutert, zweigt zwischen den beiden Blenden 64, 66 der Steuerkanal 68 ab, in dem die Steuerblende 68 angeordnet ist. Dieser Steuerkanal 68 mündet in einer Steuerkammer 104, die durch die Rückseite des Hauptkolbens 60 begrenzt ist und in der die Hauptfeder 46 angeordnet ist. Diese stützt sich an einer Stirnfläche des Gehäuses 72 ab und greift an einer Ringschulter der Axialbohrung 90 an. In die Axialbohrung 90 ist ein Verschlussstück 105 eingesetzt, das eine direkte Verbindung zwischen der Stellkammer 104 und dem Rückraum 102 schließt, so dass die beiden Räume lediglich über die Blende 66 und die Dämpfungsblende 70 verbunden sind.
Im Ausgangszustand bei geschlossenem Senkbremsventil 42 befindet sich der Aufstoßkolben 84 in seiner in 5 dargestellten Position. Der Aufstoßraum 86 ist dabei zum Tank T hin entlastet, wobei die Verschaltung der Entlastung nicht dargestellt ist. Diese Entlastung kann beispielsweise über das im Zulauf angeordnete Ventil realisiert werden. Die Pilotstufe mit dem Pilotkölbchen 92 wird durch die Pilotfeder 94 und den durch die Blenden 64 und 66 aus dem Rücklaufkanal 40 weitergeleiteten Lastdruck gegen den Pilotsitz 98 gedrückt, der in dem Hauptkolben 60 einer Hauptstufe ausgebildet ist. Über die Blende 64 und die Dämpfungsblende 70 sowie den Steuerkanal 68 wird der Lastdruck im Rücklaufkanal 40 auch in die Steuerkammer 104 der Hauptstufe gemeldet. Die dabei auf die benachbarte Stirnfläche des Hauptkolbens 60 wirksame Druckkraft und die Vorspannkraft der Hauptfeder 46 drücken den Hauptkolben 60 der Hauptstufe gegen den Sitz 78, der am Gehäuse 72 ausgebildet ist. Der Rücklaufkanal 40 ist somit zum Tankkanal 44 hin abgedichtet und die Leckage dementsprechend klein.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Betriebssituation mit ziehender Last. Wird nun durch entsprechende Betätigung der nicht dargestellten Zulaufmessblende Druckmittel in Richtung zum Druckraum 30 gefördert, steigt der Druck in dem Druckraum 30 so lange an, bis der Druck im Aufstoßraum 86 so hoch ist, dass das Pilotkölbchen 92 durch den Aufstoßkolben 84 von seinem Pilotsitz 98 abgehoben werden kann. Durch das Abheben des Pilotkölbchens 92 vom Pilotsitz 98 kann ein kleiner Steuerölvolumenstrom über den aufgesteuerten Querschnitt vom Rückraum 102 zum Tankkanal 44 abströmen, so dass der Rückraum 102 entlastet wird. Der Aufstoßkolben 84 liegt dann mit seiner Ringstirnfläche an der Stirnfläche des Hauptkolbens 60 an. Aufgrund des aufgesteuerten Pilotquerschnittes kann über die Blenden 64, 66 in der Folge ein kleiner Steuerölvolumenstrom in den Rückraum 102 fließen. Dadurch entsteht im Zwischenraum zwischen den beiden Blenden 64, 66 ein Zwischendruck, der zwischen dem rücklaufseitigen Lastdruck und dem Tankdruck liegt. Dieser Zwischendruck wirkt über die Dämpfungsblende 70 und den Steuerkanal 68 auch in der Steuerkammer 104 der Hauptstufe.
Erhöht sich der Druck in der Zulaufleitung 34 und im Druckraum 30 in Folge des Druckmittelvolumenstroms weiter, so erhöht sich auch der in Aufstoßrichtung wirksame Druck im Aufstoßraum 86. Durch diesen Druck und die daraus resultierende Kraft ist der Hauptkolben 60 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Übersteigt diese in Öffnungsrichtung wirksame Kraft die in Schließrichtung wirksamen Kräfte, die im Wesentlichen durch die Kraft der Hauptfeder 46 und durch die aus dem Druck in der Steuerkammer 104 resultierenden Kraft bestimmt ist, wird der Hauptkolben 60 der Hauptstufe durch den auf diesen auflaufenden Aufstoßkolben 84 geöffnet, so dass der Kegel 76 vom Sitz 78 abhebt. Durch den resultierenden Hub des Hauptkolbens 60 wird über die Feinsteuerkerben 80 letztendlich ein Öffnungsquerschnitt freigegeben, der eine Druckmittelverbindung vom Rücklaufkanal 40 zum Tankkanal 44 ermöglicht, so dass Druckmittel aus dem Ringraum 32 zum Tank T hin abströmen kann. Die Position des Hauptkolbens 60 und der daraus resultierende Öffnungsquerschnitt im Bereich der Feinsteuerkerben 80 wird durch den einzuregelnden Druck im Aufstoßraum 86 und damit im Zulaufkanal 34 sowie dem Druck im Rücklauf bestimmt. Der Rücklaufvolumenstrom wird somit an den Zulaufvolumenstrom angepasst und der Druck im Zulaufkanal 34 kann nicht kavitieren. Wie erläutert, dienen die Zulaufblende 50 und die Zulauf-Dämpfungsblende 52 sowie die Tankblende 56 der Druckfilterung des Zulaufdrucks.
6 zeigt eine Variante, bei der das Senkbremsventil 42 mit einer als Vorsteuerung wirkenden Pilotstufe 108 ausgeführt ist. Das eigentliche Senkbremsventil mit dem Hauptkolben 60 wird als Hauptstufe 110 bezeichnet. Der Grundaufbau entspricht weitestgehend demjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele, so dass für einander entsprechende Bauelemente in allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, so dass auf eine nochmalige Beschreibung dieser Bauelemente verzichtet werden kann.
Die Hauptstufe 110 hat wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel das Gehäuse 72, in dessen Axialbohrung 74 der Hauptkolben 60 geführt ist, der über die Hauptfeder 46 mit seinem Kegel 76 gegen den Sitz 78 vorgespannt ist. Der mit den Feinsteuerkerben 80 ausgeführte Endabschnitt taucht in eine Tankkammer 112 ein, die in Druckmittelverbindung mit dem zum Tank T führenden Tankkanal 44 steht. Die Hauptfeder 46 ist in einer Kammer 114 angeordnet, die über einen Winkelkanal 116 mit dem Rücklaufkanal 40 verbunden ist. In diesem Winkelkanal 116 ist eine Hauptdrossel 118 angeordnet.
Die Ablaufsteuerleitung 62 zweigt vom Rücklaufkanal 40 ab und erstreckt sich in ein Pilotgehäuse 120 der Pilotstufe 108 hinein, die stirnseitig an das Gehäuse 72 der Hauptstufe 110 angesetzt ist. Das Pilotkölbchen 92 ist in einer Führungsbohrung 122 des Pilotgehäuses 120 geführt und ist über die Pilotfeder 94 mit ihrem Pilotkegel 96 gegen den an der Führungsbohrung 122 ausgebildeten Pilotsitz 98 vorgespannt. Die Pilotfeder 94 ist dabei in einem Pilotsteuerraum 124 angeordnet, der in der Funktion in etwa dem Steuerraum 104 beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Rückführung des rücklaufseitigen Drucks nicht direkt – wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 – auf die Hauptstufe 110 sondern auf die Pilotstufe 108 erfolgt.
Die Ablaufsteuerleitung 62 ist im Bereich des Pilotgehäuses 120 abgewinkelt und mündet über die Blende 66 in einen Pilotrückraum 126 ein, der in der Funktion in etwa dem Rückraum 102 im Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht. Der Steuerkanal 68 erstreckt sich in Verlängerung des kurzen Schenkels der Ablaufsteuerleitung 62 in den Pilotsteuerraum 124 hinein. Die Führungsbohrung 122 ist zu einer Zwischenkammer 128 erweitert, die über einen gestrichelt angedeuteten Verbindungskanal 130 mit der Kammer 114 verbunden ist.
Im Bereich des Steges zwischen der Zwischenkammer 128 und dem Pilotrückraum 126 ist das Pilotkölbchen 92 mit Pilotfeinsteuerkerben 132 ausgeführt, die beim Abheben des Pilotkegels 96 vom Pilotsitz 98 einen Öffnungsquerschnitt zwischen der Zwischenkammer 128 und dem Pilotrückraum 126 aufsteuern. Die in Öffnungsrichtung wirksame Steuerfläche 58 ist wiederum an einem Aufstoßkolben 84 ausgebildet, der koaxial zum Pilotkölbchen 92 in einem Abschnitt der Führungsbohrung 122 geführt ist und stirnseitig mit dem Druck in der Zulaufsteuerleitung 48 beaufschlagt ist, in der die Zulaufblende 50 und die Zulauf-Dämpfungsblende 52 ausgebildet sind, wobei der Steuerdruck in der Darstellung gemäß 6 oberhalb der Zulauf-Dämpfungsblende 52 abgegriffen ist. Zwischen den beiden Blenden 50, 52 zweigt wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Tanksteuerkanal 54 ab, in dem die Tankblende 56 angeordnet ist und die in den Tankkanal 44 einmündet.
Bei unbetätigtem Verbraucher steht der Aufstoßkolben 84 in der in 6 dargestellten Position beabstandet zu einem Pilotstößel 136, der sich in der Darstellung gemäß 6 nach unten aus dem Pilotkegel 96 heraus erstreckt. Dieser Pilotstößel 136 taucht in eine Tankkammer 134 ein, die mit dem Tankkanal 44 verbunden ist.
In dieser Ruheposition wirkt der Rücklaufdruck über den Rücklaufkanal 40, die Ablaufsteuerleitung 62 und die beiden Blenden 64, 70 auch im Pilotsteuerraum 124, die dabei auf die im Pilotrückraum 124 angeordnete Stirnfläche des Pilotkölbchens 92 wirksame Druckkraft und die Kraft der Pilotfeder 94 drücken das Pilotkölbchen 92 mit seinem Pilotkegel 96 gegen den Pilotsitz 98. Gleichzeitig wird der rücklaufseitige Druck über den Winkelkanal 116 und die Hauptdrossel 118 in die Kammer 114 gemeldet. Die dabei auf die rückseitige Stirnfläche 106 des Hauptkolbens 60 wirkende Druckkraft und die Kraft der Feder 46 pressen den Kegel 76 gegen den Sitz 78, so dass der Rücklaufkanal 40 im Wesentlichen leckagefrei gegenüber dem Tankkanal 44 abgedichtet ist.
Wird nun zum Ausfahren des Kolbens 28 Druckmittel in die Druckkammer 30 gefördert (ziehende Last), so steigt entsprechend der Druck in der Zulaufleitung 34 und in der von dieser abzweigenden Zulaufsteuerleitung 48. Ein diesem steigenden Druck im Zulauf entsprechender Steuerdruck (zwischen Tankdruck und Zulaufdruck) wird über die Blendenanordnung mit den Blenden 50, 52 und der Tankblende 56 auch in den vom Aufstoßkolben 54 begrenzten Raum gemeldet, so dass die Steuerfläche 58 mit diesem steigenden Druck beaufschlagt ist.
Übersteigt der Wert dieses Steuerdrucks den Wert aus der Summe des Lastdrucks im Pilotsteuerraum 124 und der druckäquivalenten Vorspannkraft der Pilotfeder 94, so wird der Pilotkegel 96 über den Aufstoßkolben 84 von seinem Pilotsitz 98 abgehoben, so dass über die Blenden 64, 66 ein kleiner Steuerölstrom zum Tankkanal 44 abströmen kann. Dabei entsteht zwischen den Blenden 64 und 66 der vorbeschriebene Zwischendruck, der über die Dämpfungsblende 70 in den Pilotsteuerraum 124 der Pilotstufe 108 gemeldet wird. Dieser Zwischendruck liegt zwischen dem Lastdruck und dem Tankdruck und hängt auch von der Blendenauslegung ab.
Bei einem weiteren Ansteigen des Drucks in der Zulaufleitung 34 und einem daraus resultierenden weiteren Hub des Pilotkölbchens 92 wird über die Pilotfeinsteuerkerben 132 der Pilotstufe 108 ein Öffnungsquerschnitt zwischen der Zwischenkammer 128 und der Tankkammer 134 (genauer gesagt, dem Pilotrückraum 126) aufgesteuert, so dass über den Verbindungskanal 130 eine Steuerölverbindung zur Kammer 114 freigegeben wird. Dementsprechend wird somit ein Steuerölströmungspfad von der Kammer 114 über den Verbindungskanal 130 und den von den Pilotfeinsteuerkerben 132 aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt zum Tankkanal 44 aufgesteuert. Dadurch stellt sich ein kleiner Steuerölvolumenstrom ein, so dass der Druck in der Kammer 114 absinkt.
An der durch den Sitzdurchmesser des Sitzes 78 vorgegebenen Ringstirnfläche des Kegels 76 der Hauptstufe 110 wirkt dabei der Druck in dem Rücklaufkanal 40, so dass der Hauptkolben 60 aufgrund der Absenkung der in Schließrichtung wirksamen Druckkraft vom Sitz 78 abhebt und schließlich über die Feinsteuerkerben 80 ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Rücklaufkanal 40 und dem Tankkanal 44 aufgesteuert wird. Dementsprechend kann dann vom Verbraucher 2 Druckmittel abströmen, wobei der Öffnungsquerschnitt im Bereich der Feinsteuerkerben 80 in Abhängigkeit von dem auf den Aufstoßkolben 84 wirkenden Steuerdruck und von dem in Gegenrichtung auf den Pilotkolben 92 wirkenden rückgeführten Lastdruck im Rücklauf so eingestellt ist, dass der Rücklaufvolumenstrom auch bei ziehender Last nicht zu groß wird und somit das Druckmittel im Zulauf nicht kavitieren kann. Wie erläutert, dienen die Zulaufblenden 50, 52 und die Tankblende 56 der Filterung des Zulaufdruckes.
7 zeigt eine Variante der anhand der 2 und 5 erläuterten Konzeption, bei der das Senkbremsventil 42 direkt gesteuert ausgeführt ist. Der prinzipielle Aufbau der Verschaltung gemäß 7 entspricht demjenigen des Ausführungsbeispieles gemäß 2, so dass auf an sich bekannte Bauelemente zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals eingegangen wird. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Schaltung gemäß 2 und derjenigen gemäß 7 besteht darin, dass der Hauptkolben 60 in Öffnungsrichtung nicht nur vom Druck im Zulauf über die Blendenanordnung 50, 52, 56 sondern auch über den Rücklaufdruck beaufschlagt ist, der über einen Aufsteuerkanal 140 auf eine Aufsteuerfläche 138 des Hauptkolbens 60 wirkt. D.h. der auf der Aufsteuerfläche 138 wirksame Rücklaufdruck und der auf die Steuerfläche 58 wirkende Zulaufdruck wirken entgegen der Kraft der Hauptfeder 46 und der aus dem Zulaufdruck resultierenden Kraft, der über die Dämpfungsblende 70 auch auf die rückseitige Stirnfläche 106 des Hauptkolbens 60 wirkt.
Im übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel in 7 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Bei dieser Variante wirkt somit auf den Hauptkolben 60 eine zusätzliche Kraft in Öffnungsrichtung. Um diese statisch/stationär auszugleichen, muss über die Blenden 64, 70, 66 ein gewisser Gegendruck auf der rückseitigen Stirnfläche 106 realisiert werden. D.h. dieser Gegendruck und die Geometrie des Hauptkolbens 60 sind so zu wählen, dass im stationären Fall (Aufstoßkolben 84 nicht betätigt) die in Schließrichtung wirksamen Kräfte größer sind als die Öffnungskraft, die aus dem auf die Aufstoßfläche 138 wirkenden Rücklaufdruck resultiert. Ein Vorteil einer derartigen Steueranordnung besteht darin, dass die Systemstabilität gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 weiter verbessert wird. Der bei einer ziehenden Last im Rücklauf wirkende Lastdruck wirkt dabei unverzögert/ungefiltert direkt auf die Aufsteuerfläche 138. Der in entgegengesetzter Richtung auf die Stirnfläche 106 wirkende Rücklaufsteuerdruck baut sich aufgrund der Blendenanordnung 64, 66, 70 verzögert/gefiltert auf, so dass Druckspitzen im Rücklaufkanal 40 besser abgebaut werden. Dadurch sinkt die Systemverstärkung und die Neigung hin zu einer höheren Systemstabilität in der Steueranordnung wird verbessert.
8 zeigt eine konkrete Lösung einer bei der Verschaltung gemäß 7 verwendeten Senkbremsventileinrichtung 26. Der Grundaufbau entspricht demjenigen des Ausführungsbeispieles gemäß 7. Bei diesem ist der Kegel 76 so ausgebildet, dass der im Rücklaufkanal 40 gelegene Bereich druckausgeglichen ist. D.h. es existiert bei dieser Variante kein resultierender Stirnflächenabschnitt, der eine Druckbeaufschlagung in Öffnungs- oder Schließrichtung bewirken würde. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist der Kegel 76 des Hauptkolbens 60 so ausgebildet, dass im Bereich des Rücklaufkanals 40 eine in Öffnungsrichtung wirksame resultierende Ringstirnfläche verbleibt, die in Anlehnung an die Ausführungen zu 7 als Aufsteuerfläche 138 bezeichnet ist. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen gemäß 8 und 5 liegt somit darin, dass bei der direkt gesteuerten Senkbremsventileinrichtung 26 gemäß 8 die Aufsteuerfläche 138 vorgesehen ist, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Durchmesser des Sitzes 78 und den Außendurchmesser des Hauptkolbens 60 bestimmt ist. Diese Aufsteuerfläche 138 wird direkt (d.h. ungefiltert) vom Druck im Rücklaufkanal 40 beaufschlagt. Bei der konkreten Lösung gemäß 8 ist der in 7 dargestellte Aufsteuerkanal 140 nicht erforderlich, da die Aufsteuerfläche 138 direkt im Rücklaufkanal 40 liegt. Prinzipiell kann der Rücklaufdruck jedoch auch über einen gesondert vorgesehenen Aufsteuerkanal 140 abgegriffen werden, so dass die in Aufsteuerrichtung wirksame Aufsteuerfläche 138 nicht am Kegel 76 ausgebildet werden muss.
Im Übrigen kann auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 verwiesen werden.
9 zeigt schließlich eine Variante aller vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen die Steuerölbeaufschlagung in Schließrichtung und in Öffnungsrichtung jeweils über eine Dämpfungsblende, konkret die Zulauf-Dämpfungsblende 52 und die Dämpfungsblende 70 erfolgt. 9 zeigt eine Variante, bei der diese Blenden 52, 70 durch Drosselrückschlagventile 142 bzw. 144 ersetzt sind. Eingezeichnet in 9 ist auch der konkrete Aufbau derartiger Drosselrückschlagventile. Wie erläutert sind derartige Drosselrückschlagventile dazu geeignet, das Systemverhalten weiter zu stabilisieren, da sie in Dämpfungsrichtung einen vergleichsweise großen Querschnitt zur Verfügung stellen, während in Schließrichtung nur ein sehr geringer Öffnungsquerschnitt bereitgestellt wird. Derartige Drosselrückschlagventile sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 ist das nicht druckausgeglichene, direkt gesteuerte Senkbremsventil 42 gemäß dem Ausführungsbeispiel in den 7 und 8 dargestellt. Selbstverständlich können auch bei den anderen Ausführungsbeispielen die Dämpfungsblenden durch die dargestellten Drosselrückschlagventile oder sonstige Drosseleinrichtungen ersetzt werden. Prinzipiell könnten auch die anderen Blenden entsprechend substituiert sein.
Mit dem Begriff „Hauptstufe“ ist, wie ausgeführt, nicht notwendigerweise eine Konstruktion mit Vorsteuerung oder Pilotventil bezeichnet sondern mit diesem Begriff sind auch Konstruktionen abgedeckt, bei denen der Hauptkolben/Sitzschieber des Senkbremsventils direkt mit dem Rücklaufsteuerdruck beaufschlagt ist (direkt gesteuert).
Offenbart ist eine Steueranordnung mit einem Senkbremsventil, bei dem der Druck im Ablauf auf eine in Schließrichtung wirksame Steuerfläche einer Hauptstufe oder einer Pilotstufe des direkt- oder vorgesteuerten Senkbremsventils zurückgeführt ist.
Bezugszeichenliste

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: Senkbremsventileinrichtung
28: Kolben
30: Druckraum
32: Ringraum
34: Zulaufleitung
36: Rücklaufleitung
38: Zulaufkanal
40: Rücklaufkanal
42: Senkbremsventil
44: Tankkanal
46: Hauptfeder
48: Zulaufsteuerleitung
50: Zulaufblende
52: Zulauf-Dämpfungsblende
54: Tanksteuerkanal
56: Tankblende
58: Steuerfläche
60: Hauptkolben
62: Ablaufsteuerleitung
64: Blende
66: Blende
68: Steuerkanal
70: Dämpfungsblende
72: Gehäuse
74: Ventilbohrung
76: Kegel
78: Sitz
80: Feinsteuerkerbe
82: Steg
84: Aufstoßkolben
86: Aufstoßraum
88: Stößel
90: Axialbohrung
92: Pilotkölbchen
94: Pilotfeder
96: Pilotkegel
98: Pilotsitz
100: Stützring
102: Rückraum
104: Steuerkammer
105: Verschlussstück
106: Stirnfläche
108: Pilotstufe
110: Hauptstufe
112: Tankkammer
114: Kammer
116: Winkelkanal
118: Hauptdrossel
120: Pilotgehäuse
122: Führungsbohrung
124: Pilotsteuerraum
126: Pilotrückraum
128: Zwischenkammer
130: Verbindungskanal
132: Pilotfeinsteuerkerben
134: Tankkammer
136: Pilotstößel
138: Aufsteuerfläche
140: Aufsteuerkanal
142: Drosselrückschlagventil
144: Drosselrückschlagventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2171285 B1 [0004, 0047]

Claims

Steueranordnung zur Ansteuerung zumindest eines Verbrauchers, dem zur Verstellung Druckmittel über einen Zulauf zuführbar ist, wobei Druckmittel vom Verbraucher über einen Rücklauf abströmt, in dem eine Senkbremsventileinrichtung angeordnet ist, die über einen vom Druck im Zulauf abhängigen Steuerdruck in Öffnungsrichtung und von einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Sinne einer Verringerung des Öffnungsquerschnittes der Senkbremsventileinrichtung (26) wirksame Steuerfläche (58) einer Pilot- oder Hauptstufe der direkt oder vorgesteuert ausgeführten Senkbremsventileinrichtung (26) mit einem vom Rücklaufdruck abhängigen Rücklaufsteuerdruck beaufschlagt ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 1, mit einer Rücklaufsteuerleitung (62), die vom Rücklauf abzweigt und in der zwei Blenden (64, 66) angeordnet sind, wobei der Rücklaufsteuerdruck zwischen den Blenden (64, 66) abgegriffen ist und die Rücklaufsteuerleitung in einen Tankkanal (44) einmündet.
Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei ein Steuerkanal (68) zwischen den Blenden (64, 66) abzweigt und mit einer Drosseleinrichtung versehen ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zum Abgreifen des zulaufseitigen Steuerdrucks vom Zulauf eine Zulaufsteuerleitung (48) abzweigt, in der eine Zulaufblende (50) und eine Zulauf-Drosseleinrichtung in Reihe geschaltet sind, zwischen denen ein Tanksteuerkanal (54) abzweigt, in dem eine Tankblende (56) angeordnet ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Senkbremsventileinrichtung (26) direkt gesteuert ausgeführt ist und eine Hauptstufe mit einem in einem Gehäuse geführten Hauptkolben (60) hat, der von einer Hauptfeder (46) in Richtung auf einen Sitz (78) vorgespannt ist und dem eine Pilotstufe zugeordnet ist, deren Pilotkölbchen (92) über einen Aufstoßkolben (84) mit dem Rücklaufsteuerdruck beaufschlagt ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5, wobei das Pilotkölbchen (92) im Hauptkolben (60) geführt ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der Hauptkolben (60) zulaufkanalseitig nicht druckausgeglichen und mit einer in Öffnungsrichtung wirksamen Aufsteuerfläche (138) ausgeführt ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5, 6 oder 7, wobei die Blenden (64, 66) und die Drosseleinrichtung im Hauptkolben (60) und die Zulaufblende (50) sowie die Zulaufdrosseleinrichtung und die Tankblende (56) in einem Gehäuse (72) der Hauptstufe angeordnet sind.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei das Pilotkölbchen (92) über eine Pilotfeder (94) und den Rücklaufsteuerdruck in Schließrichtung beaufschlagt ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 9, wobei das Pilotkölbchen (92) einen Pilotkegel (96) sowie Pilotfeinsteuerkerben (132) hat, wobei letztere einen Strömungsquerschnitt zwischen einem vom Hauptkolben (60) begrenzten Druckraum, in dem ein dem Rücklaufsteuerdruck entsprechender Steuerdruck wirksam ist und den Tankkanal (44) begrenzen.
Steueranordnung nach Patentanspruch 10, wobei der Druckraum über eine Hauptdrossel (118) mit dem Rücklauf verbunden ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hauptkolben (60) mit einem Kegel (76) und Feinsteuerkerben (80) ausgebildet ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 12, wobei die Drosseleinrichtung eine Dämpfungsblende (52, 70) oder ein Drosselrückschlagventil (142, 144) ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, wobei die Blenden (50, 52), die Tankblende (56), die Steuerblende (70) und die Zulaufblende (66) pilotstufenseitig integriert sind.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Senkbremsventileinrichtung im Sinne der vorhergehenden Patentansprüche auch zulaufseitig vorgesehen ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Hauptstufe und/oder die Pilotstufe in Sitzbauweise ausgeführt sind.