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Die Erfindung betrifft ein lastkompensiertes Proportional-Drosselventil mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung und einem in einer Gehäusebohrung längsverschiebbar geführten Hauptkolben, der mittels eines mit einem Dichtsitz zusammenwirkenden Dichtabschnitts eine Sperreinrichtung bildet, welche einen Übertritt eines Fluides zwischen einem Fluideintritt und einem Fluidaustritt steuert, wobei der Hauptkolben an einer Stirnfläche mit einem in einem Vorsteuerraum herrschenden Vorsteuerdruckdruck beaufschlagbar ist und wobei der Vorsteuerraum zum einen über eine Drossel mit dem Fluideintritt verbunden ist und zum anderen über eine innerhalb des Hauptkolbens axial verlaufende, vom Betätigungselement beherrschte Entlastungsbohrung mit dem Fluidaustritt verbindbar ist.
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In hydraulischen Hubeinrichtungen mit einfachwirkenden Hubzylindern, die beispielsweise in landwirtschaftlichen oder bauwirtschaftlichen Maschinen, Flurförder-Fahrzeugen usw. verwendet werden, dienen Proportional-Drosselventile dazu, Volumenströme stufenlos und druckabhängig zwischen zwei Arbeitsanschlüssen zu drosseln. Bei entsprechenden landwirtschaftlichen Maschinen kann es sich zum Beispiel um Erntemaschinen handeln. Bei selbstfahrenden Mähdreschern oder Feldhäckslern wird ein Erntevorsatz während des Erntevorgangs mittels eines Hubzylinders angehoben in einer bestimmten Lage gehalten oder abgesenkt. Weitere Beispiele aus der Landtechnik sind Kraftheber von landwirtschaftlichen Traktoren oder Bunkerklappen von Rüben- oder Kartoffelrodern.
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Wenn von einer entsprechenden Hubeinrichtung eine aufgenommene Last abgesenkt werden soll, kann dies mittels des Proportional-Drosselventils stets mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgen, da der Volumenstrom stufenlos und druckabhängig gedrosselt wird. Außerdem sind die Proportional-Drosselventile in der Regel als Sitzventile ausgebildet, wobei ein entsprechendes Sitzventil den Druckmittelstrom zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen möglichst leckagefrei sperrt, da sich anderenfalls die angehobene Last selbsttätig absenken würde, wodurch Arbeitsvorgänge gestört und eventuell Sicherheitsrisiken auftreten könnten.
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Ein Proportional-Drosselventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der
DE 10 2012 015 356 A1 bekannt. Das Proportional-Drosselventil weist einen in einem Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten Hauptkolben auf, der den Übertritt eines Fluides von einem radialen Fluideintritt in einen axialen Fluidaustritt steuert, wobei der Hauptkolben eine mit einem Ventilsitz des Ventilgehäuses zusammenwirkende kegelige Dichtfläche aufweist, an die sich in Strömungsrichtung des Fluides unmittelbar der Fluidaustritt anschließt. An einem innerhalb einer Vorsteuerventilkammer angeordneten Vorsteuerventilschließglied ist ein Vorsteuerventil ausgebildet, das mit seinem Spitzkegel in eine axiale Bohrung des Hauptkolbens eingreift. Eine einen Elektromagneten aufweisende Betätigungseinrichtung dient zur axialen Verlagerung des Vorsteuerventilschließgliedes entgegen der Kraft einer Druckfeder. Aus dem Fluideintritt gelangt Fluid über eine Zulaufblende in die Vorsteuerventilkammer und von dort aus über eine Druckentlastungsbohrung in einen den Vorsteuerventilsitz umgebenden Raum. Der durch das Vorsteuerventil beherrschten axialen Bohrung ist ein Maximalvolumenstromregler nachgeschaltet, der ausgangsseitig mit dem Fluidaustritt verbunden ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Proportional-Drosselventil mit baulich einfachen Mitteln zu gestalten und somit den Bauaufwand und die Herstellungskosten zu verringern. Außerdem sollen die Sitzdichtigkeit und das Regelverhalten des Proportional-Drosselventils verbessert werden. Da sich während der Wartungsintervalle des Hydrauliksystems innerhalb des Fluides Schmutzpartikel bilden können, soll verhindert werden, dass diese sich innerhalb des Proportional-Drosselventils ablagern und dessen Funktion beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff der Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach soll eine Stellbewegung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zumindest mittelbar mechanisch auf den Hauptkolben übertragen werden, wobei sich in Richtung des Fluidaustritts an den Dichtabschnitt ein durch Abschnitte der Mantelflächen des Hauptkolbens und eines diesen umschließenden Ventilgehäuses oder eines in diesem angeordneten Ventileinsatzes gebildeter ringförmiger Drosselspalt anschließt und wobei die Abschnitte der Mantelflächen derart zueinander verlaufen, dass sich bei einer Längsbewegung des Hauptkolbens in Richtung seiner Öffnungsstellung eine Querschnittsfläche des Drosselspalts im Wesentlichen kontinuierlich vergrößert. Der Aufbau und die Funktion des Proportional-Drosselventils werden dadurch erheblich vereinfacht und verbessert, dass eine direkte Betätigung des Hauptkolbens erfolgt. Eine lastabhängige Drosselfunktion erfüllt erfindungsgemäß der sich an den Ventilsitz anschließende ringförmige Drosselspalt, der im Gegensatz zu einer verstellbaren Blende, welche als mit einem Schließkörper zusammenwirkende Bohrung ausgebildet ist, wenig anfällig ist gegenüber Verschmutzungen durch im Fluid enthaltene Partikel.
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Demgegenüber ist nach der
DE 10 2012 015 356 A1 das Vorsteuerventilschließglied mit der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung verbunden. Wird die Spule der Betätigungseinrichtung bestromt, so wird die Vorsteuerstufe geöffnet und das Fluid strömt durch die beschriebene Blendenkombination auf die Rückseite des Hauptkolbens, so dass eine Druckdifferenz entsteht. Das führt dazu, dass der Hauptkolben der Längsbewegung des Vorsteuerventilschließglieds folgt. Aufgrund der in dem Proportional-Drosselventil verwendeten Blenden treten Funktionsausfälle auf, wenn sich die in der Regel im Fluid enthaltenen Schmutzpartikel in den Blenden festsetzen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abschnitt der Mantelfläche des Hauptkolbens im Wesentlichen kegelförmig verläuft und mit einer Steuerkante des Ventilgehäuses oder Ventileinsatzes zusammenwirkt. Mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt der durch den Dichtsitz und den Dichtabschnitt gebildeten Sperreinrichtung vergrößert sich unter Beibehaltung einer Drosselfunktion der zwischen der Mantelfläche und der Steuerkante geschaffene ringförmige Drosselspalt. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, einen Abschnitt einer Mantelfläche des Ventilgehäuses oder Ventileinsatzes kegelförmig auszubilden und am Hauptkolben eine damit zusammenwirkende Steuerkante vorzusehen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Abschnitt der Mantelfläche des Hauptkolbens axial beabstandet zu dem als Dichtkegel ausgebildeten Dichtelement des Hauptkolbens vorgesehen ist und von diesem Abstandsbereich zumindest eine mit einem Kompensator verbundene Kompensatorleitung ausgeht. Die Kompensatorleitung verläuft dabei innerhalb des Ventilgehäuses oder des Ventileinsatzes.
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Außerdem kann innerhalb der Entlastungsbohrung mit radialem Spiel ein Entlastungsstift angeordnet sein, der ein Sperrelement aufweist und über das Betätigungselement axial in eine Öffnungsstellung sowie über den Vorsteuerdruck des Vorsteuerraumes in eine Schließstellung bewegbar ist. Der sich über die gesamte Länge der Entlastungsbohrung erstreckende Entlastungstift dient somit zur Betätigung des Sperrelements. Bei geöffnetem Sperrelement strömt das Druckmittel aus dem Vorsteuerraum durch einen radialen Zwischenraum zwischen dem Entlastungsstift und der Bohrungswandung in Fluidaustritt, so dass der Hauptkolben an seiner dem Vorsteuerraum zugewandten Stirnseite druckentlastet wird. Die entsprechende Verstellung des Sperrelements erfolgt über das Betätigungselement bevor der Hauptkolben unmittelbar über dessen Betätigungskraft in seine den Fluideintritt mit dem Fluidaustritt verbindende Stellung verschoben wird.
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In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorgesehen, dass der Entlastungsstift an seinem dem Vorsteuerraum zugewandten Ende einen das Sperrelement bildenden Dichtkegel weist, der in seiner Sperrstellung das diesem benachbarte Ende der Entlastungsbohrung verschließt. Das entsprechende Ende der Entlastungsbohrung ist vorzugsweise an die Kegelform des Sperrelements angepasst, so dass sich im geschlossenen Zustand die erforderliche Dichtwirkung ergibt.
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Für die entsprechende Betätigung des Sperrelements in seine Sperrstellung kann ein Stellkolben vorgesehen sein. Zu diesem Zweck ist der Hauptkolben als Hohlkolben ausgebildet, dessen dem Vorsteuerraum zugewandte erste hohlzylindrische Ausnehmung diesen Stellkolben aufnimmt, der mit einer Stirnfläche an einer Stirnseite des Entlastungsstifts anliegt und mittels einer Entlastungsfeder gegenüber dem Ventilgehäuse vorgespannt ist, so dass das Sperrelement in seine Sperrstellung vorgespannt ist. Der vorzugsweise zylindrisch ausgebildete Stellkolben kann dabei über zumindest einen radialen Bund in der hohlzylindrischen Ausnehmung geführt sein.
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Da das Druckmittel aus dem Vorsteuerraum bis zum Sperrelement gelangen muss, ist weiterhin vorgesehen, dass der Stellkolben an seinem dem Sperrelement des Entlastungsstifts zugewandten Ende einen Bund aufweist, der sich in Richtung des Sperrelements kegelstumpfartig verjüngt. Dieses über das Sperrelement abströmende Druckmittel wird zuvor über einen Drosselspalt zwischen dem Stellkolben bzw. dessen radialem Bund und der Wandung der Zylindrischen Ausnehmung geführt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, jeden Bund des Stellkolbens mit Ausnehmungen oder in dessen Längsrichtung verlaufenden Bohrungen zu versehen, um eine gedrosselte Führung des Fluides in Richtung des Sperrelements zu gewährleisten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hauptkolben an seiner dem Vorsteuerraum zugewandten Stirnseite über eine Hauptfeder gegenüber dem Ventilgehäuse vorgespannt ist. Diese Hauptfeder wirkt zusätzlich zu dem im Vorsteuerraum herrschenden Vorsteuerdruck und zu der Kraft der Entlastungsfeder auf den Hauptkolben. Die Entlastungsfeder verläuft innerhalb der radialen Erstreckung der Hauptfeder.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Hauptkolben an einer vom Vorsteuerraum abgewandten zweiten Stirnseite eine zylindrische Ausnehmung aufweist, in die ein Ende eines Stößels eingreift, dessen anderes Ende von der Betätigungseinrichtung beaufschlagbar ist. Der im Proportionalmagneten vorgesehene Anker wirkt unmittelbar auf den Stößel und verstellt über diesen bei einer Bestromung den Hauptkolben in seine Öffnungsstellung, in der der Fluideintritt mit dem Fluidaustritt verbunden wird. Dabei ist der Stößel in der Zylindrischen Ausnehmung des Hauptkolbens geführt und kann in dieser eine Bewegung in axialer Richtung ausführen. Da, wie weiterhin angegeben, eine Längserstreckung des Entlastungstifts größer ist als die der Entlastungsbohrung und somit das vom Sperrelement abgewandte Ende bei geschlossenem Sperrelement axial über die Entlastungsbohrung in die zylindrische Ausnehmung vorsteht, kann der Stößel das Sperrelement über den Entlastungsstift in seine Öffnungsstellung bewegen.
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Wie bereits dargelegt, soll an einen zwischen dem Dichtsitz und dem veränderbaren Drosselspalt liegenden Raum zumindest eine Kompensatorleitung abgehen, die innerhalb des Ventilgehäuses oder des Ventileinsatzes verläuft. Diese zumindest eine Kompensatorleitung wird bei geöffnetem Sperrelement mit Fluid aus dem Fluideinlass beaufschlagt und ist mit einem den Stößel entgegen einer Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung verstellenden Kompensator verbunden. Dieser Kompensator wird mit dem Druck des Fluideinlasses beaufschlagt und greift mittels seines Stellkolbens zumindest mittelbar am Stößel an.
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Wenn der Hauptkolben von dem Dichtsitz abhebt, baut sich ein entsprechender Druck in der zumindest einen Kompensatorleitung auf, wobei über zumindest eine Drosselstelle ein reduzierter Druck auf den Stellkolben übertragen wird. Dieser übt auf den Stößel eine Kraft aus, die der Betätigungskraft eines Ankers der Betätigungseinrichtung entgegen gerichtet ist. Mit steigendem Druck am Fluideintritt des Proportional-Drosselventils würde der Volumenstrom, der durch den eine konstante Querschnittsfläche aufweisenden Ringspalt strömt, größer werden. Die vom Stellkolben des Kompensators auf den Stößel übertragene Kraft hebt einen Teil der Betätigungskraft des Ankers auf, so dass sich sowohl die Querschnittsfläche des Ringspalts als auch der durch ihn fließende Volumenstrom verringern.
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Schließlich soll der Stellkolben als Hohlkolben ausgebildet sein, der in seinem Inneren den Stößel aufnimmt, wobei der Hohlkolben eine durch einen Kragen gebildete mit dem Druck des Fluideinlasses beaufschlagte Ringfläche und eine an einem Stößelkopf des Stößels angreifende Mitnahmefläche aufweist. Der Stößelkopf kann dabei einen radial über den Stößel vorstehenden Rand aufweisen, der von der Mitnahmefläche hintergriffen wird. Das Druckmittel gelangt aus der Kompensatorleitung über zumindest eine quer zu dieser verlaufende Bohrung in einen ringförmigen Spalt, der zwischen dem Hohlkolben und einem Ventileinsatz gebildet wird und der das Druckmittel bis zur Ringfläche führt.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 mit den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, soweit sie aus den Patentansprüchen, den Vorteilsangaben zu den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels oder zumindest aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch entsprechende Verwendung vom Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 ein Hydraulikschema mit einem in diesem angeordneten erfindungsgemäßen Proportional-Drosselventil,
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2 eine im Maßstab vergrößerte Schnittdarstellung des Proportional-Drosselventils der 1,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß III in 2, der eine Sperreinrichtung und einen dieser zugeordneten Drosselspalt zeigt,
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4 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß IV in 2, der einen Entlastungsstift mit einem daran angeordnetem Sperrelement zeigt, und
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5 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß V in 2, der einen mit einem Stößel zusammenwirkenden Kompensator zeigt.
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In der 1 ist mit 1 eine Hydraulikpumpe bezeichnet, die ein Hydraulikfluid über eine Druckleitung 2 in ein elektromagnetisch betätigtes 4/3-Wegeventil 3 fördert. In der dargestellten Stellung des von einem Elektromagneten 4 betätigten 4/3-Wegeventils 3, welcher über eine elektrische Signalleitung 5 mit einer Steuereinheit 6 verbunden ist, wird das Hydraulikfluid aus der Druckleitung 2 über eine erste Tankleitung 7 drucklos in einen Tank 8 abgeleitet. Außerdem ist in einer mit der Druckleitung 2 verbundenen Bypassleitung 9 ein Druckbegrenzungsventil 10 angeordnet, wobei die Bypassleitung 9 ebenfalls in den Tank 8 einmündet. Dem 4/3-Wegeventil 3 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Proportional-Drosselventil 11 nachgeschaltet, das im Gegensatz zu den übrigen in der Darstellung gezeigten Ventilen und hydraulischen Bauelementen im Längsschnitt dargestellt ist. Der Aufbau und die Funktion des Proportional-Drosselventils 11 wird nachfolgend noch anhand der 2 bis 5, die dieses bzw. dessen Details in einem vergrößerten Maßstab zeigen, erläutert werden.
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Ein erster Abschnitt 12 einer das 4/3-Wegeventil 3 mit dem Proportional-Drosselventil 11 verbindenden Arbeitsleitung 13 ist an einen Fluidaustritt 14 des Proportional-Drosselventils 11 angeschlossen. Weiterhin wird über einen zweiten Abschnitt 15 der Arbeitsleitung 13 eine Verbindung zwischen einem Fluideintritt 16 und einem Druckraum 17 eines einfachwirkenden Hydraulikzylinders 18 hergestellt, wobei der Hydraulikzylinder 18 einen Hydraulikkolben 19 mit einer Kolbenstange 20 aufweist. Die Kolbenstange 20 kann bei einem selbstfahrenden Mähdrescher oder einem selbstfahrenden Feldhäcksler mit einem Tisch eines Erntevorsatzes verbunden sein und der Hydraulikzylinder 18 somit zu dessen Heben und Senken dienen. Dabei muss dieser Erntevorsatz während eines Erntevorgangs exakt in eine vorbestimmte Lage verstellt und in dieser mittels des Hydraulikzylinders 18 gehalten werden. Weiterhin kann der Hydraulikzylinder 18 auch Bestandteil eines Krafthebers eines landwirtschaftlichen Traktors sein.
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Das Proportional-Drosselventil 11 weist eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 21 auf, die über eine weitere elektrische Signalleitung 22 mit der Steuereinheit 6 verbunden ist. Ein Ventilgehäuse 23 des Proportional-Drosselventils 11 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und weist einen Boden 24 auf, der einteilig mit einer zylindrischen Buchse 25 ausgebildet ist, wobei in der Buchse 25, in axialer Richtung zueinander beabstandet, Bohrungen des zuvor erwähnten Fluideintritts 16 und des Fluidaustritts 14 vorgesehen sind. Das Proportional-Drosselventil 11 kann mit seinem durch das Ventilgehäuse 23 gebildeten Abschnitt in eine nicht näher dargestellte Aufnahmebohrung eines ebenfalls nicht dargestellten Steuerblocks eingesetzt werden. Dabei umschließen ringförmige Ausnehmungen, an die jeweils die Abschnitte 12 und 15 der Arbeitsleitung 13 angeschlossen sind, die Bohrungen des Fluideintritts 16 und des Fluidaustritts 14, so dass diese zueinander abgedichtet sind. Zum Einschrauben des Proportional-Drosselventils 11 in den Steuerblock dient eine Überwurfmutter 26, die das Ventilgehäuse 23 teilweise radial umschließt.
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In der 1 befindet sich das 4/3-Wegeventil 3 in einer Stellung, in der das von der Hydraulikpumpe 1 geförderte Druckmittel über die Tankleitung 7 im Kurzschluss in den Tank 8 gefördert wird. Außerdem wird in dieser Schaltstellung des 4/3-Wegeventils 3 der Fluidaustritt 14 des Proportional-Drosselventils 11 über den Abschnitt 12 der Arbeitsleitung 13 mit einer zum Tank 8 führenden Tankleitung 27 verbunden. Über das Proportional-Drosselventil 11 ist der Rücklauf des Druckmittels aus dem Druckraum 17 des Hydraulikzylinders gesperrt, so dass die angehobene Last in ihrer entsprechenden Lage verbleibt. Wenn allerdings das Proportional-Drosselventil 11 von der Betätigungseinrichtung 21 in seine geöffnete Stellung verschoben wird, erfolgt, wie nachstehend noch erläutert wird, ein gedrosselter Abfluss des Druckmittels aus dem Druckraum 17.
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In der nächsten Schaltstellung des 4/3-Wegeventils 3 wird die Druckleitung 2 über eine Drossel 28 mit dem Abschnitt 12 verbunden, so dass dem Proportional-Drosselventil 11 am Fluidaustritt 14 unter Druck stehendes Hydraulikfluid zugeführt wird. In der dritten Schaltstellung des 4/3-Wegeventils 3 wird dem Druckraum 17 das Druckmittel ungedrosselt zugeführt. Ein im Ventilgehäuse 23 des Proportional-Drosselventils 11 verschiebbar angeordneter Hauptkolben 29 wirkt dabei als Rückschlagventil und stellt eine Verbindung vom Fluidaustritt 14 zum Fluideintritt 16 und somit über den Abschnitt 15 der Arbeitsleitung 13 zum Druckraum 17 des Hydraulikzylinders 18 her, der eine Hubbewegung ausführt. Der Aufbau des Proportional-Drosselventils 11 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 2 bis 5 erläutert.
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Wie aus der 2 hervorgeht, ist der Hauptkolben 29 als Hohlkolben ausgebildet und weist an seinem einen Ende einen radial nach außen vorstehenden umlaufenden Bund 30 auf, mit dem der Hauptkolben 29 im Inneren der Buchse 25 des Ventilgehäuses 23 geführt ist. Dabei ist zwischen einer Innenmantelfläche 31 der Buchse 25 und einer Außenmantelfläche 32 des Bunds 30 ein vorzugsweise ringförmig ausgebildeter Drosselspalt 33 vorgesehen, über den Druckmittel aus dem Fluideintritt 16 in einen Vorsteuerraum 34 gelangt. Der Vorsteuerraum 34, in dem sich ein Vorsteuerdruck aufbaut, wird durch den Boden 24 und die Buchse 25 sowie andererseits durch eine erste Stirnfläche 35 des Hauptkolbens 29 begrenzt.
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Dabei geht von dieser Stirnfläche 35 eine zylindrische Ausnehmung 36 aus, die stufenartig ausgebildet ist. Ein erster mit verringertem Durchmesser ausgeführten Bohrungsabschnitt 37 dient zur Führung eines längsverschieblich angeordneten Stellkolbens 38, wobei der Stellkolben 38 zu seiner Führung an seinem dem Hauptkolben 29 zugewandten Ende und etwa mittig jeweils einen Bund 39 bzw. 40 aufweist. Der am Ende des Stellkolbens 38 vorgesehene Bund 39 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und liegt mit einer Stirnseite 41 an einem Sperrelement 42 an.
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An dem mittig des Stellkolbens 38 vorgesehenen Bund 40 greift eine als Druckfeder ausgebildete Entlastungsfeder 43 an, die sich mit ihrem anderen Ende am Boden 24 des Ventilgehäuses 23 abstützt, so dass der Stellkolben 38 mit seiner Stirnseite 41 in Richtung des Sperrelements 42 vorgespannt ist. Außerdem erstreckt sich innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 36 eine ebenfalls als Druckfeder ausgeführte Hauptfeder 44, die die Entlastungsfeder 43 radial umschließt und sich mit ihren Enden am Boden 24 und an der Stirnfläche 35 des Hauptkolbens 29 abstützt, wobei sie in einem zweiten mit vergrößertem Durchmesser ausgeführten Bohrungsabschnitt 45 der zylindrischen Ausnehmung 36 geführt ist. Zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 37 und jedem der radialen Bunde 39 und 40 ist jeweils ein Drosselspalt 46 vorgesehen, der Druckmittel aus dem Vorsteuerraum 34 bis zum Sperrelement 42 leitet. Dieser Drosselspalt 46 kann durch Ausnehmungen am Umfang des jeweiligen Bunds 39 und 40 gebildet sein.
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In dem Inneren des Ventilgehäuses 23 ist weiterhin ein hohlzylindrischer Ventileinsatz 47 angeordnet, der an seinem einen Ende in axialer Richtung von der Überwurfmutter 26 übergriffen ist, wobei diese Überwurfmutter 26 auf das entsprechende Ende des Ventilgehäuses 23 aufgeschraubt ist und zum Einschrauben des Proportional-Drosselventils 11 in eine Aufnahmebohrung eines Steuerblocks ein Außengewinde 48 aufweist. Das andere Ende des Ventileinsatzes 47 ist radial innen mit einem Dichtsitz 49 versehen, der mit einem kegelig ausgebildeten Dichtabschnitt 50 des Hauptkolbens 29 zusammenwirkt. Insgesamt wird dadurch eine als Sitzventil ausgebildete Sperreinrichtung 51 gebildet, die den Übertritt des Fluides zwischen dem Fluideintritt 16 und dem Fluidaustritt 14 steuert.
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Axial beabstandet zu dem Dichtabschnitt 50 ist, dem Fluidaustritt 14 zugewandt, am Hauptkolben 29 ein ebenfalls kegelförmig verlaufender Abschnitt 52 von dessen Mantelfläche vorgesehen, der gemeinsam mit einer Steuerkante 53 des Ventileinsatzes 47 einen veränderbaren Drosselspalt 54 bildet. Während einer Bewegung des Hauptkolbens 29 in Richtung in Richtung des Bodens 24 nimmt der Querschnitt dieses Drosselspalts 54 kontinuierlich zu. Die entsprechende Ausbildung der Sperreinrichtung 51 und des zu dieser beabstandeten verstellbaren Drosselspalts 54 ist im Übrigen der vergrößerten Darstellung dieses Bereichs nach der 3 zu entnehmen.
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Die Betätigungseinrichtung 21, die ebenfalls in der Überwurfmutter 26 fixiert ist, weist einen Proportionalmagneten und nicht näher dargestellte in einem Stator 55 angeordnete Spulen auf, wobei in dem Stator 55 ein Anker 56 längsverschiebbar angeordnet ist. Ein Ende dieses Ankers 56, das sich in Richtung des Ventileinsatzes 47 erstreckt, liegt an einem Ende eines Stößels 57 an, so dass der Anker 56 bei einer Bestromung der Spulen den Stößel 57 in Richtung des Hauptkolbens 29 verschiebt. Das vom Anker 56 abgewandte Ende des Stößels 57 greift in eine zweite zylindrische Ausnehmung 58 des Hauptkolbens 29 ein, die sich an dessen zweiter Stirnseite 59 befindet. Daher führt die vorgenannte Längsbewegung des Ankers 56 dazu, dass der Stößel 57 den Hauptkolben 29 in eine Öffnungsstellung der Sperreinrichtung 51 bewegt.
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Weiterhin weist der Hauptkolben 29 eine zentrisch verlaufende Entlastungsbohrung 60 auf, in der mit radialem Spiel ein Entlastungsstift 61 angeordnet ist, wobei dieser Entlastungsstift 61 mit einer größeren Länge als die Entlastungsbohrung 60 ausgebildet ist.
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Ein in Richtung des Vorsteuerraumes 34 weisendes Ende des Entlastungsstifts 61 nimmt das Sperrelement 42 auf, das, wie insbesondere aus der 4 hervorgeht, einen Dichtkegel 62 aufweist und mit einem Bohrungsende 63 der Entlastungsbohrung 60 zusammenwirkt. Aus dieser vergrößerten Darstellung geht im Übrigen der zwischen dem Entlastungsstift 61 und der Entlastungsbohrung 60 gebildete, im Querschnitt gesehen, ringförmige Kanal 64 hervor. Weiterhin zeigt die 4, dass der Stellkolben 38 mit seinem Ende den Dichtkegel 62 in seine Sperrstellung verschiebt. Das führt dazu, dass sich das andere Ende des Entlastungsstifts 61 über das entsprechende Ende der Entlastungsbohrung 60 hinaus in die zylindrische Ausnehmung 58 erstreckt. Wird anschließend der Stößel 57 über den Anker 56 längsverschoben, so verstellt dieser das Sperrelement 42 in seine Öffnungsstellung.
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Zur Führung des Stößels 57 weist der Ventileinsatz 47 gemäß 2 einen nach innen ragenden Steg 65 auf. Außerdem ist an einem dem Anker 56 zugewandten Ende des Stößels 57 ein Kompensator 66 vorgesehen, der je nach Stellung des Hauptkolbens 29 eine der Betätigungskraft des Ankers 56 entgegenwirkende Kraft auf den Stößel 57 überträgt. Diese Kraft wird erzeugt, wenn der Hauptkolben 29 in seine Öffnungsstellung, in der er eine Verbindung zwischen dem Fluideintritt 16 und dem Fluidaustritt 14 herstellt, verstellt ist. Innerhalb des Ventileinsatzes 47 verläuft eine Kompensatorleitung 67, die, wie insbesondere aus der 3 hervorgeht, von einem zwischen dem Dichtsitz 49 und der Steuerkante 53 ausgebildeten Ringraum 68 ausgeht und parallel zur Längsmittelachse des Ventileinsatzes 47 verläuft.
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Die 5 zeigt einen endseitigen Abschnitt des Stößels 57, der mit dem Kompensator 66 zusammenwirkt. Dabei ist der endseitige Abschnitt des Stößels 57 in einem Hohlkolben 69 des Kompensators 66 geführt, wobei der Stößel 57 einen Stößelkopf 70, dessen Form an die einer Mitnahmefläche 71 des Hohlkolbens 69 angepasst ist. Wie weiterhin aus der 5 hervorgeht, sind sowohl der entsprechende Abschnitt des Stößelkopfes 70 als auch die diese hintergreifende Mitnahmefläche 71 kegelig ausgebildet. Der Hohlkolben 69 ist in einer Bohrung 72 des Ventileinsatzes 47 verschiebbar geführt (siehe 2) und weist einen umlaufenden Kragen 73 auf. Von der Kompensatorleitung 67 geht im Bereich des Hohlkolbens 69 eine Querbohrung 74 aus, die in einen Druckraum 75 unterhalb des Kragens 73 einmündet. Eine Druckbeaufschlagung der Kompensatorleitung 67 führt somit dazu, dass der Hohlkolben 69 in Richtung des Ankers 56 verschoben wird und den mitgenommenen Stößel 57 gegen den Anker 56 drückt.
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Ohne Betätigung des Hauptkolbens 29 durch die Betätigungseinrichtung 21 erreicht der Druck im Vorsteuerraum 34 die Höhe des Druckes im Fluideintritt 16, da das Fluid aus dem Fluideintritt über den Drosselspalt 33 in den Vorsteuerraum 34 geleitet wird. In diesem Zustand sperrt der kegelig ausgebildete Dichtabschnitt 51 des Hauptkolbens 29 gemeinsam mit dem Dichtsitz 50 aufgrund der Vorspannkraft der Hauptfeder 44 den Volumenstrom vom Fluideintritt 16 zum Fluidaustritt 14 ab. Das im Vorsteuerraum 34 angeordnete Sperrelement 42 kann aufgrund des im Vorsteuerraum 34 herrschenden Drucks und der Kraft der Entlastungsfeder 43 den Eintritt des Fluides vom Vorsteuerraum 34 in die Entlastungsbohrung 60 sperren. Ohne einen Lastdruck am Fluideintritt 16 und ohne eine Bestromung des Proportionalmagneten der Betätigungseinrichtung 21 drückt die Entlastungsfeder 43 den Dichtkegel 62 in dieser Weise auf seinen Dichtsitz. Ohne Lastdruck am Fluideintritt 16 kann durch eine Bestromung des Proportionalmagneten der Betätigungseinrichtung 21 von diesem eine Kraft auf den Stößel 57 übertragen werden, die größer ist als die Vorspannung der Entlastungsfeder 43 ist. Tritt ein Lastdruck auf, so wird der Dichtkegel 62 von seinem Dichtsitz abgehoben, wenn die Kraft des von der Betätigungseinrichtung 21 aktuierten Stößels 57 ausreicht, um die Summe aus der Vorspannkraft der Entlastungsfeder 43 und dem Produkt aus Lastdruck multipliziert mit der Fläche des Stellkolbens 38 zu überwinden.
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Die Betätigungseinrichtung 21 hat einen Kraft-Weg-Verlauf, der von der Höhe der Bestromung abhängig ist. Dabei kann die Betätigungseinrichtung 21 die Position des Stößels 57 derart verändern, dass dieser zunächst den Entlastungsstift 61 verschiebt und die Entlastungsfeder 43 zusammendrückt, woraufhin der Dichtkegel 62 vom Dichtsitz der Entlastungsbohrung 60 abhebt. Dadurch wird die zuvor gesperrte Verbindung zwischen dem Vorsteuerraum 34 und dem Fluidaustritt 14 aufgehoben. Durch die geöffnete Verbindung zwischen dem Vorsteuerraum 34 und dem Fluidaustritt 14 wird der Druck im Vorsteuerraum 34 abgesenkt bis etwa auf die Höhe des Druckes im Fluidaustritt 14. Als Folge davon wird der kegelig ausgebildete Dichtabschnitt 49 des Hauptkolbens 29 nur noch mit der Vorspannkraft der Hauptfeder 44 auf den Dichtsitz 50 gedrückt.
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Wenn die Betätigungseinrichtung 21 eine Kraft aufbringt, die größer ist als die Kraft der Hauptfeder 44, wird der Dichtabschnitt 49 vom Dichtsitz abgehoben, so dass einerseits eine Verbindung zwischen dem Fluideintritt 16 und dem Fluidaustritt 14 und andererseits zwischen dem Fluideintritt 16 und der Kompensatorleitung 67 hergestellt wird.
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Der zwischen dem Hauptkolben 29 und dem Ventileinsatz 47 gebildete Drosselspalt 54 vergrößert sich, je weiter der Hauptkolben 29 mittels der Betätigungseinrichtung 21 entgegen der Kraft der Hauptfeder 44 verschoben wird. Dabei nimmt die Drosselwirkung des Drosselspalts 54 ab.
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Mit steigendem Druck am Fluideintritt 16 würde der Volumenstrom, der über den konstanten Drosselspalt 54 zwischen dem Fluideintritt 16 und dem Fluidaustritt 14 fließt, größer werden. Mit dem Kompensator 66 wird dem entgegengewirkt. Wenn der Kragen 73 des Hohlkolbens 69 bei geöffneter Sperreinrichtung 51 aus dem Fluideintritt 16 mit dem entsprechenden Druck beaufschlagt wird, überträgt der Hohlkolben 69 die daraus resultierende Kraft auf den Stößelkopf 70 und hebt damit einen Anteil der Kraft der Betätigungseinrichtung 21 auf. Dadurch wird die Querschnittsfläche des Drosselspalts 54 und somit der durch ihn fließende Volumenstrom reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikpumpe
- 2
- Druckleitung
- 3
- 4/3-Wegeventil
- 4
- Elektromagnet von 3
- 5
- elektrische Signalleitung
- 6
- Steuereinheit
- 7
- Tankleitung
- 8
- Tank
- 9
- Bypassleitung
- 10
- Druckbegrenzungsventil
- 11
- Proportional-Drosselventil
- 12
- erster Abschnitt von 13
- 13
- Arbeitsleitung
- 14
- Fluidaustritt
- 15
- zweiter Abschnitt von 13
- 16
- Fluideintritt
- 17
- Druckraum von 18
- 18
- Hydraulikzylinder
- 19
- Hydraulikkolben
- 20
- Kolbenstange
- 21
- elektromagnetische Betätigungseinrichtung
- 22
- elektrische Signalleitung
- 23
- Ventilgehäuse
- 24
- Boden von 23
- 25
- Buchse von 23
- 26
- Überwurfmutter
- 27
- Tankleitung
- 28
- Drossel in 3
- 29
- Hauptkolben
- 30
- Umlaufender Bund von 29
- 31
- Innenmantelfläche von 25
- 32
- Außenmantelfläche von 30
- 33
- Drosselspalt zwischen 31 und 32
- 34
- Vorsteuerraum
- 35
- Stirnseite von 29
- 36
- Zylindrische Ausnehmung von 29
- 37
- erster Bohrungsabschnitt von 36
- 38
- Stellkolben
- 39
- Mittiger Bund von 38
- 40
- endseitiger Bund von 38
- 41
- Stirnseite von 38
- 42
- Sperrelement
- 43
- Entlastungsfeder
- 44
- Hauptfeder
- 45
- zweiter Bohrungsabschnitt von 36
- 46
- Drosselspalt zwischen 38 und 36
- 47
- hohlzylindrischer Ventileinsatz
- 48
- Außengewinde von 26
- 49
- Dichtsitz
- 50
- kegelig ausgebildeter Dichtabschnitt von 29
- 51
- Sperreinrichtung
- 52
- kegelig verlaufender Abschnitt von 29
- 53
- Steuerkante
- 54
- veränderbarer Drosselspalt
- 55
- Stator
- 56
- Anker
- 57
- Stößel
- 58
- zweite zylindrische Ausnehmung von 29
- 59
- zweite Stirnseite von 29
- 60
- Entlastungsbohrung
- 61
- Entlastungsstift
- 62
- Dichtkegel von 42
- 63
- Bohrungsende von 60
- 64
- ringförmiger Kanal
- 65
- Steg von 47
- 66
- Kompensator
- 67
- Kompensatorleitung
- 68
- Ringraum
- 69
- Hohlkolben von 66
- 70
- Stößelkopf
- 71
- Mitnahmefläche von 69
- 72
- Bohrung von 47
- 73
- Kragen von 69
- 74
- Querbohrung von 47
- 75
- Druckraum unterhalb von 73
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012015356 A1 [0004, 0008]
