DE102017219942A1

DE102017219942A1 - Ventilanordung für Hubwerkssteuerung mit einer Druckregelvorrichtung

Info

Publication number: DE102017219942A1
Application number: DE102017219942.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Schmuttermair; Steffen Knapper
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (30), wobei ein Steuerventil (50) und eine Druckregelvorrichtung (70) vorgesehen sind, welche parallel an einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) angeschlossen sind, wobei das Steuerventil (50) einen Lastmeldeanschluss (58) hat, wobei es eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Stellung (51; 52; 53; 54) aufweist.
Erfindungsgemäß ist in der zweiten Stellung (52) der erste Arbeitsanschluss (31) über das Steuerventil (50) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden, wobei in der zweiten, der dritten und der vierten Stellung (52; 53; 54) eine Verbindung zwischen dem Steuerventil (50) und dem ersten Zulaufanschluss (33) durch das Steuerventil (50) gesperrt ist, wobei die Druckregelvorrichtung (70) an einen ersten Zulaufanschluss (33) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein hydraulisches Antriebssystem mit einer derartigen Ventilanordnung.
Aus der EP 1 672 225 B1 ist eine Ventilanordnung bekannt, welche zur Steuerung des Hubwerks eines landwirtschaftlichen Traktors eingesetzt wird. Der Steuerschieber hat vier Stellungen. In einer Stellung wird das Hubwerk angehoben. In einer weiteren Stellung ist Zylinder des Hubwerks hydraulisch fest eingespannt. In einer weiteren Stellung wird das Hubwerk abgesenkt. In der letzten Stellung kann sich das Hubwerk frei bewegen. Der Druck in den Zylinderkammern des Hubwerkszylinders wird mit Druckbegrenzungsventilen beeinflusst, wobei nur eines der beiden Druckbegrenzungsventile verstellbar ist. Weiter ist eine Druckwaage vorgesehen, mit welcher der Druck einer stetig verstellbaren Steuerblende im Steuerventil auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders im Wesentlichen allein von der Stellung der Steuerblende abhängt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass an den Zylinder angeschlossene Lasten einfach- oder doppeltwirkend angehoben und abgesenkt werden können. Dabei soll sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit als auch die Kraft des Zylinders einstellbar sein. Insbesondere soll der Druck wahlweise in einer der beiden Zylinderkammern einstellbar sein und zwar in möglichst weiten Grenzen. Ruckartige Bewegungen des Zylinders sollen vermieden werden. Die gesamte Ventilanordnung soll besonders einfach ausgeführt sein. Weiter soll vermieden werden, dass das Hubwerk sich absenkt, wenn der Förderdruck der Pumpe für die an sich gewünschte Hubbewegung nicht ausreicht. Jede unkontrollierte bzw. ungewollte Bewegung soll vermieden werden. Die obigen Vorteile sollen auch in außergewöhnlichen Einsatzfällen des Traktor-Hubwerks ausnutzbar sein, beispielsweise auch dann, wenn das Hubwerk genutzt wird, um den Traktor während Wartungsarbeiten anzuheben. Hier kann es insbesondere beim Wiederabsenken zu ruckartigen Bewegungen kommen, die vermieden werden sollen.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass in der zweiten Stellung der erste Arbeitsanschluss über das Steuerventil mit einem ersten Rücklaufanschluss fluidisch verbunden ist, wobei in der zweiten, der dritten und der vierten Stellung eine Verbindung zwischen dem Steuerventil und dem ersten Zulaufanschluss durch das Steuerventil gesperrt ist, wobei die Druckregelvorrichtung an den ersten Zulaufanschluss angeschlossen ist. Bei der EP 1 672 225 B1 fehlt eine der zweiten Stellung vergleichbare Stellung des Steuerventils. Weiter wird auch in der dritten Stellung, also beim Absenken des Hubwerks, der Fluidstrom von der Pumpe über das Steuerventil geleitet. Darüber hinaus haben die Druckbegrenzungsventile der EP 1 672 225 B1 keine Verbindung zum ersten Zulaufanschluss. Sie können den Druck in den zugeordneten Arbeitsleitungen daher nur absenken, nicht aber bis zum Förderdruck der Pumpe erhöhen, wie dies bei der erfindungsgemäßen Druckregelvorrichtung möglich ist.
Die erste bis vierte Stellung ist vorzugsweise verschieden voneinander ausgebildet. Dem ersten und/oder dem zweiten Arbeitsanschluss kann jeweils ein Drucksensor zugeordnet sein, mit welchem der Druck am betreffenden Arbeitsanschluss messbar ist. In der ersten Stellung ist eine stetig verstellbare Steuerblende vorzugsweise in der Verbindung vom ersten Zulaufanschluss zum zweiten Arbeitsanschluss angeordnet. Diese Steuerblende, wie auch alle weiteren unten genannten Steuerblenden, werden vorzugsweise von einem Steuerschieber des Steuerventils gebildet. In der zweiten und der vierten Stellung ist eine stetig verstellbare Steuerblende vorzugsweise in der jeweiligen Verbindung zum ersten Rücklaufanschluss angeordnet. Zwischen dem ersten Zulaufanschluss und dem ersten Ventil kann eine Druckwaage angeordnet sein, welche so eingerichtet ist, dass die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Lastmeldeanschluss und dem Druck stromabwärts der Druckwaage auf einen vorgegebenen Wert einregelbar ist. Das Steuerventil ist vorzugsweise als Schieberventil ausgebildet. Der entsprechende Steuerschieber ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die erfindungsgemäßen Fluidverbindungen durch Verschiebung des Steuerschiebers gegenüber dem umgebenden Gehäuse einstellbar sind. Die Ventileinrichtung wird typischerweise mit einem Druckfluid verwendet, bei dem es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Hydrauliköl handelt.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Es kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil eine fünfte Stellung aufweist, in welcher eine Verbindung zwischen dem Steuerventil und dem ersten Zulaufanschluss vom Steuerventil gesperrt ist, wobei der erste und der zweite Arbeitsanschluss mit einem ersten Rücklaufanschluss fluidisch verbunden sind. Die fünfte Stellung entspricht funktional der Freigangstellung der EP 1 672 225 B1 . In der fünften Stellung ist eine stetig verstellbare Steuerblende vorzugsweise in der Verbindung vom zweiten Arbeitsanschluss zum Rücklaufanschluss angeordnet. In der fünften Stellung kann der Lastmeldeanschluss mit einem ersten Rücklaufanschluss verbunden oder gesperrt sein. In der zuletzt genannten Alternative kommt vorzugsweise das weiter unten angesprochene Wechselventil zum Einsatz. Es kann eine sechste Stellung des Steuerventils vorgesehen sein, welche die gleichen Verbindungen wie die fünfte Stellung aufweist, wobei die genannte Steuerblende ganz geöffnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste, die zweite, die dritte, die vierte und gewünschtenfalls die fünfte Stellung des Steuerventils in der angegebenen Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind. Bei einer Verstellung des Steuerventils in eine Richtung werden die genannten Stellungen also in der genannten Reihenfolge nacheinander durchlaufen. Mit dieser Anordnung ergibt sich ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Steuerschiebers.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckregelvorrichtung wenigstens ein Druckreduzierventil umfasst, welches jeweils einen zweiten Zulaufanschluss, einen zweiten Rücklaufanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist, wobei der Druck am Ausgangsanschluss auf den ersten Solldruck einregelbar ist, indem entweder eine fluidische Verbindung vom Ausgangsanschluss zum zweiten Zulaufanschluss oder zum zweiten Rücklaufanschluss geöffnet wird, wobei der zweite Rücklaufanschluss mit einem ersten Rücklaufanschluss fluidisch verbunden ist, wobei der zweite Zulaufanschluss zumindest mittelbar mit dem ersten Zulaufanschluss verbunden ist. Mit derartigen Druckreduzierventilen ist der Druck am Ausgangsanschluss in weiten Grenzen verstellbar, die durch den Druck am zweiten Zulaufanschluss und den Druck am zweiten Rücklaufanschluss definiert werden. Darüber hinaus sind Druckreduzierventile verwendbar, die als Standardventile in großen Stückzahlen hergestellt und dementsprechend kostengünstig angeboten werden. Das wenigstens eine Druckreduzierventil ist vorzugsweise jeweils elektrisch verstellbar. Es ist vorzugsweise in Form eines Einschraubventils ausgeführt. Es ist denkbar, dass die Druckregelvorrichtung für den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss jeweils ein gesondertes Druckreduzierventil aufweist, dessen Ausgangsanschluss mit dem betreffenden Arbeitsanschluss unmittelbar fluidisch verbunden ist.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest einem, vorzugsweise jedem Druckreduzierventil ein erstes Rückschlagventil zugeordnet ist, welches zwischen dem ersten Zulaufanschluss und dem jeweiligen zweiten Zulaufanschluss angeordnet ist, wobei es ausschließlich einen Fluidstrom vom ersten Zulaufanschluss zum betreffenden zweiten Zulaufanschluss zulässt. Hierdurch wird vermieden, dass über den zweiten Zulaufanschluss Druckfluid zur Pumpe zurückfließt, wenn der Förderdruck der Pumpe nicht ausreicht, um die am Zylinder angreifende Last zu halten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckregelvorrichtung ein einziges Druckreduzierventil umfasst, wobei eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, über welche der Ausgangsanschluss des Druckreduzierventils wahlweise mit dem ersten oder mit dem zweiten Arbeitsanschluss fluidisch verbindbar ist, wobei beide genannten Verbindungen gleichzeitig absperrbar sind. Die Umschaltvorrichtung ist typischerweise kostengünstiger als ein Druckreduzierventil, so dass Kosten eingespart werden. Darüber hinaus kann mit der Umschaltvorrichtung problemlos die vorgeschlagene Sperrstellung realisiert werden. Diese kommt beispielsweise in der fünften bzw. sechsten Stellung des Steuerventils zur Anwendung, in welcher die Druckregelung nicht benötigt wird und sogar stören würde. Die Umschaltvorrichtung kann von einem 3/3-Wegeventil gebildet werden. Es ist aber auch denkbar, zwei parallel geschaltete 2/2-Wegeventile zu verwenden. Die genannten Wegeventile sind vorzugsweise in Sitzbauweise ausgeführt, wenn ein leckagefreier Verschluss gewünscht wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lastmeldeanschluss des Steuerventils in der zweiten Stellung mit dem zweiten Arbeitsanschluss, in der dritten Stellung mit einem ersten Rücklaufanschluss und in der vierten Stellung mit dem ersten Arbeitsanschluss fluidisch verbunden ist, wobei der Lastmeldeanschluss mit einem Förderdruckregler einer Pumpe zumindest mittelbar fluidisch verbindbar ist. Mit dieser Gestaltung der Lastrückmeldung ist es nicht erforderlich, dass die Druckregelvorrichtung den Druck Null einregeln kann. Sie kann dementsprechend kostengünstig ausgeführt sein. Die genannte mittelbare Verbindung zum Förderdruckregler kann über eine Wechselventilkaskade erfolgen, an der weitere hydraulische Verbraucher angeschlossen sind, welche von der Pumpe mit Druckfluid versorgbar sind.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lastmeldeanschluss des Steuerventils in der zweiten Stellung und/oder der dritten Stellung und/oder der vierten Stellung durch das Steuerventil gesperrt ist, wobei ein Wechselventil vorgesehen ist, welches eingangsseitig mit dem Lastmeldeanschluss und dem Ausgangsanschluss des Druckreduzierventils fluidisch verbunden ist, wobei das Wechselventil ausgangsseitig mit einem Förderdruckregler einer Pumpe zumindest mittelbar fluidisch verbindbar ist. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Steuerventils, insbesondere des Steuerschiebers. In den Stellungen, in denen der Lastmeldeanschluss gesperrt ist, wird die Lastmeldung über das Wechselventil vom Druckreduzierventil erzeugt.
Es kann vorgesehen sein, dass dem ersten und/oder dem zweiten Arbeitsanschluss jeweils ein zweites Rückschlagventil zugeordnet ist, über welches der betreffende Arbeitsanschluss mit einem ersten Rücklaufanschluss verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil ausschließlich einen Fluidstrom vom betreffenden ersten Rücklaufanschluss zum betreffenden Arbeitsanschluss zulässt. Hierdurch wird vermieden, dass sich in einer der Zylinderkammern ein Vakuum ausbildet. Sobald in einer der Zylinderkammern ein Unterdruck entsteht, wird Druckfluid aus dem Tank angesaugt.
Schutz wird außerdem für ein hydraulisches Antriebssystem beansprucht, welches mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung ausgestattet ist, wobei an den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss ein doppeltwirkender Zylinder angeschlossen ist, wobei an den wenigstens einen ersten Rücklaufanschluss ein Tank angeschlossen ist, wobei eine Pumpe vorgesehen ist, mit welcher Druckfluid aus dem Tank zum ersten Zulaufanschluss förderbar ist, wobei die Pumpe ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweist, wobei ein Förderdruckregler vorgesehen ist, mit welchem ein Förderdruck der Pumpe durch Verstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe auf einen zweiten Solldruck einregelbar ist. Der genannte Zylinder ist vorzugsweise Bestandteil eines Hubwerks eines landwirtschaftlichen Traktors. Ein entsprechendes Hubwerk ist beispielsweise aus der EP 2 870 842 B 1 bekannt. Dem Zylinder kann ein Stellungssensor zugeordnet sein, mit welchem die Stellung des Zylinders zumindest mittelbar messbar ist. Vorzugsweise wird der Stellungssensor von einem Drehwinkelsensor gebildet, welcher an einem Drehgelenk des genannten Hubwerks angeordnet ist. Der Zylinder kann jeweils über ein Lasthalteventil an den ersten und/oder den zweiten Arbeitsanschluss angeschlossen sein, um eine unkontrollierte Bewegung des belasteten Zylinders aufgrund von Leckagen zu vermeiden.
Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Solldruck vom Druck am Lastmeldeanschluss oder vom ausgangsseitigen Druck am Wechselventil abhängt. Der zweite Solldruck liegt vorzugsweise um eine vorgegebene Druckdifferenz oberhalb des genannten Drucks am Lastmeldeanschluss bzw. am Wechselventil.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
2 eine zweite Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung; und
3 eine zweite Ausführungsform der Umschaltvorrichtung.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems 10 mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 30. Die Ventilanordnung 30 hat einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluss 31; 32, einen Zulaufanschluss 33 und mehrere Rücklaufanschlüsse 34. Die Ventilanordnung 30 wird typischerweise von einem Ventilblock oder einer Ventilscheibe gebildet, an der die genannten Anschlüsse in Form von gesonderten Anschlussbohrungen ausgeführt sind. Es ist aber auch denkbar, dass die Ventilanordnung Bestandteil einer größeren hydraulischen Schaltung ist, wobei die genannten Anschlüsse von bestimmten Stellen innerhalb des entsprechenden hydraulischen Leitungssystems gebildet werden. Vorzugsweise ist nur ein einziger erster Rücklaufanschluss vorgesehen, wobei die in 1 dargestellten Rücklaufwege innerhalb der Ventilanordnung 30 zusammengeführt werden.
An den ersten Zulaufanschluss 33 ist eine Pumpe 11 angeschlossen, die ein verstellbares Verdrängungsvolumen hat, wobei sie vorzugsweise von einer Axialkolbenpumpe gebildet wird, welche höchst vorzugsweise in Schrägscheibenbauweise ausgeführt ist. Die Pumpe 11 saugt Druckfluid aus einem Tank 14 an und fördert es unter Druck zum ersten Zulaufanschluss 33. Der Pumpe 11 ist ein Förderdruckregler 12 zugeordnet. Dieser kann mittels eines Stelldrucks 19 beispielsweise einen hydraulischen Schwenkzylinder in der Pumpe 11 betätigen, mit dem das Verdrängungsvolumen verstellt wird. Dem Förderdruckregler 12 wird der Förderdruck 13 der Pumpe 11 als Istwert zugeführt. Weiter wird dem Förderdruckregler 12 ein Lastmeldedruck 39 zugeführt, der innerhalb der Ventilanordnung 30 generiert wird. Sofern die Pumpe 11 neben dem in 1 dargestellten Zylinder 15 weitere hydraulische Verbraucher versorgt, kann der Lastmeldedruck 39 eingangsseitig an einer Wechselventilkaskade anliegen, wobei das Ausgangssignal der Wechselventilkaskade dem Förderdruckregler 12 zugeführt wird. Typischerweise regelt der Förderdruckregler 12 den Förderdruck auf einen zweiten Sollwert ein, welcher um eine vorgegebene Druckdifferenz oberhalb des Lastmeldedrucks bzw. des Ausgangsdrucks der Wechselventilkaskade liegt. Der Ausgangsdruck der Wechselventilkaskade ist der höchste Druck aus den eingangsseitigen Drücken an der Wechselventilkaskade. Daneben kann der Förderdruckregler 12 auch eine Leistungsbegrenzung bewirken, so dass die Pumpe 11 und/oder deren Antrieb nicht überlastet werden.
An den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 ist ein doppeltwirkender Zylinder 15 angeschlossen, wobei eine Parallelschaltung mehrerer doppeltwirkender Zylinder auch denkbar ist. Der Zylinder 15 ist vorzugsweise Bestandteil eines Hubwerks 16 eines landwirtschaftlichen Traktors, wobei auch andere mobile Arbeitsmaschinen mit einem vergleichbaren Hubwerk ausgestattet sein können. Dem Zylinder 15 ist ein Stellungssensor 17 zugeordnet, mit dem die Stellung des Zylinders 15 zumindest mittelbar messbar ist. Vorzugsweise wird der Stellungssensor 17 von einem Drehwinkelsensor gebildet, welcher an einem Drehgelenk des Hubwerks 16 angeordnet ist.
Die Ventilanordnung 30 umfasst ein Steuerventil 50 und eine Druckregelvorrichtung 70. Gegenüber der EP 1 672 225 B1 besteht die Besonderheit der Druckregelvorrichtung 70 darin, dass anstelle von Druckbegrenzungsventilen ein Druckreduzierventil 80 eingesetzt wird. Grundsätzlich ist es denkbar, zwei gesonderte Druckreduzierventile 80 einzusetzen, die jeweils an einen zugeordneten ersten bzw. zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 angeschlossen sind. Aus Kostengründen ist es jedoch bevorzugt, eine Umschaltvorrichtung 70 zu verwenden, mit der ein einziges Druckreduzierventil 80 wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 verbindbar ist. Vorliegend wird die Umschaltvorrichtung 74 von einem 3/3-Wegeventil 72 gebildet, welches in Schieberbauweise ausgeführt ist. Das 3/3-Wegeventil 72 ist mittels wenigstens einer Feder in eine mittlere Sperrstellung vorgespannt, wobei es mittels Elektromagneten in die beiden anderen Stellungen bewegbar ist, um die genannten Fluidverbindungen herzustellen.
Das Druckreduzierventil 80 hat einen Ausgangsanschluss 83, einen zweiten Zulaufanschluss 81 und einen zweiten Rücklaufanschluss 82. Der Ausganganschluss 83 ist wie vorstehend erläutert mit den Arbeitsanschlüssen 31; 32 verbindbar. Der zweite Rücklaufanschluss 82 ist mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 fluidisch verbunden. Der zweite Zulaufanschluss 81 ist mit dem ersten Zulaufanschluss 33 fluidisch verbunden und zwar über ein erstes Rückschlagventil 71, welches ausschließlich einen Fluidstrom vom ersten Zulaufanschluss 33 zum zweiten Zulaufanschluss 34 zulässt. Der erste Solldruck 84 wird mittels eines Elektromagneten eingestellt. Dieser kann wie dargestellt unmittelbar auf den Ventilschieber wirken, wobei er alternativ die Vorspannkraft der Feder beeinflussen kann, je nachdem, ob eine steigende oder eine fallende Kennlinie gewünscht ist. Der Ventilschieber des Druckreduzierventils wird außerdem vom Druck am Ausgangsanschluss 83 beaufschlagt. Übersteigt die Druckraft die Effektivkraft aus der Magnet- und der Federkraft, so wird der Ausgangsanschluss mit dem zweiten Rücklaufanschluss 82 verbunden. Unterschreitet die Druckraft die Effektivkraft aus der Magnet- und der Federkraft, so wird der Ausgangsanschluss mit dem zweiten Zulaufanschluss 81 verbunden. Im Ergebnis stellt sich der Druck am Ausgangsanschluss 83 so ein, dass die genannten Kräfte im Gleichgewicht sind.
Gegenüber einem Druckbegrenzungsventil hat das Druckreduzierventil 80 den zweiten Zulaufanschluss 81, über den Druckfluid zum Zylinder 15 hin fließen kann, was beim bekannten Druckbegrenzungsventil nicht möglich ist. Daraus ergibt sich die Gefahr, dass sich der Zylinder in einer Weise bewegt, die nicht der Einstellung des Steuerventils 50 entspricht. Das erfindungsgemäße Steuerventil 50 ist dementsprechend so ausgebildet, dass derartige unerwünschte Bewegungen vermieden werden.
Das Steuerventil 50 hat vorliegend ein erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte und eine sechste Stellung 51 - 56, wobei die fünfte und die sechste Stellung 55; 56 optional sind. Die Stellungen 51 - 56 sind vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge nebeneinander angeordnet, so dass der entsprechende Ventilschieber einfach herstellbar ist. Allein in der ersten Stellung 51 besteht eine Verbindung vom ersten Zulaufanschluss 33 über das Steuerventil 50 zum zweiten Arbeitsanschluss 32. In allen anderen Stellungen 52 - 56 wird die Verbindung zwischen dem ersten Zulaufanschluss 33 und dem Steuerventil 80 durch das Steuerventil 80 gesperrt, so dass das Druckfluid in diesen Stellungen ausschließlich über die Druckregelvorrichtung 70 zum Zylinder 15 fließen kann, wobei nur das vom Zylinder 15 zurückfließende Druckfluid über das Steuerventil 50 zu einem ersten Rücklaufanschluss 34 fließt. In der dritten Stellung 53, die als Sperrstellung ausgebildet ist, in der sich der Zylinder 15 überhaupt nicht bewegt, fließt kein Druckfluid zu einem ersten Rücklaufanschluss 34. In dieser Stellung ist vorzugsweise auch das Druckreduzierventil 80 mittels der Umschaltvorrichtung 74 von den Arbeitsanschlüssen 31; 32 getrennt.
In der ersten Stellung 51 soll die an den Zylinder 15 angeschlossene Last mit einer hohen Geschwindigkeit unter Ausnutzung der Förderkapazität der Pumpe 11 gegen die Schwerkraft angehoben werden. In diesem Betriebszustand ist typischerweise keine Kraftregelung mittels der Druckregeleinrichtung 70 erforderlich. Diese ist daher vorzugsweise mittels der Umschaltvorrichtung 74 von den Arbeitsanschlüssen 31; 32 getrennt. In der ersten Stellung 51 befindet sich die eine stetig verstellbare Steuerblende 57 im Vorlauf. Der Druckabfall an dieser Steuerblende 57 wird vorzugsweise mittels einer Druckwaage 37 auf einen konstanten Wert eingeregelt, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders 15 im Wesentlichen allein von der Stellung der Steuerblende 57 abhängt. Die Druckwaage 37 ist zwischen den ersten Zulaufanschluss 33 und das Steuerventil 50 geschaltet. Sie wird in Schließrichtung vom Druck zwischen der Druckwaage 37 und der Steuerblende 57 beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wird sie von der Kraft einer vorgespannten Feder und vom Druck stromabwärts der Steuerblende 57 beaufschlagt, der an einem Lastmeldeanschluss 58 des Steuerventils 50 anliegt. In der zweiten bis sechsten Stellung ist die Druckwaage 37 nicht wirksam, da der Strömungsweg vom ersten Zulaufanschluss 33 über die Druckwaage 37 zum Steuerventil 50 vom Steuerventil 50 gesperrt ist.
Die zweite Stellung 52 wird beispielsweise eingestellt, wenn die gewünschte Stellung des Zylinders 15 mittels der ersten Stellung 51 erreicht ist, wobei die Last nur kraftgeregelt gehalten oder langsam weiter angehoben werden soll. Die Umschaltvorrichtung 74 wird dabei so eingestellt, dass das Druckreduzierventil 80 den Druck am zweiten Arbeitsanschluss 32 regelt. Die stetig verstellbare Steuerblende 57 befindet sich in der zweiten Stellung 52 im Rücklauf zwischen dem ersten Arbeitsanschluss 31 und einem ersten Rücklaufanschluss 34. Sie wird so eingestellt, dass sich die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit ergibt. Die entsprechende Einstellung ist lastabhängig. Der geregelte Druck am zweiten Arbeitsanschluss 32 wird außerdem an den Lastmeldeanschluss 58 angeschlossen, wobei dort im Wesentlichen kein Druckfluid über den Förderdruckregler 12 abfließen kann.
Die vierte Stellung 54 entspricht funktional der zweiten Stellung 52, wobei allein die Bewegungsrichtung umgekehrt ist. Dementsprechend ist das Druckreduzierventil 80 vorzugsweise über die Umschaltvorrichtung 74 mit dem ersten Arbeitsanschluss 31 verbunden. Der zweite Arbeitsanschluss 32 ist über die stetig verstellbare Steuerblende 57 mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 verbunden. Am Lastmeldeanschluss 58 liegt der geregelte Druck am ersten Arbeitsanschluss 31 an.
Die dritte Stellung 53 ist eine Sperrstellung, in welcher der Zylinder 15 hydraulisch fest eingespannt ist. Die Verbindung zwischen dem Steuerventil 50 und dem ersten bzw. dem zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 wird dementsprechend jeweils durch das Steuerventil 50 gesperrt. Die Umschaltvorrichtung 74 ist vorzugsweise so eingestellt, dass die Verbindung zwischen dem Druckreduzierventil 80 und dem ersten bzw. dem zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 jeweils gesperrt ist. Der Lastmeldeanschluss 58 ist über das Steuerventil 50 mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 verbunden, so dass am Lastmeldeanschluss 58 im Wesentlichen kein Druck anliegt. In der Folge läuft die Pumpe 11 im Wesentlichen drucklos.
Mittels der fünften Stellung 55 kann die an den Zylinder 15 angeschlossene Last allein durch die Wirkung der Schwerkraft mit einer definierten Geschwindigkeit abgesenkt werden. Der zweite Arbeitsanschluss 32, dessen Druck typischerweise gegen die Schwerkraft arbeite, ist dementsprechend über eine stetig verstellbare Steuerblende 57 im Steuerventil 50 mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 verbunden, wobei der erste Arbeitsanschluss 31 über das Steuerventil 50 im Wesentlichen ungedrosselt mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 verbunden ist. Der Lastmeldeanschluss 58 ist ebenfalls über das Steuerventil 50 mit einem ersten Rücklaufanschluss 34 verbunden, so dass die Pumpe 11 im Wesentlichen drucklos läuft.
Bei der sechsten Stellung 56 handelt es sich um eine Extremstellung der fünften Stellung 55, in welcher die entsprechende, stetig verstellbare Steuerblende 57 ganz geöffnet ist. Das an den Zylinder 15 angeschlossenen Hubwerk 16 kann sich dementsprechend frei bewegen. Die sechste Stellung 56 ist gesondert ausgewiesen, da sie vergleichsweise häufig eingestellt wird, beispielsweise wenn am Hubwerk ein Mähwerk angebaut ist, dessen Gewichtskraft im Mähbetrieb vollständig am Erdboden abgestützt ist.
Der Lastmeldeanschluss 58 ist vorliegend unmittelbar an den Förderdruckregler 12 angeschlossen. Der Förderdruck 13 wird vorzugsweise auf einen zweiten Solldruck eingeregelt, der um eine vorgegebene Druckdifferenz über dem Druck des Lastmeldeanschlusses 58 liegt. Die erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in allen Stellungen des Steuerventils 50 ein definierter Druck am Lastmeldeanschluss 58 anliegt.
Hinzuweisen ist noch auf die beiden zweiten Rückschlagventile 36, die jeweils an einen zugeordneten ersten bzw. zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 angeschlossen sind, wobei sie ausschließlich einen Fluidstrom von einem zugeordneten ersten Rücklaufanschluss 34 zum betreffenden Arbeitsanschluss 31; 32 hin zulassen. Hierdurch wird eine sogenannte Nachsaugung realisiert, die beispielsweise wirksam wird, wenn sich der Zylinder 15 in der sechsten Stellung 56 des Steuerventils sehr schnell bewegt. Dann kann Druckfluid aus dem Tank 14 über das betreffende zweite Rückschlagventil 36 in die sich vergrößernde Zylinderkammer gesaugt werden, so dass sich dort kein Vakuum ausbildet. Im Normalbetrieb sind die zweiten Rückschlagventile 36 fluiddicht verschlossen.
Weiter ist auf die beiden Drucksensoren 35 hinzuweisen, mit welchen die Drücke am ersten bzw. am zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 messbar sind.
Es versteht sich, dass die Drucksensoren 35; der Stellungssensor 17, das Steuerventil 50, die Umschaltvorrichtung 74 und das Druckreduzierventil 80 an eine elektronische Steuervorrichtung 18 angeschlossen sind, um den gewünschten Bewegungsablauf des hydraulischen Antriebssystems 10 zu steuern.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform 10' eines hydraulischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 30. Die erste und die zweite Ausführungsform sind bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird. In den 1 und 2 sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Bei der zweiten Ausführungsform wurde die Lastmeldung am Lastdruckanschluss 58 des Steuerventils 50 derart verändert, dass sich ein deutlich einfacherer Ventilschieber ergibt. In der ersten und der dritten Stellung 51; 53 ist die Lastmeldung gegenüber der ersten Ausführungsform unverändert. In der zweiten, der vierten, der fünften und der sechsten Stellung 52; 54; 55; 56 sind die bei der ersten Ausführungsform vorhandenen Lastmeldeverbindungen schlicht gesperrt, so dass über das Steuerventil 50 keine Lastrückmeldung mehr erfolgt. Im Gegenzug wurde das Wechselventil 38 eingeführt, an dem eingangsseitig der Druck am Lastmeldeanschluss 58 und der Druck am Ausgangsanschluss 83 des Druckreduzierventils 80 anliegt. In der zweiten, der vierten, der fünften und der sechsten Stellung 52; 54; 55; 56 wird dementsprechend unmittelbar der Druck am Ausgangsanschluss 83 des Druckreduzierventils 80 an den Förderdruckregler 12 gemeldet. In der zweiten und der vierten Stellung 52; 54 ist diese Art der Lastrückmeldung funktional äquivalent zur Lastrückmeldung gemäß der ersten Ausführungsform. In der fünften und der sechsten Stellung 55; 56 ist für die gewünschte Lastrückmeldung ein Druckreduzierventil 80 erforderlich, welches den Druck Null einregeln kann. Ein derartiges Druckreduzierventil 80 ist aufwändig und teuer, so dass aus Kostengründen die erste Ausführungsform mit dem etwas teureren Ventilschieber bevorzugt ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 74'. Diese kann die Umschaltvorrichtung gemäß 1 und 2 ersetzen und zwar insbesondere in solchen Fällen, in denen ein fluiddichter Abschluss des ersten und des zweiten Arbeitsanschlusses 31; 32 möglich sein soll. Anstelle des 3/3-Wegeventils sind zwei gesonderte 2/2-Wegeventile 73 vorgesehen, welche jeweils zwischen den Ausgangsanschluss 83 des Druckreduzierventils und den zugeordneten ersten bzw. zweiten Arbeitsanschluss 31; 32 geschaltet sind. Die 2/2-Wegeventile sind jeweils als Sitzventil ausgebildet, welches fluiddicht verschließbar ist. Es wäre zwar denkbar, auch ein 3/3-Wegeventil in Sitzbauweise auszuführen, dies ist aber teurer als die Ausführung nach 3.
Vorzugsweise sind in keinem Betriebszustand des hydraulischen Antriebssystems beide 2/2-Wegeventile 73 geöffnet. Die drei verbleibenden Schaltkombinationen entsprechen den Schaltstellungen des 3/3-Wegeventils in 1 und 2.
Bezugszeichenliste

10: hydraulisches Antriebssystem (erste Ausführungsform)
10': hydraulisches Antriebssystem (zweite Ausführungsform)
11: Pumpe
12: Förderdruckregler
13: Förderdruck der Pumpe
14: Tank
15: Zylinder
16: Hubwerk
17: Stellungssensor
18: Steuervorrichtung
19: Stelldruck
30: Ventilanordnung
31: erster Arbeitsanschluss
32: zweiter Arbeitsanschluss
33: erster Zulaufanschluss
34: erster Rücklaufanschluss
35: Drucksensor
36: zweites Rückschlagventil
37: Druckwaage
38: Wechselventil
39: Lastmeldedruck
50: Steuerventil
51: erste Stellung
52: zweite Stellung
53: dritte Stellung
54: vierte Stellung
55: fünfte Stellung
56: sechste Stellung
57: Steuerblende
58: Lastmeldeanschluss
70: Druckregelvorrichtung
71: erstes Rückschlagventil
72: 3/3-Wegeventil
73: 2/2-Wegeventil
74: Umschaltvorrichtung (erste Ausführungsform)
74': Umschaltvorrichtung (zweite Ausführungsform)
80: Druckreduzierventil
81: zweiter Zulaufanschluss
82: zweiter Rücklaufanschluss
83: Ausgangsanschluss
84: erster Solldruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1672225 B1 [0002, 0004, 0007, 0022]
EP 2870842 [0015]

Claims

Ventilanordnung (30) mit einem ersten und einem zweiten Arbeitsanschluss (31; 32), einem ersten Zulaufanschluss (33) und wenigstens einem ersten Rücklaufanschluss (34), wobei ein Steuerventil (50) und eine Druckregelvorrichtung (70) vorgesehen sind, welche parallel an den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) angeschlossen sind, wobei die Druckregelvorrichtung (70) so eingerichtet ist, dass zumindest wahlweise entweder der Druck am ersten oder am zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) auf einen vorgegebenen ersten Solldruck (84) einregelbar ist, wobei das Steuerventil (50) einen Lastmeldeanschluss (58) hat, wobei es eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Stellung (51; 52; 53; 54) aufweist, wobei in der ersten Stellung (51) der erste Arbeitsanschluss (31) über das Steuerventil (50) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden ist, wobei der erste Zulaufanschluss (33) über das Steuerventil (80) mit dem zweiten Arbeitsanschluss (32) fluidisch verbunden ist, wobei der zweite Arbeitsanschluss (32) über das Steuerventil (80) mit dem Lastmeldeanschluss (58) fluidisch verbunden ist, wobei in der dritten Stellung (53) eine Verbindung zwischen dem Steuerventil (50) und dem ersten bzw. dem zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) jeweils durch das Steuerventil (50) gesperrt ist, wobei in der vierten Stellung (54) der zweite Arbeitsanschluss (32) über das Steuerventil (50) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stellung (52) der erste Arbeitsanschluss (31) über das Steuerventil (50) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden ist, wobei in der zweiten, der dritten und der vierten Stellung (52; 53; 54) eine Verbindung zwischen dem Steuerventil (50) und dem ersten Zulaufanschluss (33) durch das Steuerventil (50) gesperrt ist, wobei die Druckregelvorrichtung (70) an den ersten Zulaufanschluss (33) angeschlossen ist.
Ventilanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerventil (50) eine fünfte Stellung (55) aufweist, in welcher eine Verbindung zwischen dem Steuerventil (50) und dem ersten Zulaufanschluss (33) vom Steuerventil (50) gesperrt ist, wobei der erste und der zweite Arbeitsanschluss (31; 32) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden sind.
Ventilanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste, die zweite, die dritte, die vierte und gewünschtenfalls die fünfte Stellung (51 - 55) des Steuerventils (50) in der angegebenen Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind.
Ventilanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckregelvorrichtung (70) wenigstens ein Druckreduzierventil (80) umfasst, welches jeweils einen zweiten Zulaufanschluss (81), einen zweiten Rücklaufanschluss (82) und einen Ausgangsanschluss (83) aufweist, wobei der Druck am Ausgangsanschluss (83) auf den ersten Solldruck einregelbar ist, indem entweder eine fluidische Verbindung vom Ausgangsanschluss (83), zum zweiten Zulaufanschluss (81) oder zum zweiten Rücklaufanschluss (82) geöffnet wird, wobei der zweite Rücklaufanschluss (82) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) fluidisch verbunden ist, wobei der zweite Zulaufanschluss (81) zumindest mittelbar mit dem ersten Zulaufanschluss (33) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, wobei zumindest einem, vorzugsweise jedem Druckreduzierventil (80) ein erstes Rückschlagventil (71) zugeordnet ist, welches zwischen dem ersten Zulaufanschluss (33) und dem jeweiligen zweiten Zulaufanschluss (81) angeordnet ist, wobei es ausschließlich einen Fluidstrom vom ersten Zulaufanschluss (33) zum betreffenden zweiten Zulaufanschluss (81) zulässt.
Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Druckregelvorrichtung (70) ein einziges Druckreduzierventil (80) umfasst, wobei eine Umschaltvorrichtung (74; 74') vorgesehen ist, über welche der Ausgangsanschluss (83) des Druckreduzierventils (80) wahlweise mit dem ersten oder mit dem zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) fluidisch verbindbar ist, wobei beide genannten Verbindungen gleichzeitig absperrbar sind.
Ventilanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lastmeldeanschluss (58) des Steuerventils (50) in der zweiten Stellung (52) mit dem zweiten Arbeitsanschluss (32), in der dritten Stellung (53) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) und in der vierten Stellung (54) mit dem ersten Arbeitsanschluss (31) fluidisch verbunden ist, wobei der Lastmeldeanschluss (58) mit einem Förderdruckregler (12) und einer Pumpe (11) zumindest mittelbar fluidisch verbindbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, wobei der Lastmeldeanschluss (58) des Steuerventils (50) in der zweiten Stellung (52) und/oder der dritten Stellung (53) und/oder der vierten Stellung (54) durch das Steuerventil (50) gesperrt ist, wobei ein Wechselventil (38) vorgesehen ist, welches eingangsseitig mit dem Lastmeldeanschluss (58) und dem Ausgangsanschluss (83) des Druckreduzierventils (80) fluidisch verbunden ist, wobei das Wechselventil (38) ausgangsseitig mit einem Förderdruckregler (12) einer Pumpe (11) zumindest mittelbar fluidisch verbindbar ist.
Ventilanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem ersten und/oder dem zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) jeweils ein zweites Rückschlagventil (36) zugeordnet ist, über welches der betreffende Arbeitsanschluss (31; 32) mit einem ersten Rücklaufanschluss (34) verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil (36) ausschließlich einen Fluidstrom vom betreffenden ersten Rücklaufanschluss (34) zum betreffenden Arbeitsanschluss (31; 32) zulässt.
Hydraulisches Antriebssystem (10; 10') mit einer Ventilanordnung (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss (31; 32) ein doppeltwirkender Zylinder (15) angeschlossen ist, wobei an den wenigstens einen ersten Rücklaufanschluss (34) ein Tank (14) angeschlossen ist, wobei eine Pumpe (11) vorgesehen ist, mit welcher Druckfluid aus dem Tank (14) zum ersten Zulaufanschluss (33) förderbar ist, wobei die Pumpe (11) ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweist, wobei ein Förderdruckregler (12) vorgesehen ist, mit welchem ein Förderdruck (13) der Pumpe (11) durch Verstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe (11) auf einen zweiten Solldruck einregelbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 10, rückbezogen auf Anspruch 7 oder 8, wobei der zweite Solldruck vom Druck am Lastmeldeanschluss (58) oder vom ausgangsseitigen Druck am Wechselventil (38) abhängt.