DE10327073A1

DE10327073A1 - Hydraulisches Ventil

Info

Publication number: DE10327073A1
Application number: DE2003127073
Authority: DE
Inventors: Kjeld Ravn
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE10327073B4

Abstract

Es wird ein hydraulisches Ventil (1) angegeben mit einem in einem Gehäuse (2) verlagerbaren Schieber (4), bei dem mindestens eine Stirnseite von einem Druck in einem Druckraum (5, 6) beaufschlagt ist, der mit einer elektrisch ansteuerbaren ersten Druckerzeugungseinrichtung (10) verbunden ist. DOLLAR A Man möchte die Steuerungsmöglichkeiten erweitern können. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß der Druckraum (5, 6) mit einem Ausgang (34, 37) eines Wechselventils (33, 36) verbunden ist, an dessen erstem Eingang (32, 35) die erste Druckerzeugungseinrichtung (10) angeschlossen ist und an dessen zweitem Eingang (39, 40) eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (38) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventil mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Schieber, bei dem mindestens eine Stirnseite von einem Druck in einem Druckraum beaufschlagt ist, der mit einer elektrisch ansteuerbaren ersten Druckerzeugungseinrichtung verbunden ist.

Ein derartiges Ventil ist aus DE 38 04 744 C2 bekannt. Die elektrisch ansteuerbare Druckerzeugungseinrichtung ist durch eine Brückenschaltung gebildet, in deren einer Diagonalen der Schieber angeordnet ist. Über die andere Diagonale liegt eine Druckdifferenz zwischen dem Druck einer Pumpe und dem Druck am Tank an. In jedem Zweig der Brückenschaltung ist ein Magnetventil angeordnet. Dabei sind die pumpenseitigen Magnetventile als normal geschlossene Magnetventile ausgebildet, d. h. sie sind in einem nicht erregten Zustand geschlossen.

Die tankseitigen Magnetventile sind als normal offene Magnetventile ausgebildet, d. h. sie sind in einem nicht erregten Zustand geöffnet. Durch eine entsprechende Ansteuerung der vier Magnetventile lassen sich die Drücke auf den beiden Stirnseiten des Schiebers so einstellen, daß der Schieber eine vorbestimmte Position einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerungsmöglichkeiten zu erweitern.

Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Druckraum mit einem Ausgang eines Wechselventils verbunden ist, an dessen erstem Eingang die erste Druckerzeugungseinrichtung angeschlossen ist und an dessen zweitem Eingang eine zweite Druckerzeugungseinrichtung angeschlossen ist.

Mit dieser Ausgestaltung hat man die Möglichkeit, den Schieber entweder mit Hilfe der ersten Druckerzeugungseinrichtung anzusteuern und seine Position zu ändern oder mit der zweiten Druckerzeugungseinrichtung. Damit sich die beiden Druckerzeugungseinrichtungen gegenseitig nicht behindern, ist das Wechselventil vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Druckraum verbunden ist. Das Wechselventil leitet den Druck von derjenigen Druckerzeugungseinrichtung an den Druckraum weiter, der jeweils der höhere ist.

Vorzugsweise ist die zweite Druckerzeugungseinrichtung als mechanische Druckerzeugungseinrichtung ausgebildet. Eine derartige Druckerzeugungseinrichtung kann bei spielsweise als hydraulischer "Joystick" oder Steuerknüppel ausgebildet sein. Ein derartiger hydraulischer Steuerknüppel kann unterschiedliche Ausgestaltungen haben. Es ist beispielsweise möglich, daß dieser Steuerknüppel eine Verbindung zwischen einem Druckanschluß und dem zweiten Eingang des Wechselventils gesteuert frei gibt oder verschließt. Es ist aber auch möglich, daß der Steuerknüppel selbst einen druckerzeugenden Kolben aufweist, der bei einer Verlagerung einen entsprechenden Druck an den zweiten Eingang des Wechselventils weitergibt.

Bevorzugterweise ist das Wechselventil so vorgespannt, daß eine Verbindung zwischen dem Druckraum und der ersten Druckerzeugungseinrichtung besteht. Das Wechselventil wird also in einer eindeutigen Position gehalten. Diese Position ist so gewählt, daß die elektrische Ansteuerung über die erste Druckerzeugungseinrichtung Priorität hat. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung kann den Druck im Druckraum nur dann beeinflussen, wenn ihr Ausgangsdruck größer ist als der Ausgangsdruck der ersten Druckerzeugungseinrichtung. Damit wird auf einfache, aber wirkungsvolle Weise vermieden, daß bei einer Ansteuerung des Schiebers über die erste Druckerzeugungseinrichtung aufgrund einer undefinierten Schaltstellung des Wechselventils Druckmedium, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, von der ersten Druckerzeugungseinrichtung über die zweite Druckerzeugungseinrichtung abfließen kann, ohne den Druck im Druckraum beeinflußt zu haben.

Vorzugsweise sind beide Stirnseiten des Schiebers jeweils von einem Druck in einem Druckraum beaufschlagt, wobei jeder Druckraum über jeweils ein Wechselventil mit der ersten Druckerzeugungseinrichtung und der zweiten Druckerzeugungseinrichtung verbunden ist. Prinzipiell ist es zwar möglich, den Schieber nur einseitig mit Druck zu beaufschlagen und eine Rückstellkraft auf andere Weise zu erzeugen, beispielsweise mit Hilfe einer Feder. Eine Erweiterung der Stellmöglichkeiten des Schiebers ergibt sich jedoch dann, wenn man beide Stirnseiten des Schiebers mit Druck beaufschlagen kann. Selbstverständlich können auf einer oder auf beiden Seiten des Schiebers zusätzliche Rückstellfedern vorgesehen sein, wenn dies gewünscht ist.

Vorzugsweise ist in der ersten Druckerzeugungseinrichtung im nicht aktivierten Zustand ein Flüssigkeitspfad zwischen dem ersten Eingang des Wechselventils und einem Tank geschaltet. Wenn der Schieber bewegt wird, dann verdrängt er Druckmedium, insbesondere Hydraulikflüssigkeit aus einem Druckraum. Dadurch, daß in der ersten Druckerzeugungseinrichtung immer ein Flüssigkeitspfad zum Tank hin offen ist, wird auf einfache Weise gewährleistet, daß diese verdrängte Flüssigkeit über das Wechselventil abfließen kann. Dabei spielt es keine Rolle, von welcher Druckerzeugungseinrichtung der erhöhte Druck geliefert worden ist, der die Bewegung des Schiebers veranlaßt.

Bevorzugterweise weist die erste Druckerzeugungseinrichtung eine Brückenschaltung auf, bei der die Wechselventile in einer Diagonalen angeordnet sind, wobei in druckseitigen Zweigen normal geschlossene Magnetventile und in tankseitigen Zweigen normal offene Magnetventile angeordnet sind. Unter "Magnetventile" sollen alle Ventile verstanden werden, die elektrisch aktivierbar sind. Die Ausbildung mit den normal offenen Magnetventilen in den tankseitigen Zweigen hat den Vorteil, daß man eine feinere Auflösung der Position des Schiebers erreichen kann. Die normal offenen Magnetventile dienen darüber hinaus dazu, daß die Flüssigkeit aus dem Druckraum mit niedrigerem Druck bei einer Bewegung des Schiebers problemlos abfließen kann. In diesem Zusammenhang ergeben sich auch die besonderen Vorteile der Vorspannung des Wechselventils. Wenn das Wechselventil vorgespannt ist, vermeidet man zuverlässig, daß Flüssigkeit aus der ersten Druckerzeugungseinrichtung über die zweite Druckerzeugungseinrichtung abfließt.

Vorzugsweise ist das Wechselventil in einem Schnittstellenmodul angeordnet, das zwischen dem Gehäuse und einem Steuergehäuse der ersten Druckerzeugungseinrichtung angeordnet ist. An dieses Schnittstellenmodul kann dann die zweite Druckerzeugungseinrichtung von außen angeschlossen werden. Die Verwendung eines Schnittstellenmoduls hat den Vorteil, daß man unter Verwendung weniger gleicher Teile sowohl ein Ventil mit nur einer Druckerzeugungseinrichtung als auch ein Ventil mit zwei Druckerzeugungseinrichtungen herstellen kann. Wenn der Betrieb mit einer zweiten Druckerzeugungseinrichtung gewünscht ist, wird einfach das Schnittstellenmodul zwischen dem Gehäuse und dem Steuergehäuse angeordnet.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Schnittstellenmodul eine dem Gehäuse zugewandte erste Anschlußgeometrie aufweist, die einer dem Schnittstellenmodul zugewandten Anschlußgeometrie des Steuergehäuses entspricht, und eine zweite dem Steuergehäuse zugewandte Anschlußgeome trie, die einer dem Schnittstellenmodul zugewandten Anschlußgeometrie des Gehäuses entspricht. Die beiden Anschlußgeometrien des Schnittstellenmoduls sind also zueinander komplementär. Die Seite des Schnittstellenmoduls, die dem Gehäuse zugewandt ist, sieht genauso aus, wie die Seite des Steuergehäuses, die in die gleiche Richtung blickt. Das Gehäuse "merkt" also nicht, ob das Steuergehäuse oder das Schnittstellenmodul angeschlossen ist. Ähnliche Bedingungen ergeben sich am Steuergehäuse. Auch das Steuergehäuse "merkt" nicht, ob das Gehäuse oder das Schnittstellenmodul angeschlossen ist. Es ergibt sich also kein Änderungsbedarf an dem Gehäuse und am Steuergehäuse.

Vorzugsweise weist das Schnittstellenmodul ein Übertragungselement zur Übertragung einer Information über die Position des Schiebers an die erste Druckerzeugungseinrichtung auf. Die erste Druckerzeugungseinrichtung, die elektrisch aktivierbar ist, benötigt in einigen Fällen die Information über die Position des Schiebers. Diese Position wird üblicherweise durch einen Stift nach außen übertragen und zwar durch eine Berührungsfläche zwischen dem Gehäuse und dem Steuergehäuse hindurch. Eine derartige Übertragung würde durch die Zwischenschaltung des Schnittstellenmoduls unterbrochen werden. Um dennoch die Information übertragen zu können, ist das Übertragungselement im Schnittstellenmodul vorgesehen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Übertragungselement als mechanisches Übertragungsglied ausgebildet ist. Das mechanische Übertragungsglied bildet im einfachsten Fall eine Verlängerung des Stiftes, der die Position des Schiebers an die elektrisch aktivierbare erste Druckerzeugungseinrichtung weiter meldet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Ventils und
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des mechanischen Aufbaus des hydraulischen Ventils.
Ein Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Bohrung 3 auf. In der Bohrung 3 ist ein Schieber 4 angeordnet. Der Schieber 4 ist kürzer als die Bohrung 3, so daß sich an den beiden Stirnseiten des Schiebers 4 jeweils ein Druckraum 5, 6 ergibt. Durch Einstellen des Drucks in den Druckräumen 5, 6 läßt sich die Position des Schiebers 4 in der Bohrung 3 verändern. Schematisch dargestellt sind noch Federn 7, 8, die ebenfalls die Position des Schiebers 4 in der Bohrung 3 und damit im Gehäuse 2 beeinflussen können. Die Federn 7, 8 können auch durch eine einzelne Feder ersetzt werden, die in beide Richtungen wirkt.
Der Schieber 4 weist, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist, Nuten 9 oder andere Oberflächenausnehmungen auf, die mit nicht näher dargestellter Öffnungen in der Bohrung 3 des Gehäuses 2 in Abhängigkeit von der Position des Schiebers 4 in Verbindung gebracht werden können, um bestimmte Verbindungen zu Arbeitsanschlüssen A, B (in 2 nur schematisch dargestellt) herzustellen.
Bei dem Schieber 4 kann es sich beispielsweise um den Schieber eines Proportionalventils handeln, das unter der Bezeichnung PVG 100 von der Sauer-Danfoss (Nordborg) A/S, Nordborg, Dänemark vertrieben wird.
Zur Ansteuerung des Schiebers 4 ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die in einem Steuergehäuse 11 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 10 weist eine Brükkenschaltung 12 aus vier Magnetventilen 13–16 auf. Zwei dieser Magnetventile 13, 14 sind mit einem Druckanschluß 17 verbunden. Der Druckanschluß 17 ist durch eine schematisch dargestellte Pumpe 18 symbolisiert. Die anderen beiden Magnetventile 15, 16 sind mit einem Tankanschluß 19 verbunden, der durch eine schematisch dargestellten Tank 20 symbolisiert ist. Der jeweils nicht mit dem Druckanschluß verbundene Anschluß des Magnetventils 13 ist mit dem nicht mit dem Tankanschluß 19 verbundenen Anschluß des Magnetventils 15 verbunden. Der nicht mit dem Druckanschluß 17 verbundene Anschluß des Magnetventils 14 ist mit dem nicht mit dem Tankanschluß 19 verbundenen Anschluß des Magnetventils 16 verbunden. Die beiden mit dem Druckanschluß 17 verbundenen Magnetventile 13, 14 sind als normal geschlossene Ventile ausgebildet, d. h. sie sind ohne Erregung geschlossen. Die beiden mit dem Tankanschluß 19 verbundenen Magnetventile 15, 16 sind als normal offene Ventile ausgebildet, d. h. sie sind ohne Erregung geöffnet. 1 zeigt die Schaltstellungen der Ventile 13–16 ohne Erregung. Parallel zu den beiden Magnetventilen 15, 16 sind jeweils Rückschlagventile 21, 22 angeord net, die zum Tankanschluß 19 hin sperren. Durch die Rückschlagventile 21, 21 kann man Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 20 nachsaugen und zwar auch dann, wenn das jeweilige Magnetventil 15, 16 geschlossen ist.
Die Magnetventile 13–16 werden über eine Steuereinheit 23 gesteuert. Die Steuereinheit 23 weist in an sich bekannter Weise mehrere Baugruppen auf, beispielsweise einen PWM-Filter 24, eine Eingangsstufe 25, eine PWM-Treiberstufe 26, eine Fehlerlogik 27, einen Fehlerausgang 28, einen Summationspunkt 29 und einen Umsetzer 30. Der Umsetzer 30 ist mit einem Stößel 31 verbunden, der wiederum mit dem Schieber 4 verbunden ist. Mit Hilfe des Stößels 31 kann man der Steuereinheit 23 die Position des Schiebers 4 im Gehäuse 2 mitteilen.
Die Steuereinrichtung 10 mit der Brückenschaltung 12 und der Steuereinheit 23 bildet eine erste Druckerzeugungseinrichtung, d. h. an den Verbindungspunkten zwischen den beiden Magnetventilen 13, 15 einerseits und den Magnetventilen 14, 16 andererseits lassen sich durch eine entsprechende Ansteuerung der Magnetventile 13–16 bestimmte Druckdifferenzen erzeugen.
Der Punkt zwischen den Magnetventilen 13, 15 ist mit einem ersten Eingang 32 eines ersten Wechselventils 33 verbunden, dessen Ausgang 34 mit dem Druckraum 5 verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Magnetventilen 14, 16 ist mit einem ersten Eingang 35 eines zweiten Wechselventils 36 verbunden, dessen Ausgang 37 mit dem gegenüberliegenden Druckraum 6 verbunden ist.
Eine zweite Druckerzeugungseinrichtung 38 ist mit dem zweiten Eingang 39 des ersten Wechselventils 33 einerseits und dem zweiten Eingang 40 des zweiten Wechselventils 36 verbunden. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung 38 kann beispielsweise als hydraulischer Steuerknüppel oder "Joystick" ausgebildet sein, der entweder einen hydraulischen Druck von der Pumpe 18 zu einem der beiden zweiten Eingänge 39, 40 gelangen läßt oder selbst einen hydraulischen Druck erzeugt. Die zweite Druckerzeugungseinrichtung 38 kann auch als elektrisch aktivierbare Druckerzeugungseinrichtung ausgebildet sein, beispielsweise so, wie die Druckerzeugungseinrichtung 12.
Beide Wechselventile 33, 36 sind vorgespannt. Hierzu weisen die beiden Wechselventile jeweils eine Feder 41, 42 auf. Die Federn 41, 42 drücken Schließelemente 43, 44 mit einer gewissen Vorspannung gegen die zweiten Eingänge 39, 40, so daß ohne Hinzutreten äußerer Kräfte immer eine Verbindung zwischen den Druckräumen 5, 6 und der ersten Druckerzeugungseinrichtung, die durch die Steuereinrichtung 10 gebildet ist, hergestellt ist. Nur dann, wenn die zweite Druckerzeugungseinrichtung 38 einen größeren Druck erzeugt, wird eines der beiden Wechselventile 33, 36 umgeschaltet, um den Druck von der zweiten Druckerzeugungseinrichtung 38 in einen der Druckräume 5, 6 gelangen zu lassen, so daß dann dieser Druck auf den Schieber 4 wirkt. Hydraulikflüssigkeit, die aus dem anderen Druckraum 6, 5 verdrängt wird, kann dann durch das entsprechende normal offene Magnetventil 16, 15 zum Tank 20 hin abfließen.
Zwischen den beiden Zweigen der zweiten Druckerzeugungseinrichtung 38 kann auch ein "Kurzschluß" in Form einer Leitung 52 mit einer Drossel 53 angeordnet sein. Wenn dann zur einen Seite ausgelenkt wird, wird der Druckaufbau auf der anderen Seite das Wechselventil so verschieben, daß es entgegengesetzt schließt.
Hierbei ist kein besonders hoher Druck erforderlich, weil der erste Eingang 32, 35 der Wechselventile 33, 36 über die Magnetventile 15, 16 mit Tank 20 verbunden sind, wenn die elektrische Aktivierung der Druckerzeugungseinrichtung abgeschaltet ist. In dieser Weise wären die elektrischen Aktivierungen im Prinzip füreinander geschlossen. Gleichzeitig wäre effektiv ausgeschlossen, daß das Öl über die Magnetventile ohne weiteres zum Tank fließen kann, wenn der hydraulische Joystick z.B. eines Gegendrucks bedarf, um die Bewegung des Schiebers zu dämpfen.
Wie anhand von 2 schematisch erläutern werden soll, sind die beiden Wechselventile 33, 36 in einem Schnittstellenmodul 45 angeordnet. Das Schnittstellenmodul 45 weist eine erste Anschlußgeometrie 46 auf, die am Gehäuse 2 anliegt. Unter "Anschlußgeometrie" ist hierbei nicht nur eine mechanische Passung zu verstehen, so daß das Schnittstellenmodul 45 am Gehäuse 2 anliegen kann. Zur Anschlußgeometrie gehört auch die Lage der einzelnen Kanäle. So entspricht die Lage der Ausgänge 34, 37 der Wechselventile 33, 36 der Lage entsprechender Kanäle 47, 48, die von den Verbindungspunkten zwischen den Magnetventilen 13, 15 bzw. 14, 16 kommen. In gleicher Weise entspricht die dem zugewandte Anschlußgeometrie 49 der entsprechenden Anschlußgeome trie des Gehäuses 2. Man kann also entweder das Gehäuse 2 und das Steuergehäuse 11 unmittelbar aneinander anflanschen oder man kann das Schnittstellenmodul 45 dazwischen montieren, ohne daß es bei den Anschlußgeometrien irgendwelche Veränderungen geben muß.
Wenn das Steuermodul 45 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Steuergehäuse 11 montiert ist, dann kann der Stößel 31 des Schiebers 4 nicht mehr direkt mit der Steuereinheit 23 zusammenwirken. Aus diesem Grunde weist das Schnittstellenmodul 45 ein Übertragungselement 50 auf, das eine Verlängerung des Stößels 31 bildet und mit einem entsprechenden Verstellelement 51 der Steuereinheit 23 in Eingriff steht, wenn das Schnittstellenmodul 45 montiert ist.

Claims

Hydraulisches Ventil mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Schieber, bei dem mindestens eine Stirnseite von einem Druck in einem Druckraum beaufschlagt ist, der mit einer elektrisch ansteuerbaren ersten Druckerzeugungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (5, 6) mit einem Ausgang (34, 37) eines Wechselventils (33, 36) verbunden ist, an dessen erstem Eingang (32, 35) die erste Druckerzeugungseinrichtung (10) angeschlossen ist und an dessen zweitem Eingang (39, 40) eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (38) angeschlossen ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckerzeugungseinrichtung (38) als mechanische Druckerzeugungseinrichtung ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (33, 36) so vorgespannt ist, daß eine Verbindung zwischen dem Druckraum (5, 6) und der ersten Druckerzeugungseinrichtung (10) besteht.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stirnseiten des Schiebers (4) jeweils von einem Druck in einem Druckraum (5, 6) beaufschlagt sind, wobei jeder Druckraum (5, 6) über jeweils ein Wechselventil (33, 36) mit der ersten Druckerzeugungseinrichtung (10) und der zweiten Druckerzeugungseinrichtung (38) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Druckerzeugungseinrichtung im nicht aktivierten Zustand ein Flüssigkeitspfad zwischen dem ersten Eingang (32, 35) des Wechselventils (33, 36) und einem Tank (20) geschaltet ist.
Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckerzeugungseinrichtung (10) eine Brückenschaltung (12) aufweist, bei der die Wechselventile (33, 36) in einer Diagonalen angeordnet sind, wobei in druckseitigen Zweigen normal geschlossene Magnetventile (13, 14) und in tankseitigen Zweigen normal offene Magnetventile (15, 16) angeordnet sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (33, 36) in einem Schnittstellenmodul (45) angeordnet ist, das zwischen de Gehäuse (2) und einem Steuergehäuse (11) der ersten Druckerzeugungseinrichtung (10) angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnittstellenmodul (45) eine dem Gehäuse (2) zugewandte erste Anschlußgeometrie (46) aufweist, die einer dem Schnittstellenmodul (45) zugewandten Anschlußgeometrie des Steuergehäuses (11) entspricht, und eine zweite dem Steuergehäuse (11) zugewandte Geometrie (49), die einer dem Schnittstellenmodul (45) zugewandte Anschlußgeometrie des Gehäuses (2) entspricht.
Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnittstellenmodul (45) ein Übertragungselement zur Übertragung einer Position des Schiebers (4) an die erste Druckerzeugungseinrichtung (10) aufweist.
Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement als mechanisches Übertragungsglied (50) ausgebildet ist.