DE19735482A1 - Hydraulisches System mit einem Differentialzylinder und einem Eilgangventil sowie Eilgangventil für ein solches hydraulisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen System, das ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen Differentialzylinder, ein Wegeventil, ein Eilgangventil und ein Druckbegrenzungsven­ til zur Druckabsicherung eines kolbenstangenabseitigen Druck­ raums des Differentialzylinder aufweist.

Aus der DE 24 02 112 C2 ist ein hydraulisches System mit einem Differentialzylinder, der eine Kolbenstange und einen Kolben aufweist, der einen kolbenstangenseitigen Druckraum und einen kolbenstangenabseitigen Druckraum voneinander trennt, mit einem Wegeventil mit zwei Verbraucheranschlüssen, über die die beiden Druckräume des Differentialzylinders wechselweise mit einer Druckmittelquelle und mit einem Tank verbindbar sind, und mit einem Eilgangventil bekannt, das drei Anschlüsse aufweist. Ei­ ner dieser Anschlüsse ist mit dem kolbenstangenseitigen Druck­ raum und ein zweiter dieser Anschlüsse mit dem kolbenstangenab­ seitigen Druckraum des Hydrozylinders verbunden. Der dritte An­ schluß steht in Verbindung mit einem Verbraucheranschluß des Wegeventils, über den Druckmittel von einer Pumpe aus dem kol­ benstangenseitigen Druckraum des Differentialzylinders zuge­ führt werden kann. Ein Steuerschieber des Eilgangventils ist durch zwei Federn in einer Mittelstellung zentriert, in der al­ le drei Anschlüsse gegeneinander abgesperrt sind. Der Steuer­ kolben wird im Sinne einer Verbindung des ersten Anschlusses mit dem zweiten Anschluß von dem Druck beaufschlagt, der im kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders herrscht. In Gegenrichtung und im Sinne einer Verbindung des ersten Anschlusses mit dem dritten Anschluß wird der Steuerkol­ ben des Eilgangventils von dem Druck beaufschlagt, der in der Verbindung zwischen dem dritten Anschluß und dem schon ange­ sprochenen Verbraucheranschluß des Wegeventils ansteht. Beim Ausfahren der Kolbenstange wird das Wegeventil so geschaltet, daß über dieses von einer Hydropumpe gefördertes Druckmittel dem kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders zufließt. Bei positiver Last, d. h. bei einer Last, die dem Aus­ fahren der Kolbenstange eine Kraft entgegensetzt, baut sich in dem Druckraum ein Druck auf, der den Steuerkolben des Eilgang­ ventils im Sinne einer Verbindung von dessen ersten Anschluß mit dem zweiten Anschluß verstellt. Das aus dem kolbenstangen­ seitigen Druckraum des Differentialzylinders verdrängte Druck­ mittel fließt nun über das Eilgangventil direkt in den kolben­ stangenabseitigen Druckraum.

Sollte beim Ausfahren der Kolbenstange ein Lastwechsel statt­ finden und die Last das Ausfahren unterstützen, so wirkt das Eilgangventil als Bremsventil. Sein Steuerkolben wird in Rich­ tung Mittelstellung verstellt und drosselt den Abfluß von Druckmittel aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum an. Im kol­ benstangenabseitigen Druckraum stellt sich ein solcher Druck ein, daß die von ihm am Steuerkolben des Eilgangventils erzeug­ te Kraft der von einer Druckfeder ausgeübten Gegenkraft ent­ spricht.

Bei dem aus der DE 24 02 112 C2 bekannten hydraulischen System wird bei jedem Ausfahren der Kolbenstange des Differentialzy­ linders dessen kolbenstangenseitiger Druckraum über das Eil­ gangventil mit dem kolbenstangenabseitigen Druckraum verbunden. Es liegt also immer Eilgangschaltung vor, so daß beim Ausfahren nur der Querschnitt der Kolbenstange als Wirkfläche für den Druck zur Verfügung steht und deshalb nur entsprechend kleine Lasten bewegt werden können. Außerdem ist die Feinsteuerung der Geschwindigkeit mit Hilfe des Wegeventils erschwert.

Ein hydraulisches System mit allen Merkmalen aus dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 ist aus der DE 39 15 919 A1 bekannt. Bei diesem hydraulischen System wird die Kolbenstange des Differen­ tialzylinders in einem Schleichgang ausgefahren, wenn man das Eilgangventil in einer Ruhestellung beläßt und den Differen­ tialzylinder mit dem Wegeventil ansteuert. Über dieses Wegeven­ til fließt dann dem kolbenstangenabseitigen Druckraum des Dif­ ferentialzylinders von einer Hydropumpe gefördertes Druckmittel zu, während das aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum ver­ drängte Druckmittel über das Wegeventil zu einem Tank abfließt.

Für einen Eilgang des Differentialzylinders wird das Eilgang­ ventil betätigt. Durch eine solche Betätigung werden ein Druck­ anschluß, dem parallel zum Wegeventil von der Hydropumpe geför­ dertes Druckmittel zuführbar ist, ein erster Verbraucheran­ schluß, der mit dem kolbenstangenseitigen Druckraum des Diffe­ rentialzylinders verbunden ist, und ein zweiter Verbraucheran­ schluß, der mit dem kolbenstangenabseitigen Druckraum des Dif­ ferentialzylinders verbunden ist, miteinander verbunden. Neben dem über den Druckanschluß fließenden Druckmittel wird nun dem kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders di­ rekt auch das aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum verdräng­ te Druckmittel zugeführt. Beide Druckräume des Differentialzy­ linders sind mit jeweils einem Druckbegrenzungsventil abgesi­ chert, das auf einen Druck im Bereich von 250 bar eingestellt ist.

Das bekannte hydraulische System funktioniert einwandfrei, wenn auch in Eilgangschaltung, in der für die Abstützung einer gegen das Ausfahren der Kolbenstange wirkende Last nur die Quer­ schnittsfläche der Kolbenstange zur Verfügung steht, der Druck kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders nicht größer als der am entsprechenden Druckbegrenzungsventil eingestellte Maximaldruck sein muß. Wird bei großer und schon angehobener Last das Eilgangventil betätigt, so besteht die Ge­ fahr, daß die Last abstürzt.

Der Erfindung liegt somit das Bestreben zugrunde, ein hydrauli­ sches System mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß unabhängig von der Größe der Last, die mit dem Differentialzylinder bewegt wird und dem Ausfahren der Kolbenstange entgegenwirkt, die willkürliche Be­ tätigung des Eilgangventils ohne Gefährdung von Personen und ohne die Gefahr einer Beschädigung der Maschine möglich ist.

Dieses Ziel wird bei einem hydraulischen System mit den Merkma­ len aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch ein Rückschlagventil erreicht, das in der über das Eilgangven­ til herstellbaren Verbindung zwischen den beiden Druckräumen des Differentialzylinders angeordnet ist und vom kolbenstangen­ abseitigen Druckraum zum kolbenstangenseitigen Druckraum hin sperrt.

Der Erfindung liegt zunächst die Überlegung zugrunde, daß im Schleichgang des Differentialzylinders im kolbenstangenseitigen Druckraum Tankdruck herrscht und dem Druck im kolbenstangenab­ seitigen Druckraum die gesamte Kolbenfläche zur Verfügung steht, um eine Last abzustützen. Im Eilgang dagegen steht in beiden Druckräumen derselbe Druck an, so daß die Kolbenfläche bis auf den Querschnitt der Kolbenstange druckausgeglichen ist und der Druck im kolbenstangenabseitigen Druckraum nur auf ei­ ner Fläche, die dem Querschnitt der Kolbenstange entspricht, die Last abstützen kann. Ist die Querschnittsfläche der Kolben­ stange z. B. nur ein Drittel so groß wie die Querschnittsfläche des Kolbens, so muß der Druck im Eilgang dreimal so hoch wie im Schleichgang sein, um dieselbe Last abstützen zu können. Beim Betätigen des Eilgangventils würde nun das den kolbenstangenab­ seitigen Druckraum des Differentialzylinders absichernde Druck­ begrenzungsventil ansprechen, wenn die Last so groß ist, daß zu ihrer Abstützung im Eilgang ein über dem Einstellwert des Druckbegrenzungsventils liegender Druck im kolbenstangenabsei­ tigen Druckraum notwendig wäre. Die Last würde das Druckmittel aus diesem Kolbenraum über das Druckbegrenzungsventil verdrän­ gen und absacken. Dies wird durch das Rückschlagventil verhin­ dert. Werden durch eine Betätigung des Eilgangventils lediglich die beiden Druckräume des Differentialzylinders miteinander verbunden, ohne daß dem kolbenstangenabseitigen Druckraum Druckmittel von der Hydropumpe zugeführt wird, so verhindert das Rückschlagventil eine Verdrängung von Druckmittel aus dem kolbenstangenabseitigen Druckraum in den kolbenstangenseitigen Druckraum. In diesem bleibt deshalb Tankdruck bestehen. Die ge­ samte Kolbenfläche steht zur Abstützung der Last weiterhin zur Verfügung, so daß der Druck im kolbenstangenabseitigen Druck­ raum durch die Betätigung des Eilgangventils nicht verändert wird. Er bleibt unter dem am Druckbegrenzungsventil eingestell­ ten Wert. Wird bei einer Betätigung des Eilgangventils dem kol­ benstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders Druck­ mittel zugeführt, sei es, daß dies wie bei dem hydraulischen System nach der DE 39 15 919 A1 direkt über das Eilgangventil oder wie bei dem hydraulischen System nach der DE 24 02 112 C2 über das Wegeventil erfolgt, so steigt der Druck im kolbenstan­ genabseitigen Druckraum auf den dreifachen Wert an, solange der Druckbegrenzungsventil eingestellte Wert noch nicht erreicht wird. Die Kolbenstange fährt im Eilgang aus. Bei einer größeren Last steigt der Druck im kolbenstangenabseitigen Druckraum bis auf den am Druckbegrenzungsventil eingestellten Wert an. Dabei ist der Kolben zunächst noch etwas bewegt worden, bis sich im kolbenstangenseitigen Druckraum ein Druck eingestellt hat, der an der Ringfläche des Kolbens eine Kraft erzeugt, die zusammen mit der Last der Kraft das Gleichgewicht hält, die der im kol­ benstangenabseitigen Druckraum herrschende Druck in Höhe des am Druckbegrenzungsventil eingestellten Wertes an der Kolbenfläche erzeugt. Höher steigt der Druck im kolbenstangenseitigen Druck­ raum aufgrund des Rückschlagventils nicht an, so daß die Last gehalten wird. Der Kolben und die Kolbenstange bewegen sich nicht. Die gesamte zulaufende Druckmittelmenge wird über das Druckbegrenzungsventil abgeführt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydrauli­ schen Systems kann man den Unteransprüchen 2 bis 5 entnehmen.

Bei einer Ausführung nach Anspruch 2 ist sichergestellt, daß das Rückschlagventil nicht durch zulaufendes Druckmittel geöff­ net und dadurch eine Verbindung zwischen den beiden Druckräumen des Differentialzylinders hergestellt wird. Außerdem muß es nicht, wie bei bestimmten anderen Anordnungen notwendig, entsperrbar sein.

Die Ansprüche 3 und 4 beziehen sich darauf, wie das Rückschlag­ ventil auf einfache Weise untergebracht und in die Druckmittel­ wege eingefügt werden kann.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines hydraulischen Sy­ stems enthält der Anspruch 5. Diese Ausgestaltung ist besonders günstig, wenn während des Ausfahrens der Kolbenstange ein Last­ wechsel am Differentialzylinder auftritt, wenn also die Last über einen Teil des Weges durch Druck im kolbenstangenabseiti­ gen Druckraum geschoben werden muß und auf einem anderen Teil des Weges Kolbenstange und Kolben aus dem Gehäuse des Differen­ tialzylinders herauszieht. Für diesen Fall sieht man ein Brems­ ventil vor, über das das aus dem kolbenstangenseitigen Druck­ raum verdrängte Druckmittel zum Tank abfließen kann und das im Sinne eines Öffnens eines Querschnitts vom im kolbenstangenab­ seitigen Druckraum herrschenden Druck und im Sinne eines Schließens des Querschnitts von einer Feder beaufschlagt ist. Das Bremsventil läßt jeweils nur soviel Druckmittel aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum abfließen, daß im kolbenstan­ genabseitigen Druckraum ein der Kraft der Feder äquivalenter Druck aufrechterhalten wird. Gemäß Anspruch 5 ist nun die Feder am Bremsventil so eingestellt, daß ein ihrer Kraft äquivalenter Druck größer ist als der Druck, der der Kraft einer Feder äqui­ valent ist, die das Ventilglied des Eilgangventils im Sinne der Verbindung des kolbenstangenseitigen Druckraums mit dem Brems­ ventil beaufschlagt. Dann bestimmt im Eilgang und bei ziehender Last die Feder des Eilgangventils den Druck im kolbenstangenab­ seitigen Druckraum des Differentialzylinders, so daß das Brems­ ventil geschlossen ist und der Lastwechsel keinen Einfluß auf den Eilgang hat. Ein hydraulisches System gemäß Anspruch 5 ist auch ohne die Merkmale aus den vorhergehenden Ansprüchen schon mit Vorteilen zu verwenden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Eilgangventil zur Ver­ wendung in einem hydraulischen System mit einem Differentialzy­ linder und mit der Möglichkeit, die Kolbenstange des Differen­ tialzylinders in einem Schleichgang oder in einem Eilgang aus­ zufahren. Gemäß Anspruch 6 enthält das Eingangventil in der Verbindung zwischen einem ersten Anschluß, der zur Verbindung mit einem kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzy­ linders vorgesehen ist, und einem zweiten Anschluß, der zur Verbindung mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum des Diffe­ rentialzylinders vorgesehen ist, und die durch ein in eine Ven­ tilbohrung des Gehäuses bewegbares Ventilglied auf- und zusteu­ erbar ist, ein Rückschlagventil, das vom ersten Anschluß zum zweiten Anschluß hin sperrt. Auf diese Weise-wird das Abstürzen einer Last sicher verhindert.

Gemäß Anspruch 7 ist das Schließglied des Rückschlagventils in dem als Hohlkolben ausgebildeten Ventilglied angeordnet. Es wird somit kein zusätzlicher Bauraum benötigt.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 ist deshalb besonders vor­ teilhaft, weil die Umschaltung des Eilgangventils ohne die Er­ zeugung einer Druckspitze oder eines Druckabfalls im kolben­ stangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders erfolgen kann.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen hydrauli­ schen Systems und darin verwendeter erfindungsgemäßer Eilgang­ ventile sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 den hydraulischen Schaltplan des ersten Ausführungs­ beispiels, bei dem der Zulauf von Druckmittel von einer Hydropumpe in den kolbenstangenabseitigen Druckraum des Differentialzylinders sowohl im Eilgang als auch im Schleichgang über ein Wegeventil erfolgt,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Eilgangventil, wie es bis auf eine geringe Abänderung in der Vorsteuerung bei der Ausführung nach Fig. 1 verwendet ist, und

Fig. 3 den hydraulischen Schaltplan eines zweiten Ausführungs­ beispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Systems.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 saugt eine Konstantpumpe 10 Druckmittel aus einem Tank 11 an und gibt es in eine Zulauflei­ tung 12 ab, die zu einem Steuerblock 13 führt und durch mehrere Ventilscheiben, aus denen der Steuerblock zusammengesetzt ist, verläuft. Die Zulaufleitung 12 tritt in den Steuerblock 13 an einer Eingangsscheibe 14 ein. Der schließt sich eine Wegeven­ tilscheibe 15 mit einem Wegeventil 16 und mit einer Druckwaage 17 zur Betätigung eines oder zweier parallel zueinander ge­ schalteter Differentialzylinder 18 an. Dann folgt als Scheibe das Gehäuse 19 eines Eilgangventils 20, in Abhängigkeit von dessen Stellung der Differentialzylinder 18 in einem Schleich­ gang oder in einem Eilgang angesteuert wird. Dann folgt eine weitere Scheibe 21 mit Ventilen für die Steuerölversorgung des elektrohydraulisch betätigbaren Wegeventils 16.

Die Eingangsscheibe 14 enthält eine Bypass-Druckwaage 25, die mit ihrem Ausgang an eine durch die Scheiben hindurchführende Tankleitung 26 angeschlossen ist. Der Regelkolben 27 der Druck­ waage 25 wird in Öffnungsrichtung vom Druck in der Zulauflei­ tung 12, die ebenfalls durch alle Scheiben hindurchgeht, und in Schließrichtung von einer Druckfeder 28 und vom Lastdruck des Differentialzylinders 18 beaufschlagt. Sie läßt gerade soviel von der Konstantpumpe 10 gefördertes Druckmittel von der Zu­ laufleitung 12 in die Tankleitung 26 abfließen, daß der Druck in der Zulaufleitung 12 um eine der Kraft der Druckfeder 28 äquivalente Druckdifferenz über dem in Schließrichtung auf den Regelkolben 27 wirkenden Lastdruck liegt. Die Druckwaage 25 ist an eine sogenannte Lastmeldeleitung 30 angeschlossen. Der auf Regelkolben in Richtung "Schließen" wirkende Druck wird durch ein Druckbegrenzungsventil 31 auf einen Höchstwert be­ grenzt, so daß auch der Druck in der Zulaufleitung 12 begrenzt ist.

Das Wegeventil 16 besitzt als Arbeitsanschlüsse einen Druckan­ schluß 31, dem zur Zuleitung 12 hin die Druckwaage 17 vorge­ schaltet ist, einen Tankanschluß 32, der mit der Tankleitung verbunden ist, einen Verbraucheranschluß 33, von dem aus Kanäle 34 und 35 in den Scheiben 15 und 19 sowie eine Leitung 36 zu einem kolbenstangenabseitigen Druckraum 37 des Differentialzy­ linders 18 führen, und einen Verbraucheranschluß 38, der mit einem Anschluß 39 des Eilgangventils 20 verbunden ist. Das We­ geventil 16 besitzt außerdem eine Lastmeldekammer 40, die in der Mittelstellung des Wegeventilkolbens 22 mit dem Tankan­ schluß 32 und in einer seitlichen Arbeitsstellung des Wegeven­ tilkolbens jeweils über eine Düse 41 mit dem Verbraucheran­ schluß 33 bzw. mit dem Verbraucheranschluß 38 verbunden ist. Der in der Lastmeldekammer 40 anstehende Lastdruck wirkt zusam­ men mit einer Druckfeder 42 in Öffnungsrichtung auf den Regel­ kolben der Druckwaage 17, während der Druck stromauf einer in einer seitlichen Arbeitsstellung geöffneten Meßblende 43 des Wegeventils den Regelkolben in Schließrichtung beaufschlagt. Außerdem gelangt der Lastdruck von der Lastmeldekammer 40 in die Lastmeldeleitung 30 und von dort zur Bypass-Druckwaage 25 und zum Druckbegrenzungsventil 31.

In das Wegeventil 16 ist für jede seitliche Arbeitsstellung des Wegeventilkolbens 22 jeweils noch ein Bremsventil 44 bzw. 45 integriert, das jeweils im Ablaufströmungspfad von einem Ver­ braucheranschluß 33 bzw. 38 zum Tankanschluß 32 des Wegeventils 16 liegt. Das Bremsventil 44 wird in Öffnungsrichtung von dem Druck im Verbraucheranschluß 38 und das Bremsventil 45 in Öff­ nungsrichtung von dem Druck im Verbraucheranschluß 33 beauf­ schlagt. In Schließrichtung der Bremsventile 44 und 45 wirkt jeweils eine Druckfeder 46, deren Kraft ein Druck von z. B. 30 bar in den Verbraucheranschlüssen äquivalent ist.

Der Wegeventilkolben 22 ist in einer Mittelstellung, in der al­ le Arbeitsanschlüsse gegeneinander abgesperrt sind, federzen­ triert. Mithilfe von elektromagnetisch betätigbaren Pilotventi­ len 47 und 48 kann er nach entgegengesetzten Richtungen in eine Arbeitsstellung verstellt werden. Die Pilotventile 47 und 48 sind beim Ausführungsbeispiel Schaltventile, so daß der Wege­ ventilkolben 22 nach jeder Richtung hin jeweils eine einzige Arbeitsstellung einnimmt. Als Pilotventile können jedoch auch elektrohydraulisch proportional verstellbare Druckreduzierven­ tile verwendet werden, so daß eine proportionale Verstellung des Wegeventilkolbens 22 und ein proportionales Öffnen der Meß­ blenden 43 möglich ist. Im Hinblick auf die Ausgestaltung einer Wegeventilscheibe 15 wird hier ausdrücklich auf die ältere deutsche Patentanmeldung 196 51 967.5 der Anmelderin hingewie­ sen. In die Wegeventilscheibe 15 sind noch zwei Druckbegren­ zungsventile 55 und 56 eingebaut, von denen das Druckbegren­ zungsventil 55 mit seinem Eingang an den Verbraucheranschluß 33 und das Druckbegrenzungsventil 56 mit seinem Eingang an den Verbraucheranschluß 38 angeschlossen ist. Beide Druckbegren­ zungsventile sind auf einen Höchstdruck von z. B. 250 bar einge­ stellt.

Das Gehäuse 19 des Eilgangventils 20 besitzt einen ersten Au­ ßenanschluß 60, von dem aus die Leitung 36 zum kolbenstangenab­ seitigen Druckraum 37 des Differentialzylinders 18 führt, und einen zweiten Außenanschluß 61, von dem eine Leitung 62 zum kolbenstangenseitigen Druckraum 63 des Differentialzylinders 18 gelegt ist. Der dritte Anschluß 39 ist ein interner Anschluß, der durch einen Kanal gebildet wird, der von einer an der Wege­ ventilscheibe 15 anliegenden Seitenfläche des Gehäuses 19 aus­ geht.

Durch das Gehäuse 19 geht eine Ventilbohrung 64 hindurch, die von drei axial beabstandeten Steuerkammern 65, 66 und 67 umge­ ben ist. Die Steuerkammer 65 ist über eine leicht schräg ge­ stellte Bohrung 68 mit dem Außenanschluß 60 und über eine senk­ recht zur Schnittebene verlaufende Bohrung 69 mit dem Kanal 34 der Wegeventilscheibe 15 verbunden. Die Steuerkammer 66 steht über eine Bohrung 70 mit dem Außenanschluß 61 in Verbindung. In die dritte Steuerkammer 67 schließlich mündet der Kanal 39, der als dritter, allerdings interner Anschluß des Eilgangventils 20 betrachtet wird.

In der Ventilbohrung 64 ist ein Steuerkolben 75 axial ver­ schiebbar, der von einer sich in einem Federraum 79 befindli­ chen Schraubendruckfeder 76 in Richtung einer Endlage beauf­ schlagt wird, in der die beiden Steuerkammern 66 und 67 über eine Ringnut 77 des Steuerkolbens 75 weit offen miteinander verbunden sind. Die von der Schraubendruckfeder 76 ausübbare Kraft ist einstellbar. An der der Schraubendruckfeder 76 abge­ wandten Stirnseite des Regelkolbens befindet sich eine Druck­ kammer 78. In dem Schaltplan nach Fig. 1 ist diese Druckkammer dauernd mit dem Außenanschluß 60 verbunden. Der Federraum 79, in dem sich die Schraubendruckfeder 76 befindet, ist über eine Düse 80 ebenfalls mit dem Außenanschluß 60 verbunden. Außerdem ist an dem Federraum 79 ein 2/2-Wege-Pilotventil 81 angeschlos­ sen, das unter der Wirkung einer Druckfeder eine Sperrstellung einnimmt und durch Ansteuern eines Elektromagneten 82 in eine Durchgangsstellung gebracht werden kann, in der der Federraum 79 zur Tankleitung 26 hin entlastet ist. In der Variante nach Fig. 2 ist der Federraum 79 dauernd mit der Tankleitung 26 verbunden. Die Druckkammer 78 ist über die Düse 80 mit der Tan­ kleitung 26 verbunden und kann mit Hilfe des Pilotventils 81 mit dem im Außenanschluß 60 herrschenden Druck beaufschlagt werden. Unabhängig von der jeweiligen Variante wird nach dem Schalten des Pilotventils 81 der Steuerkolben 75 von dem in der Druck­ kammer 78 herrschenden Druck gegen die Kraft der Schrauben­ druckfeder 76 belastet. Diese ist so eingestellt, daß ein Druck von etwa 10 bar genügt, um den Steuerkolben 75 gegen die Feder bewegen.

Dieser Druck ist kleiner als der Druck, der zur Verstellung des Bremsventils 45 gegen die Druckfeder 46 notwendig ist.

Der Steuerkolben 75 ist teilweise als Hohlkolben ausgebildet, in den von der der Feder 76 abgewandten Stirnseite her ein Sackloch 83 eingebracht ist, das in einem gewissen Abstand vor der Ringnut 77 endet. Durch einen ersten Stern von vier Radial­ bohrungen 84 in der Nähe des Endes des Sacklochs 83, das im üb­ rigen durch eine Verschlußschraube 89 dicht verschlossen ist, besteht eine erste Verbindung zwischen dem Sackloch und der Au­ ßenseite des Steuerkolbens 75. Eine zweite Verbindung zwischen dem Sackloch und der Außenseite des Steuerkolbens wird in einem größeren Abstand vom Ende des Sacklochs durch einen zweiten Stern von Radialbohrungen 85 gebildet. In der einen durch die Feder 76 bewirkten Endlage des Steuerkolbens 75 sind die Ra­ dialbohrungen 84 durch einen Gehäusesteg zwischen den beiden Steuerkammern 65 und 66 verschlossen, während die Radialbohrun­ gen 85 zur Steuerkammer 65 hin offen sind. Im Bereich axial zwischen den Radialbohrungen 84 und 85 verjüngt sich das Sack­ loch 83 konisch und bildet dort einen Sitz für das Schließglied 86 eines Rückschlagventils 87. Das Schließglied wird in Rich­ tung auf seinen Sitz von einer schwachen Druckfeder 88, die zwischen ihm und der das Sackloch verschließenden Verschluß­ schraube 89 eingespannt ist, sowie von dem Druck, der in der Steuerkammer 65 herrscht und über eine kleine Querbohrung 90 und eine Axialbohrung 91 im Schließglied in den die Druckfeder 88 aufnehmenden Federraum geführt ist, beaufschlagt. Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, ist der axiale Abstand der Radialboh­ rungen 84 zur Steuerkammer 66 kleiner als der axiale Abstand der einen Stirnwand der Ringnut 77 von dem zwischen den beiden Steuerkammern 66 und 67 stehenden Gehäusesteg, so daß die Ra­ dialbohrungen 84 eher zur Steuerkammer 66 geöffnet werden als diese zur Steuerkammer 67 hin verschlossen wird.

Es sei zunächst angenommen, daß sich alle Ventile in den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellungen befinden. Der Differen­ tialzylinder 18 sei von einer Last beaufschlagt, die die Kol­ benstange 8 und den Kolben 9 in Richtung "Einfahren" belastet. Dementsprechend herrscht im Druckraum 37 ein der Belastung durch die Last entsprechender Druck. Wird nun der Elektromagnet 62 angesteuert und dadurch das Pilotventil 81 umgeschaltet, kann der Lastdruck, der auch am Außenanschluß 60 des Eilgang­ ventils ansteht, den Steuerkolben 75 in seine andere Endlage bringen. Dies hat jedoch keinen gravierenden Einfluß auf die Verhältnisse zur Folge, da das Rückschlagventil 87 verhindert, daß Druckmittel aus dem Druckraum 37 in den Druckraum 63 des Differentialzylinders 18 verdrängt wird. Der Druck im Druckraum 37 steigt deshalb nicht an, so daß auch bei großer Last das Druckbegrenzungsventil 55 nicht anspricht. Es fließt nur eine geringe Menge Steueröl aus dem Druckraum 37 über die Düse 80 und das Pilotventil 81 in die Tankleitung 26 weg, so daß die Kolbenstange 8 ganz langsam einfährt. Ein Absturz der Last, der Personen gefährden und die Maschine, zu der das hydraulische System gehört, beschädigen könnte, findet nicht statt.

Es sei nun angenommen, daß Kolben und Kolbenstange langsam aus­ gefahren werden sollen. Es wird das Pilotventil 47 des Wegeven­ tils 16 geschaltet, so daß dessen Kolben 22 in eine Position gelangt, in der der Druckanschluß 31 über die Meßblende 43 mit dem Verbraucheranschluß 33 und der Verbraucheranschluß 38 über das Bremsventil 45 mit dem Tankanschluß 32 verbunden ist. Dem Druckraum 37 des Differentialzylinders 18 wird dann von der Pumpe 10 gefördertes Druckmittel zugeführt, während das aus dem Druckraum 63 verdrängte Druckmittel über das Eilgangventil 20 und das Wegeventil 16 mitsamt dem Bremsventil 45 zur Tanklei­ tung 26 und zum Tank 11 abströmt. Wird nun das Eilgangventil durch Umschalten des Pilotventils 81 in seine zweite Stellung gebracht, in der die Radialbohrungen 84 zum Außenanschluß 61 offen sind, so steigt der Druck im Druckraum 63 beim weite­ ren Verfahren des Kolbens 9 an, bis er leicht über dem Druck im Druckraum 37 liegt. Er vermag dann das Rückschlagventil 87 zu öffnen, so daß das Druckmittel, das aus dem Druckraum 63 ver­ drängt wird, über das Eilgangventil 20 direkt in den Druckraum 37 strömen kann. Allerdings hat sich nun das ganze Druckniveau deutlich erhöht. Effektive Wirkfläche für den Druck im Druck­ raum 37 ist nämlich nun nur noch die Querschnittsfläche der Kolbenstange 8. Ist deren Querschnittsfläche z. B. nur ein Drit­ tel so groß wie die Querschnittsfläche des Kolbens 9, so ist für die Bewegung derselben Last wie im Schleichgang nun ein dreifach höherer Druck notwendig. Solange dieser Druck nicht den am Druckbegrenzungsventil 55 eingestellten Wert erreicht, wird nun die Kolbenstange 8 im Eilgang ausgefahren. Ändert sich dabei die Richtung der Belastung durch die Last, so daß diese nun die Kolbenstange 8 aus dem Gehäuse des Differentialzylin­ ders 18 herauszuziehen sucht, fällt der Druck im Druckraum 37 und damit auch am Außenanschluß 60 und in der Druckkammer 78 des Eilgangventils 20 ab. Die Feder 76 vermag es nun, den Steu­ erkolben 75 des Eilgangventils in Richtung seiner in Fig. 2 gezeigten Endlage zu verschieben, so daß der Öffnungsquer­ schnitt zwischen der Steuerkammer 66 und den Radialbohrungen 84 verringert und der Abfluß von Druckmittel aus dem Druckraum 63 des Differentialzylinders 18 angedrosselt wird. Es stellt sich ein Zustand ein, in dem die Abdrosselung gerade so stark ist, daß im Druckraum 37 ein Druck aufrechterhalten wird, der der Kraft der Feder 76 äquivalent ist, also im Bereich von 10 bar liegt. Ein dabei bestehender Öffnungsquerschnitt zwischen den Steuerkammern 66 und 67 des Eilgangventils 20 hat keinen Ein­ fluß, da der Abfluß von Druckmittel über das Wegeventil 16 durch das Bremsventil 45 verhindert ist. Der Druck von 10 bar im Druckraum 37 des Differentialzylinders 18 vermag es nämlich nicht, das Bremsventil 45 gegen die Kraft der Druckfeder 46, die erst von einem Druck im Bereich von 30 bar überwunden wird, zu öffnen. Somit bleibt auch nach einem Lastwechsel der Eilgang erhalten.

Es sei noch einmal der Fall einer positiven Last, also einer Last, die die Kolbenstange und den Kolben 9 in Richtung "Einfahren" belastet, betrachtet. Ist diese Last so groß, daß zu ihrer Bewegung im Eilgang im Druckraum 37 ein Druck herr­ schen müßte, der größer als der am Druckbegrenzungsventil 55 eingestellte Druck ist, so bleibt der Kolben 9 stehen, wenn das Ventil 20 in seine Eilgangstellung geschaltet wird. Es erfolgt wiederum kein Absturz, da das Rückschlagventil 87 verhindert, daß der Druck im Druckraum 63 genau so groß wie der Druck im Druckraum 37 des Differentialzylinders 18 wird. Es stellt sich vielmehr im Druckraum 63 ein Druck ein, der an der Ringfläche des Kolbens 9 eine Kraft erzeugt, die zusammen mit der Last ei­ ne solche Gesamtkraft ergibt, die genau so groß wie die Kraft ist, die von dem im Druckraum 37 herrschenden Druck in Höhe von 250 bar an der Querschnittsfläche des Kolbens 9 erzeugt wird. Ist z. B. in der Schleichgangschaltung im Druckraum 37 ein Druck von 90 bar notwendig, um die Last zu halten, so wird bei der Schaltung in den Eilgang der Druck im Druckraum 37 entsprechend der Einstellung des Druckbegrenzungsventils 55 auf 250 bar an­ steigen. Der Druck im Druckraum 63 wird durch geringes Ver­ schieben des Kolbens nach Schalten des Eilgangs auf 240 bar an­ steigen, ehe der Kolben 9 stehenbleibt. Er bewegt sich anders als in dem Fall, in dem nur das Eilgangventil, jedoch nicht das Wegeventil betätigt ist, nicht zurück, da das über die Düse 80 abfließende Steueröl von der Hydropumpe 10 ersetzt wird.

Die Pilotventile 48 und 81 kann man elektrisch so verriegeln, daß das Pilotventil 81 nicht betätigt werden kann, wenn das Pi­ lotventil 48 betätigt ist. Dann wird beim Einfahren der Kolben­ stange und negativer Last, die die Kolbenstange einzuschieben sucht, ein Absturz der Last verhindert.

Dem hydraulischen System nach Fig. 3 liegt keine Load-sensing-Steuerung, sondern eine Drosselsteuerung zugrunde. Es weist dementsprechend ein 6-Wegeventil 95 mit einem Umlaufkanal 96 auf, der durch den gesamten Steuerblock 13 hindurchgeht. Außer den im Umlaufkanal liegenden Anschlüssen besitzt dieses Wege­ ventil wie das Wegeventil nach Fig. 1 einen Druckanschluß 31, einen Tankanschluß 32 sowie einen Verbraucheranschluß 33, der direkt mit dem kolbenstangenabseitigen Druckraum 37 eines Dif­ ferentialzylinders 18 verbunden ist, und einen Verbraucheran­ schluß 38, der direkt mit dem kolbenstangenseitigen Druckraum 63 des Differentialzylinders 18 verbunden ist. Außerdem liegen zwei Druckbegrenzungsventile 55 und 56 mit ihren Eingängen am Verbraucheranschluß 33 bzw. am Verbraucheranschluß 38. Der Druckanschluß 31 ist mit einer durch den Steuerblock 13 hin­ durchgeführten Zulaufleitung 12 verbunden, während der Tankan­ schluß 32 in Verbindung mit einer durch den Steuerblock 13 füh­ renden Tankleitung 26 steht. Genauso wie das Wegeventil 95 be­ sitzt ein Eilgangventil 97 einen Druckanschluß 31, einen Tank­ anschluß 32 sowie einen Verbraucheranschluß 33 und einen Ver­ braucheranschluß 38. Der Druckanschluß 31 ist mit der Zuleitung 12, der Tankanschluß 32 mit der Tankleitung 26 und der Verbrau­ cheranschluß 33 mit dem Druckraum 37 des Differentialzylinders 18 verbunden. In einer Leitung, die vom Verbraucheranschluß 97 des Eilgangventils zu der Fluidverbindung zwischen dem Verbrau­ cheranschluß 38 des Wegeventils und dem kolbenstangenseitigen Druckraum 63 des Differentialzylinders 18 führt, ist ein Rück­ schlagventil 87 angeordnet, das zum Verbraucheranschluß 38 des Eilgangventils 97 hin öffnet. Das Eilgangventil nimmt unter der Wirkung einer Druckfeder 98 eine Ruheposition ein, in der der Umlaufkanal 96 zur Tankleitung 26 hin offen ist und die vier Anschlüsse 31, 32, 33 und 38 gegeneinander abgesperrt sind. Das Eilgangventil kann durch elektrohydraulische Betätigung in eine zweite Stellung gebracht werden, in der intern die beiden Ver­ braucheranschlüsse 33 und 38 und der Druckanschluß 31 miteinan­ der verbunden sind. Sollte nun in dieser Eilgangschaltung zur Bewegung der Last im Druckraum 37 ein Druck notwendig sein, der über dem am Druckbegrenzungsventil 55 eingestellten Wert liegt, so verhindert das Rückschlagventil 87 einen Absturz der Last.

Der Druck im Druckraum 63 wird aufgrund des Rückschlagventils 87 nicht genau so groß wie der Druck im Druckraum 37, sondern nimmt wiederum einen Wert an, daß er an der dem Druckraum 63 zugewandten Ringfläche des Kolbens 9 eine Kraft erzeugt, die zusammen mit der Last der Druckkraft das Gleichgewicht hält, die der im Druckraum 37 herrschende Druck in Höhe von 250 bar der Kolbenfläche erzeugt.

Claims (8)

1. Hydraulisches System mit einem Differentialzylinder (18) mit Kolbenstange (8) und Kolben (9), der einem kolbenstan­ genseitigen Druckraum (63) und einen kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) voneinander trennt,
mit einem Wegeventil (16, 95) mit zwei Verbraucheranschlüssen (33, 38), über die die beiden Druckräume (37, 63) des Differen­ tialzylinders (18) wechselweise mit einer Druckmittelquelle (10) und mit einem Tank (11) verbindbar sind,
mit einem willkürlich betätigbaren Eilgangventil (20, 97), über das unabhängig vom Wegeventil (16, 95) der kolbenstangenseitige Druckraum (63) mit dem kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) des Differentialzylinders (18) verbindbar ist, und mit einem Druckbegrenzungsventil (55) zur Druckabsicherung des kolben­ stangenabseitigen Druckraums (37), gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (87), das in der über das Eilgangventil (20, 97) herstellbaren Verbindung zwischen den beiden Druckräumen (37, 63) des Differentialzylinders (18) angeordnet ist und vom kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) zum kolbenstangenseitigen Druckraum (63) hin sperrt.

2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rückschlagventil (87) außerhalb eines zum kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) des Differentialzylin­ ders (18) führenden ersten Druckmittelweges (34, 35, 36) in ei­ nem vom Eilgangventil (20, 97) auf- und zusteuerbaren Druckmit­ telpfad (83, 84, 85) angeordnet ist, der zwischen dem ersten Druckmittelweg (34, 35, 36) und einem zweiten Druckmittelweg (62) verläuft, über den ein Druckmittelfluß von der Druckmit­ telquelle (10) zum kolbenstangenseitigen Druckraum (63) des Differentialzylinders (18) stattfindet.

3. Hydraulisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eilgangventil (20) ein Gehäuse (19) aufweist und daß sich in dem Gehäuse (19) auch das Rückschlag­ ventil (87) befindet.

4. Hydraulisches System nach den Ansprüchen 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Druckmittelweg (34, 35, 36) durch das Gehäuse (19) des Eilgangventils (20) führt und der auf- und zusteuerbare Druckmittelpfad (83, 84, 85) innerhalb des Gehäuses (19) vom ersten Druckmittelweg (34, 35, 36) ab­ zweigt.

5. Hydraulisches System, insbesondere nach einem vorherge­ henden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Eilgangventil (20) einen mit dem kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) des Differentialzylinders (18) verbundenen ersten Anschluß (60), einen mit dem kolbenstangenseitigen Druckraum (63) des Diffe­ rentialzylinders (18) verbundenen zweiten Anschluß (61) und ei­ nen mit dem Wegeventil (16) verbundenen dritten Anschluß (39) aufweist, daß das Eilgangventil (20) ein bewegbares Ventilglied (75) besitzt, das im Sinne der Verbindung des zweiten Anschlus­ ses (61) mit dem dritten Anschluß (39) von einer ersten Feder (76) beaufschlagt und im Sinne der Verbindung des zweiten An­ schlusses (61) mit dem ersten Anschluß (60) vom Druck im kol­ benstangenabseitigen Druckraum (37) beaufschlagbar ist, daß in einem Druckmittelablaufpfad zwischen einem mit dem dritten An­ schluß (39) des Eilgangventils (20) verbundenen Verbraucheran­ schluß (38) des Wegeventils (16) und dem Tank (11) ein Brems­ ventil (45) mit einem Bremsventilglied angeordnet ist, das im Sinne eines Öffnens des Druckmittelablaufpfades vom im kolben­ stangenabseitigen Druckraum (37) herrschenden Druck beauf­ schlagbar und im Sinne eines Schließens des Druckmittelablauf­ pfades von einer zweiten Feder (46) beaufschlagt ist, und daß die beiden Federn (46, 76) so ausgelegt sind, daß am Bremsven­ tilglied bei einem höheren Druck ein Kräftegleichgewicht be­ steht als am Ventilglied (75) des Eilgangventils (20).

6. Eilgangventil zur Verwendung in einem hydraulischen Sy­ stem nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich­ net, daß es ein Gehäuse (19) mit einem ersten Anschluß (60) zur Verbindung mit einem kolbenstangenabseitigen Druckraum (37) ei­ nes Differentialzylinders (18) und mit einem zweiten Anschluß (61) zur Verbindung mit einem kolbenstangenseitigen Druckraum (63) des Differentialzylinders (18) aufweist, daß durch ein in einer Ventilbohrung (64) des Gehäuses (19) bewegbares Ventil­ glied (75) eine Verbindung zwischen dem ersten Anschluß (60) und dem zweiten Anschluß (61) auf- und zusteuerbar ist und daß in der Verbindung ein Rückschlagventil (87) angeordnet ist, das vom ersten Anschluß (60) zum zweiten Anschluß (61) hin sperrt.

7. Eilgangventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied ein Hohlkolben (75) mit einem Hohlraum (83) ist, in den in einem axialen Abstand voneinander jeweils minde­ stens eine Radialbohrung (84, 85) mündet, daß über den Hohlraum (83) und die Radialbohrungen (84, 85) der erste Anschluß (60) mit dem zweiten Anschluß (61) verbindbar ist und daß in dem Hohlraum (83) in axialer Richtung beweglich ein Schließglied (86) des Rückschlagventils (87) angeordnet ist, das sich in ei­ ner Schließposition mit einer Schließkante zwischen den axial voneinander beabstandeten Radialbohrungen (84, 85) befindet.

8. Eilgangventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen dritten Anschluß (39) zur Verbindung mit einem Wegeventil (16) aufweist, daß durch das Ventilglied (75) eine Verbindung des dritten Anschlusses (39) mit dem zweiten Anschluß (61) auf- und zusteuerbar ist und daß bei einer Ver­ stellung des Ventilglieds (75) von einer Position, in der der zweite Anschluß (61) mit dem dritten Anschluß (39) verbunden und vom ersten Anschluß (60) getrennt ist, in eine Position, in der der zweite Anschluß (61) vom dritten Anschluß (39) getrennt und mit dem ersten Anschluß (60) verbunden ist, zuerst die Ver­ bindung zwischen dem ersten Anschluß (60) und dem zweiten An­ schluß (61) geöffnet und danach die Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß (61) und dem dritten Anschluß (39) getrennt wird.