DE19745831B4 - Anordnung zur hydraulischen Verknüpfung von Richtungsventilen mit Proportionalventilen für mobile und stationäre Anwendungen - Google Patents
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Abstract
Anordnung
zur hydraulischen Verknüpfung
von Richtungsventilen (6) mit Proportionalventilen (1.1) für mobile
und stationäre
Anwendungen, wobei mehrere Proportionalventile (1.1) über eine
Wechselventilkette (1) in einer Gruppe zusammenfaßbar sind
und ein gemeinsamer Laststeuerkanal (2), ein Tankkanal (3), eine Druckleitung
(30) sowie eine Eingangsdruckwaage (7) vorgesehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Laststeuerkanal (2) in Strömungsrichtung
durch die Richtungsventile (6) der Reihe nach hindurchgeführt ist
und am Ausgang des letzten Richtungsventils (6) der Reihe in den
Tankkanal (3) mündet,
und daß bei
Betätigung
mindestens eines der Richtungsventile (6) die Verbindung des Laststeuerkanals (2)
zum Tank (31) unterbrochen wird, wodurch sich der am Laststeuerkanal
(2) anstehende Druck der Druckleitung (30) über die Wechselventilkettenverbindung
an der Eingangsdruckwaage (7) aufbaut.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur hydraulischen Verknüpfung von Richtungsventilen mit Proportionalventilen für mobile und stationäre Anwendungen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Eine derartige Anordnung ist aus der nachveröffentlichten
DE 197 15 021 A1 bekannt. -
DE 38 21 348 A1 zeigt eine Anordnung mit mehreren Richtungsventilen, die zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Jedes Richtungsventil ist an eine Druckleitung und an eine Tankleitung angeschlossen, wobei die Druckleitung über eine geregelte Pumpe mit Druck versorgt wird. Jedes Richtungsventil weist einen Laststeuerausgang auf, der über eine Wechselventilkette mit einer Steuereinrichtung für die Regelung der Pumpe verbunden ist. -
DE 40 05 967 A1 zeigt eine weitere Anordnung mit mehreren zusammengebauten Richtungsventilen, deren Druckeingänge mit einer Verstellpumpe verbunden sind. Jedem Richtungsventil ist ein Drosselventil nachgeschaltet. Der Ausgang eines jeden Drosselventils ist mit dem Verbraucher verbindbar. Der Ausgang ist ebenfalls über eine Wechselventilkette mit einer Steuereinrichtung der Verstellpumpe verbunden. - Richtungsventile einfacher Bauart haben in Neutralstellung eine Verbindung von der Hydraulikpumpe zum Tank durch entsprechend ausgebildete Kanäle. Werden mehrere dieser Richtungsventile zu einer Richtungsventilgruppe zusammengefasst, so wird das hydraulische Medium in Neutralstellung aller Ventile nach Art einer Reihenschaltung durch diese Ventile hindurchgeführt und am Ende, d. h. richtungsventilgruppen-ausgangsseitig in den Tankkanal geleitet. Hierbei entsteht ein Druckverlust. Einfache Richtungsventile werden bevorzugt zur Steuerung von Verbraucherbewegungen mit geringen Anforderungen an Feinfühligkeit, Positionierung, Geschwindigkeitssteuerung und Proportionalität eingesetzt. Anwendungsmöglichkeiten sind z. B. Stützbeine, Verriegelungen, Klappen, Klemmungen und dergleichen. Richtungsventile sind üblicherweise kleinbauend und preiswert im Vergleich zu Proportionalventilen.
- Proportionalventile besitzen eingangsseitig eine über ein Laststeuersystem beeinflussbare federbelastete Druckwaage, die in Neutralstellung über das Laststeuer(LS)-System belastet ist und damit bei Verwendung von Konstantpumpen die Verbindung von Pumpe zum Tank herstellt bzw. bei Einsatz von variablen Pumpen die Fördermenge gegen Null bringt. Oben beschriebene Proportionalventile werden in der Mobilhydraulik bevorzugt dort eingesetzt, wo Lasten unabhängig von den herrschenden Drücken feinfühlig bewegt, beschleunigt und abgebremst, d.h. genau positioniert werden müssen. Ebenso findet ein Einsatz dann statt, wenn Verbrauchergeschwindigkeiten lastunabhängig gesteuert werden müssen. Typische Beispiele hierfür sind Krane, Lifte, Stapler, Erdbewegungs- und Baumaschinen, Hubarbeitsbühnen, Forstmaschinen und dergleichen.
- Aufgrund der besonderen Anforderungen sind Proportionalventile bauraumseitig größer ausgebildet und wesentlich teurer im Vergleich zu den Richtungsventilen.
- Bekanntermaßen wird jede der beiden beschriebenen Ventilarten in Mehrfachausführung als Ventilgruppe verwendet, d.h. in Monoblock- oder Modulbauweise ausgeführt. Die Anzahl der in einer Gruppe zusammengefaßten Ventile richtet sich nach der Anzahl der an der Maschine benötigten Verbraucher.
- Üblicherweise erfordern hydraulisch betätigte Maschinen zur Steuerung einzelner Verbraucher Proportionalventile, während zur Steuerung anderer Verbraucher einfache Richtungsventile ausreichend sind.
- Eine hydraulische oder bauliche Verknüpfung beider Ventilarten scheiterte bisher daran, daß bei Betätigung eines Richtungsventils kein verwertbares Signal für die Eingangsdruckwaage eines Proportionalventils ableitbar war.
- Es wurden zwar Lösungen bekannt, die bei Betätigung einen hydraulischen Signaldruck an die Eingangsdruckwaage der Proportionalventilgruppe abgeben, eine Entlastung derselben in Neutralstellung aller Ventile jedoch nicht gewährleisten. Hierfür ist meist eine festinstallierte Düse vom LS-System in Richtung Tankkanal erforderlich, was in den Arbeitsphasen zu einem permanenten Leistungsverlust führt.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Verknüpfungsanordnung anzugeben, wobei einfache Richtungsventile mit minimalem zusätzlichen Kostenaufwand und ohne Veränderung ihrer Baugröße so auszugestalten sind, daß eine bauliche Einheit mit Proportionalventilen unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik herstellbar ist.
- Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
- Erfindungsgemäß ist im einzusetzenden Richtungsventil eine Einrichtung vorgesehen, welche bei Betätigung die Verbindung der Eingangsdruckwaage zum Tankkanal schließt und die eine Verbindung der Eingangsdruckwaage mit dem Pumpenkanal herstellt, wobei die hydraulische Verbindung so gestaltet ist, daß die eigentlichen hydraulischen Leistungs- und Funktionsmerkmale der kombinationsartig zusammengefaßten Ventile nicht verändert wird und dort, wo besonders zweckmäßig, eine bauliche Einheit beider Ventile in kostengünstiger Weise erreichbar ist.
- Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird der LS-Kanal, der bei an sich bekannten Proportionalventilgruppen nach dem in Strömungsrichtung letzten Ventil in den Tankkanal mündet, weitergeführt, beispielsweise in Form einer externen Leitung oder durch eine Verbindungszwischenplatte mit entsprechenden Bohrungen. Dieses Weiterführen geschieht derart, daß der LS-Kanal durch alle Richtungsventile gelangt und danach in den Tankkanal mündet, wobei bei Betätigung eines der Richtungsventile zunächst die Verbindung vom LS-Kanal zum Tankkanal unterbrochen wird und gleichzeitig oder zeitlich versetzt der LS-Kanal mit der Druckleitung in Verbindung gelangt, so daß die Eingangsdruckwaage über eine an sich bekannte Wechselventilkette vom in der Druckleitung herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die oben erwähnte Verbindung durch eine externe Leitung gebildet oder umfaßt eine die Ventile gleichzeitig baulich vereinende, Bohrungen aufweisende spezielle Zwischenplatte.
- Die Richtungsventile gehen von einem an sich bekannten Gehäuse mit Bohrung zur Aufnahme eines axial verschieblichen Kolbens aus, wobei vorzugsweise mittig zwischen den Druckleitungskanalöffnungen im Gehäuse eine weitere Durchgangsöffnung zur Führung des LS-Kanals angeordnet ist und der Kolben einen Steuerdurchgang aufweist.
- Weiterhin besitzt der bewegliche Kolben des oder der Richtungsventile einen am Umfang nahezu in der Mitte der Steuerlänge angeordneten Einstich, welcher mit einer Längskerbe den erwähnten Steuerdurchgang bildet.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Verbindungsbereich zwischen Richtungs- und Proportionalventilen bzw. derartigen Ventilgruppen zwischen dem Tankkanal und dem LS-Kanal ein Pilotventil zur Druckbegrenzung anordenbar. Ebenfalls zur Druckbegrenzung, speziell der Richtungsventilgruppe oder mindestens eines der Richtungsventile ist in der Druckleitungszuführung eine Blende vorgesehen, so daß auf unterschiedliche Lasten oder Verbrauchercharakteristika reagiert werden kann.
- Das Eingangsmodul der Proportionalventilgruppe kann hinsichtlich der Eingangsdruckwaage und deren Ansteuerung so modifiziert werden, daß ein Mitteleinlaß-Wechselventil vorgesehen ist, welches das Verhältnis zwischen Pumpensignal und Lastsignal regelt. Auch in diesem Falle kann ergänzend ein Pilotventil zur Drucksteuerungsbegrenzung vorgesehen sein.
- Mittels der Erfindung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß in einer Kombinationsanordnung für untergeordnete Verbrauchersteuerungen preiswerte Richtungsventile einsetzbar sind. Wirkungsgradseitig ergibt sich der Vorteil, daß bei Verwendung von Konstantpumpen in Neutralstellung aller Ventile der Druckverlust ausschließlich durch die federbelastete Eingangsdruckwaage verursacht wird. Die Richtungsventile werden in Neutralstellung aller übrigen Ventile nicht durchströmt, wie dies bei herkömmlichen Reihenschaltungen ansonsten der Fall ist. Bekannte Richtungsventile können durch einfache Umbaumaßnahmen im Sinne der erwähnten Durchgangsbohrungen sowie Modifizierungen des Kolbens Verwendung finden, was unter dem Standardisierungsaspekt weitere Vorteile bietet. Dadurch, daß Proportionalventile und Richtungsventile nebeneinander betrieben werden können, wobei das zentrale Organ ein passives und ein aktives Signal vom Richtungsventil bekommt, ist sowohl das gewünschte feinfühlige Bewegen und genaues Positionieren als auch das Ausführen untergeordneter Bewegungen geringerer Präzision möglich. Die Anfertigung von Sondermodulen kann entfallen, da, wie oben erwähnt, auf standardisierte Baugruppen zurückgegriffen werden kann.
- Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
- Hierbei zeigen:
-
1a ,1b hydraulische Prinzipschaltbilder der Kombinationsanordnung mit hydraulischer Verknüpfung von Richtungsventilen und Proportionalventilen; -
2a ,2b eine seitliche Schnittdarstellung sowie Querschnittdarstellung eines modifizierten Richtungsventils und -
3 eine Zusammenschaltung mehrerer modifizierter Richtungsventile mit angedeutetem Strömungsweg. - Wie anhand der
1a und1b zu erkennen, wird beim Ausführungsbeispiel von einer Proportionalventilgruppe1 ausgegangen. Diese Proportionalventilgruppe1 umfaßt im gezeigten Beispiel drei Ventile1.1 , die über eine Wechselventilkette11 steuerbar sind. Darüber hinaus ist in der Proportionalventilgruppe1 eine an sich bekannte Eingangsdruckwaage7 vorgesehen. - Der Laststeuer(LS)-Kanal
2 wird ausgangsseitig der Proportionalventilgruppe1 weitergeführt. Hierfür ist nach1b eine Verbindungsleitung4 hin zu der Richtungsventilgruppe60 enthaltend mehrere Richtungsventile6 vorgesehen. - Mit dem Bezugszeichen
3 ist der Tankkanal und mit dem Bezugszeichen30 die Druckleitung gekennzeichnet. Der Tankkanal3 mündet in den Tank31 , wobei die Druckleitung30 über eine Pumpe32 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. - Wie in den
1a und1b ersichtlich, ist der LS-Kanal2 in Strömungsrichtung über das mindestens eine Richtungsventil6 bzw. die Richtungsventilgruppe60 geführt und mündet ausgangsseitig dieser Baugruppe in den Tankkanal3 . Bei Betätigung des mindestens einen Richtungsventils6 wird die Verbindung zwischen dem LS-Kanal2 und dem Tankkanal3 unterbrochen und eine Verbindung zwischen dem LS-Kanal2 und der Druckleitung30 hergestellt, so daß die Eingangsdruckwaage7 über die Wechselventilkette11 von dem in der Druckleitung30 herrschenden Druck beaufschlagbar ist. - Über eine gemäß
1a zweckmäßigerweise vorgesehene Zwischenplatte5 , die nicht näher bezeichnete Bohrungen umfaßt, kann sowohl eine bauliche Verbindung der Proportionalventilgruppe1 mit der Richtungsventilgruppe60 erfolgen als auch gleichzeitig die gewünschte Druckverbindung für die Kanäle zur Führung der Hydraulikflüssigkeit geschaffen werden. - Es wird also die bei bekannten Proportionalventilen vorgesehene Verbindung zwischen dem LS-Kanal im in Strömungsrichtung letzten Ventil einer Proportionalventilgruppe bzw. die in einem End- oder Abschlußmodul vorgesehene Verbindung hin zu einem Tankkanal gesperrt und der LS-Kanal
2 durch die erwähnte Leitung4 bzw. Bohrungen in der Zwischenplatte5 weiter durch alle Richtungsventile6 einer Richtungsventilgruppe60 hindurch geführt und anschließend zum Tank31 über einen entsprechenden Tankkanal3 geführt. Durch diese Maßnahme ergibt sich die gewünschte Entlastung der Eingangsdruckwaage7 . Bei Betägigung eines der Richtungsventile6 der Richtungsventilgruppe60 wird zunächst die Verbindung zwischen dem LS-Kanal2 und dem Tankkanal3 unterbrochen. Gleichzeitig oder kurz danach wird eine Verbindung zwischen dem LS-Kanal2 und der Druckleitung30 hergestellt, so daß die Eingangsdruckwaage7 über die vorgesehene Wechselventilkette11 vom in der Druckleitung30 anliegenden Druck beaufschlagt werden kann. - Wie in den
2a und2b prinzipiell dargestellt, werden die Richtungsventile6 wie nachstehend beschrieben modifiziert. - Das Gehäuse
12 weist eine Längsbohrung13 auf, die einen verschiebbaren Kolben14 aufnimmt. Der Kolben14 besitzt Aussparungen20 , so daß die einzelnen Räume P15, A16, B17 und T18 voneinander getrennt und bei Bewegung des Kolbens verbindbar sind. - Die Modifikation des Gehäuses
12 erfolgt nun derart, daß eine zusätzliche Bohrung19 quer zur Längsachse ausgebildet ist, welche vorzugsweise mittig zwischen den Räumen P15 vorgesehen ist. Diese Bohrung schafft eine Verbindung nach dem in Strömungsrichtung letzten Richtungsventil in den Tankkanal3 . - Der Kolben
14 des Richtungsventils6 besitzt weiterhin einen am Umfang in der Mitte der Steuerlänge angeordneten Einstich21 oder eine entsprechend ausgestaltete radiale Bohrung, welcher bzw. welche mit einer axial am Kolbenumfang verlaufenden Kerbe oder Ausnehmung22 verbunden ist. - Bei Verschieben des Kolbens
14 in der Längsbohrung13 wird nach Überfahren der Überdeckung die Verbindung der beiden Bohrungen19 und19' unterbrochen und mit Hilfe der Kerbe oder Ausnehmung22 die Verbindung des Raumes P15 mit der Bohrung19 geöffnet. Durch eine entsprechende Anlenkung ist der Kolben14 so fixiert, daß die Kerbe22 und die Bohrung19 entsprechend ausgerichtet in Verbindung stehen. Bei der entsprechenden Betätigung des Kolbens14 wird im vorstehend beschriebenen Sinne der Druck im Raum P15 über die Wechselventilkette11 des LS-Kanals2 der Proportionalventile der Proportionalventilgruppe1 mit der dortigen Eingangsdruckwaage7 verbunden, so daß diese die bisher offene Verbindung von Pumpe zum Tank schließt. Das hydraulische Druckmedium fließt über das einfache Richtungsventil im gewünschten Sinne zum angesteuerten Verbraucher. - Die Größe der Aussparungen sowie die prinzipiellen Abstände und die Bewegungsbereiche des Kolbens sind symbolisch, allerdings nicht maßstäblich in der
2a dargestellt bzw. dieser zu entnehmen. -
3 zeigt eine prinzipielle Reihenschaltung von mehreren, im gezeigten Beispiel zwei Richtungsventilen mit durchgeschleiftem LS-Kanal2 und ein entsprechendes Strömungsbild in Querschnittsdarstellung. Hinsichtlich der Funktion der Richtungsventile, die in der3 dargestellt sind, gilt das zu den2a und2b Beschriebene sinngemäß. - Es liegt im Sinne der Erfindung, daß bei einer Anordnung nach
1b zwischen dem LS-Kanal2 und dem Tankkanal3 ein Pilotdruckbegrenzungsventil23 vorgesehen sein kann, um angeschlossene Verbraucher vor unzulässigen Leitungsdrücken zu schützen. In diesem Fall kann mit einem einzigen Pilotventil eine Gruppe von Richtungsventilen druckbegrenzt betrieben werden. Ebenso kann in die Druckleitung30 eine Blende eingebracht werden, um eine Verbraucherstrombegrenzung für eine ausgewählte Gruppe von Richtungsventilen bzw. die hier angeschlossenen Verbraucher zu erreichen. -
- 1
- Proportionalventilgruppe
- 1.1
- Ventil
- 2
- LS-Kanal
- 3
- Tankkanal
- 4
- Verbindungsleitung
- 5
- Zwischenplatte
- 6
- Richtungsventil
- 7
- Eingangsdruckwaage
- 11
- Wechselventilkette
- 12
- Gehäuse
- 13
- Längsbohrung
- 14
- Kolben
- 19
- Bohrung
- 20
- Aussparung im Kolben
- 21
- Einstich
- 22
- Kerbe; Ausnehmung
- 23
- Pilotdruckbegrenzungsventil
- 30
- Druckleitung
- 31
- Tank
- 32
- Pumpe
- 60
- Richtungsventilgruppe
Claims (6)
- Anordnung zur hydraulischen Verknüpfung von Richtungsventilen (
6 ) mit Proportionalventilen (1.1 ) für mobile und stationäre Anwendungen, wobei mehrere Proportionalventile (1.1 ) über eine Wechselventilkette (1 ) in einer Gruppe zusammenfaßbar sind und ein gemeinsamer Laststeuerkanal (2 ), ein Tankkanal (3 ), eine Druckleitung (30 ) sowie eine Eingangsdruckwaage (7 ) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststeuerkanal (2 ) in Strömungsrichtung durch die Richtungsventile (6 ) der Reihe nach hindurchgeführt ist und am Ausgang des letzten Richtungsventils (6 ) der Reihe in den Tankkanal (3 ) mündet, und daß bei Betätigung mindestens eines der Richtungsventile (6 ) die Verbindung des Laststeuerkanals (2 ) zum Tank (31 ) unterbrochen wird, wodurch sich der am Laststeuerkanal (2 ) anstehende Druck der Druckleitung (30 ) über die Wechselventilkettenverbindung an der Eingangsdruckwaage (7 ) aufbaut. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Laststeuerkanals (
2 ) der Proportionalventilgruppe (1 ) mit mindestens einem der Richtungsventile (6 ) eine externe Leitung (4 ) oder eine die Ventile (1.1 ;6 ) baulich vereinende, Bohrungen aufweisende Zwischenplatte (5 ) vorgesehen ist. - Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Richtungsventil (
6 ) ein Gehäuse (12 ) mit Längsbohrung (13 ) zur Aufnahme eines axial verschieblichen Kolbens (14 ) aufweist, wobei vorzugsweise mittig zwischen Durckleitungskanalöffnungen (15 ) im Gehäuse (12 ) eine weitere Durchgangsöffnung oder -bohrung (19 ) zur Führung des Laststeuerkanals (2 ) angeordnet ist und der Kolben (14 ) einen Steuerdurchgang aufweist. - Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (
14 ) einen am Umfang nahezu in der Mitte der Steuerlänge angeordneten Einstich (21 ) aufweist, der mit einer Längskerbe oder Ausnehmung (22 ) zusammenwirkt und den Steuerdurchgang bildet. - Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zwischen den Richtungs- und Proportionalventilen, ein den Tankkanal (
3 ) und den Laststeuerkanal (2 ) verbindendes Pilotdruckbegrenzungsventil (23 ) angeordnet ist. - Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (
30 ) der Richtungsventile (6 ) oder mindestens einer Druckleitungszuführung eines der Richtungsventile (6 ) eine Blende angeordnet ist.
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