DE19745831B4 - Anordnung zur hydraulischen Verknüpfung von Richtungsventilen mit Proportionalventilen für mobile und stationäre Anwendungen - Google Patents

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 und 1b zu erkennen, wird beim Ausführungsbeispiel von einer Proportionalventilgruppe 1 ausgegangen. Diese Proportionalventilgruppe 1 umfaßt im gezeigten Beispiel drei Ventile 1.1, die über eine Wechselventilkette 11 steuerbar sind. Darüber hinaus ist in der Proportionalventilgruppe 1 eine an sich bekannte Eingangsdruckwaage 7 vorgesehen.
• Der Laststeuer(LS)-Kanal 2 wird ausgangsseitig der Proportionalventilgruppe 1 weitergeführt. Hierfür ist nach 1b eine Verbindungsleitung 4 hin zu der Richtungsventilgruppe 60 enthaltend mehrere Richtungsventile 6 vorgesehen.
• Mit dem Bezugszeichen 3 ist der Tankkanal und mit dem Bezugszeichen 30 die Druckleitung gekennzeichnet. Der Tankkanal 3 mündet in den Tank 31, wobei die Druckleitung 30 über eine Pumpe 32 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird.
• Wie in den 1a und 1b ersichtlich, ist der LS-Kanal 2 in Strömungsrichtung über das mindestens eine Richtungsventil 6 bzw. die Richtungsventilgruppe 60 geführt und mündet ausgangsseitig dieser Baugruppe in den Tankkanal 3. Bei Betätigung des mindestens einen Richtungsventils 6 wird die Verbindung zwischen dem LS-Kanal 2 und dem Tankkanal 3 unterbrochen und eine Verbindung zwischen dem LS-Kanal 2 und der Druckleitung 30 hergestellt, so daß die Eingangsdruckwaage 7 über die Wechselventilkette 11 von dem in der Druckleitung 30 herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
• Über eine gemäß 1a zweckmäßigerweise vorgesehene Zwischenplatte 5, die nicht näher bezeichnete Bohrungen umfaßt, kann sowohl eine bauliche Verbindung der Proportionalventilgruppe 1 mit der Richtungsventilgruppe 60 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 Leitung 4 bzw. Bohrungen in der Zwischenplatte 5 weiter durch alle Richtungsventile 6 einer Richtungsventilgruppe 60 hindurch geführt und anschließend zum Tank 31 über einen entsprechenden Tankkanal 3 geführt. Durch diese Maßnahme ergibt sich die gewünschte Entlastung der Eingangsdruckwaage 7. Bei Betägigung eines der Richtungsventile 6 der Richtungsventilgruppe 60 wird zunächst die Verbindung zwischen dem LS-Kanal 2 und dem Tankkanal 3 unterbrochen. Gleichzeitig oder kurz danach wird eine Verbindung zwischen dem LS-Kanal 2 und der Druckleitung 30 hergestellt, so daß die Eingangsdruckwaage 7 über die vorgesehene Wechselventilkette 11 vom in der Druckleitung 30 anliegenden Druck beaufschlagt werden kann.
• Wie in den 2a und 2b prinzipiell dargestellt, werden die Richtungsventile 6 wie nachstehend beschrieben modifiziert.
• Das Gehäuse 12 weist eine Längsbohrung 13 auf, die einen verschiebbaren Kolben 14 aufnimmt. Der Kolben 14 besitzt Aussparungen 20, 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 Bohrung 19 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 Tankkanal 3.
• Der Kolben 14 des Richtungsventils 6 besitzt weiterhin einen am Umfang in der Mitte der Steuerlänge angeordneten Einstich 21 oder eine entsprechend ausgestaltete radiale Bohrung, welcher bzw. welche mit einer axial am Kolbenumfang verlaufenden Kerbe oder Ausnehmung 22 verbunden ist.
• Bei Verschieben des Kolbens 14 in der Längsbohrung 13 wird nach Überfahren der Überdeckung die Verbindung der beiden Bohrungen 19 und 19' unterbrochen und mit Hilfe der Kerbe oder Ausnehmung 22 die Verbindung des Raumes P15 mit der Bohrung 19 geöffnet. Durch eine entsprechende Anlenkung ist der Kolben 14 so fixiert, daß die Kerbe 22 und die Bohrung 19 entsprechend ausgerichtet in Verbindung stehen. Bei der entsprechenden Betätigung des Kolbens 14 wird im vorstehend beschriebenen Sinne der Druck im Raum P15 über die Wechselventilkette 11 des LS-Kanals 2 der Proportionalventile der Proportionalventilgruppe 1 mit der dortigen Eingangsdruckwaage 7 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-Kanal 2 und ein entsprechendes Strömungsbild in Querschnittsdarstellung. Hinsichtlich der Funktion der Richtungsventile, die in der 3 dargestellt sind, gilt das zu den 2a und 2b Beschriebene sinngemäß.
• Es liegt im Sinne der Erfindung, daß bei einer Anordnung nach 1b zwischen dem LS-Kanal 2 und dem Tankkanal 3 ein Pilotdruckbegrenzungsventil 23 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 Druckleitung 30 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)

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.