DE19750253A1 - Lasthalteventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasthalteventil nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Ein derartiges Lasthalteventil ist etwa aus DE 32 37 103 bekanntgeworden. Es wird unmittelbar an einen Arbeitszylinder angebracht und dient dazu, eine einmal einge­ nommene Position des Arbeitszylinders auch bei am Zylinder wirkender Kraft zu halten. Derartige Arbeitszylinder dienen zum Beispiel zur Betätigung von Auslegern von Baggern, Kränen oder Abschnitten von Betonverteilermasten. Bei doppelt wir­ kenden Arbeitszylindern, wie sie normalerweise eingesetzt werden, sind jeweils zwei Regelventile sowie zwei Überdruckventile erforderlich. Die Steuereingänge der Regelventile sind jeweils mit der Zuleitung zum anderen Anschluß des Arbeitszylin­ ders verbunden. Ein Vorsteuerkolben betätigt einen Stößel des Regelventils, das nach Maßgabe des Vorsteuerdrucks den Querschnitt in der Rückströmleitung entsprechend einstellt. Es ist jedoch erforderlich, parallel ein Überdruckventil vorzusehen, das eine Überlastung des Arbeitszylinders verhindert. Diese kann beispielsweise bei einer zu hohen Last am Arbeitszylinder, zum Beispiel beim Auftreffen des angetriebenen Teils auf ein nicht überwindbares Hindernis, auftreten. Das Überdruckventil öffnet dann und verhindert Schäden im System.

Spricht ein Überdruckventil an, öffnet es normalerweise nur geringfügig. Der hierbei zurückgelegte Weg des Ventilglieds beträgt ein paar Hundertstel Millimeter. Es tritt daher sehr leicht der Fall ein, daß sich Schmutz an der Ventilsitzfläche absetzt und verhindert, daß das Ventilglied voll ständig in seine Schließstellung zurückkehrt. Die Folge ist, daß ein ständiger Bypass erhalten wird, wodurch die Lasthaltung nicht mehr gewährleistet ist. Der Ausleger eines Baggers oder Teile eines Betonverteilermastes sinken unter dem Gewicht der Last allmählich ab, bis sie an einer Anlage zur Ruhe gelangen. Ein derartiges Verhalten ist höchst unerwünscht.

Aus der Firmenschrift "Lasthalteventile Typ LHK" der Firma Heilmeier & Weinlein, München, vom Mai 1991, ist bekanntgeworden, sowohl die Lasthaltung als auch die Überdruckfunktion von einem Kugelventil zu bewerkstelligen, wobei die Kugel durch einen Vorsteuerkolben über eine Stange betätigbar ist. Ein derartiges Lasthalteventil benötigt eine sogenannte ABT-Verbindung, bei der in der Mittelstellung des Steuer­ schiebers des Steuergerätes das Überdruckventil Fluid zum Tank leiten kann. Die mechanische Öffnung des Überdruckventils durch den Vorsteuerkolben ermöglicht, die Kugel einen größeren Spalt zu öffnen als dies bei herkömmlichen Überdruckven­ tilen der Fall ist, so das ein Wegspülen von eventuell vorhandenem Schmutz an der Sitzfläche möglich wird. Da jedoch die Drosselung beim Absenkvorgang des Arbeits­ zylinders gleichzeitig vom Überdruckventil übernommen wird und deshalb das Über­ druckventil ebenfalls nur im Hundertstel-Millimeterbereich geöffnet ist, kann während des Senkvorgangs kein Selbstreinigungseffekt eintreten. Mit anderen Worten, der vom Arbeitszylinder betätigte Abschnitt muß erst vollständig in die Ruhelage gelangen und darf keine Kraft mehr auf den Arbeitszylinder ausüben, bevor eine Reinigung stattfin­ det. Schließlich ist bei dem bekannten Lasthalteventil nachteilig, daß beim Ausfahren des Arbeitszylinders keine Sekundärabsicherung vorhanden ist, vielmehr ein weiteres Überdruckventil verwendet werden muß, wodurch der Einsatz des Lasthalteventils verhältnismäßig aufwendig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasthalteventil zu schaffen, das eine Verschmutzung des Überdruckventils verhindert und damit seine Absperrfunktion in allen normalen Betriebszuständen sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Lasthalteventil wird ein Ventilstößel des Überdruckven­ tils vom Vorsteuerkolben mechanisch in Öffnungsrichtung betätigt entgegen einer Federspannung. Der Ausgang des Regelventils ist mit der Aufströmseite des Über­ druckventils verbunden.

Bei nicht betätigtem, d. h. nicht angesteuertem Regelventil ist das Überdruckventil dem Zylinderdruck ausgesetzt, kann daher in die Öffnungsstellung gehen, wenn sich ein Überdruck entwickelt. Bei betätigtem Vorsteuerkolben wird das Ventilglied des Überdruckventils ebenfalls vom Vorsteuerkolben betätigt, um eine gedrosselte Ver­ bindung zwischen einem Anschluß des Arbeitszylinders und Tank bzw. dem Steuer­ gerät herzustellen. Der Öffnungsweg des Ventilglieds des Überdruckventils kann im Gegensatz zu dem bei Ansprache auf Überdruck theoretisch beliebig groß sein. Mit dem hindurchströmenden Medium findet somit eine Reinigung von Sitzfläche und Ventilglied statt. Mit jedem Absenkvorgang findet eine derartige Reinigung statt, so daß das Ventilglied des Überdruckventils nach erneutem Schließen gegen eine saubere Sitzfläche zur Anlage kommt und die Lasthaltefunktion sicherstellt.

Bei der Erfindung ist mithin eine eindeutige Trennung vorgenommen zwischen Regel- und Überdruckfunktion, wobei der Ausgang des Überdruckventils bzw. damit auch der des Regelventils wahlweise mit dem Tank oder dem Steuergerät verbunden sein kann. Im letzteren Fall muß das Steuergerät eine ATB-Verbindung aufweisen, damit in der neutralen Stellung des Steuergerätes eine Ableitung zum Tank erfolgt.

Das erfindungsgemäße Lasthalteventil läßt sich außerordentlich kompakt und einfach bauen. Eine konstruktive Ausgestaltung sieht hierzu vor, daß der Ventilstößel in einer zylindrischen Bohrung einer Stößelführung geführt ist, die über eine radiale Bohrung mit dem Ausgang des Regelventils verbunden ist. Das Regelventil kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Schieberelement aufweisen, das mit der radialen Bohrung in der Stößelführung zusammenwirkt und das vom Vorsteuerkolben betätigbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der erfindungs­ gemäß das Schieberelement eine Hülse aufweist, die auf der zylindrischen Außenseite der Stößelführung verschiebbar ist, wobei ein die Schieberhülse umgebender Raum mit dem Anschluß des Arbeitszylinders verbunden ist. In der nicht betätigten Stellung gibt die Schieberhülse den Zugang zum Inneren der Stößelführung ungehindert frei, so daß das Überdruckventil seine normale Funktion entwickeln kann. Wird die Schieber­ hülse betätigt, wirkt sie mehr oder weniger drosselnd mit der radialen Bohrung in der Stößelfuhrung zusammen und bestimmt dadurch den Strömungsquerschnitt im Rück­ strömpfad.

Vorzugsweise weist die Schieberhülse mindestens eine radiale Bohrung auf, die mit der radialen Bohrung der Stößelführung in zumindest teilweise Überdeckung bringbar ist, wobei die Schieberhülse die radiale Bohrung in der Führung gegenüber dem Außenraum zunächst ab schließt, bevor die teilweise Überdeckung erreicht ist. Hierzu ist erforderlich, daß eine mechanische Betätigung des Stößels des Überdruckventils erst dann erfolgt, wenn die Schieberhülse die radiale Bohrung überdeckt hat. Sonst könnte die Gefahr bestehen, daß das Überdruckventil zunächst zu weit öffnet, bevor eine Drossel in den Strömungsweg geschaltet ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Schieberhülse auf der dem Vorsteuerkolben zugewandten Seite abgeschlossen, und der dem abgeschlossenen Ende zugewandte Hülsenraum ist über eine radiale Bohrung mit dem Außenraum ver­ bunden. Das dem Hülsenraum zugekehrte Ende des Ventilstößels weist einen Kolben­ abschnitt auf, der dem Druck des Hülsenraums ausgesetzt ist. Auf diese Weise wirkt der Lastdruck auf den Ventilstößel und unterstützt damit die öffnende Kraft des Ven­ tilglieds vom Überdruckventil. Wegen der Überdruckfunktion ist der Ventilstößel mit einer Federkraft beaufschlagt, deren Größe den Ansprechpunkt des Überdruckventils bestimmt. Durch die Unterstützung des Öffnens des Überdruckventils mit dem Druck des Arbeitszylinders entfällt eine besonders effektive Auslegung des Vorsteuerkolbens zur Betätigung des Ventilstößels.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt am geschlossenen Ende der Schieberhülse die Stange des Vorsteuerkolbens an. Diese hat die gleiche Querschnitts­ fläche wie der Kolbenabschnitt des Ventilstößels. Auf diese Weise wird eine Kom­ pensation bei Lastdruckschwankungen am Arbeitszylinder erhalten. Ein höherer Druck am Arbeitszylinder versucht, die Kolbenstange gegen den Vorsteuerkolben zurückzudrücken. Gleichzeitig wirkt dieser erhöhte Druck auch auf den Ventilstößel, und zwar auf dessen gleich große Wirkfläche, um den Ventilstößel in Öffnungsrich­ tung zu bewegen. Da die Kräfte entgegengesetzt gleich groß sind, kommt es zu keiner Änderung im Strömungsquerschnitt und ein Stoß am Arbeitszylinder führt nicht zur Entwicklung von Schwingungen und damit von Lastdruckschwankungen im hydrau­ lischen System.

Wird der Ausgang des Überdruckventils nicht mit dem Tank unmittelbar, sondern mit dem Steuergerät verbunden, ist vorzugsweise eine Verbindung zwischen Tank und dem dem Steuerdruck abgewandten Ende des Vorsteuerkolbens erwünscht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Lasthalteventil nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema für den Betrieb eines Arbeitszylinders mit Lasthalte­ ventilen nach Fig. 1.

Ein Arbeitszylinder 10 nach Fig. 1 dient zum Beispiel zur Betätigung eines Ausleger­ abschnitts eines Betonverteilermastes. Die Arbeitsräume 12, 14 des Zylinders 10 sind mit einem Steuergerät 16 verbunden, das über eine nicht gezeigte Pumpe an einen Tank 18 für hydraulisches Medium angeschlossen ist. Das Steuergerät 16 weist eine Mittenstellung auf sowie eine linke und rechte Position, um die Arbeitsräume 12, 14 wahlweise mit der Pumpe zu verbinden bzw. die jeweils andere Seite des Zylinders 10 mit dem Tank 18. Die Verbindung erfolgt über Rückschlagventile 20 im Zulauf (Im folgenden wird nur die linke Seite des Schaltschemas nach Fig. 1 näher beschrieben. Der strichpunktiert gezeichnete Kasten 22 charakterisiert die linke Seite des Schemas und der strichpunktiert gezeichnete Kasten 24 die rechte Seite). Parallel zum Rück­ schlagventil 20 ist ein Regelventil 26 geschaltet, das einen Vorsteueranschluß 28 auf­ weist, der über eine Reihenschaltung von Lasthalteventil und Überdruckventil des Kastens 24 und ein Rückschlagventil 30 mit dem jeweils anderen Zylinderraum 14 verbunden ist. Ein in Reihe mit dem Ventil 26 geschaltetes Überdruckventil 32 ver­ bindet den zugeordneten Zylinderraum 12 mit dem Tank 18, wenn es öffnet.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist vom Prinzip her bekannt, etwa aus der DE 32 37 103. Ihre Verwirklichung unterscheidet sich vom Stand der Technik.

In Fig. 1 ist ein Gehäuseblock 42 zu erkennen, der unmittelbar an den Arbeitszylinder angeschlossen werden kann, wobei der Zylinderanschluß mit der Bohrung 44 verbun­ den ist, die über eine Querbohrung mit der Bohrung 46 im Gehäuseblock 42 verbun­ den ist. Die Bohrung 46 steht in Verbindung mit dem Steuergerät, etwa dem Steuer­ gerät 16 nach Fig. 1. In der Bohrung 46 ist ein Ventilglied 48 eines Rückschlagventils angeordnet, das von einer Feder 50 in Schließstellung vorgespannt ist. In der Öff­ nungsstellung des Ventilglieds 48 ist mithin eine Verbindung zwischen Bohrung 46 und Bohrung 44 gegeben und damit zum Arbeitszylinder. Die Bohrung 44 ist außer­ dem mit einer weiteren Gehäusebohrung 52 des Gehäuseblocks 42 in Strömungsver­ bindung. In dieser ist von außen eine Federhülse 54 eingeschraubt, welche ein gestuf­ tes zylindrisches Bauteil 56 in der Bohrung 52 festlegt, indem ein im Durchmesser er­ weiterter Abschnitt gegen eine entsprechende Schulter der Bohrung 52 zur Anlage kommt. Der im Durchmesser kleinere Abschnitt 58 des zylindrischen Bauteils bildet eine Führung für einen Ventilstößel 60, der mit einem konischen Abschnitt 62 mit einer Dichtkante 64 einer Bohrung 66 im Inneren des Bauteils 56 zusammenwirkt. Das linke Ende des Stößels 60 ist über ein Anlageelement 68 von einer Feder 70 in der Federhülse 54 beaufschlagt.

Der Ventilstößel 60 weist einen eingeschnürten Abschnitt 70 sowie rechts davon einen Kolbenabschnitt 72 auf, der annähernd dichtend in der Bohrung 66 geführt ist. In der geschlossenen Position, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ragt der Kolbenabschnitt 72 etwas nach rechts über das Bauteil 56 über. Im Bereich des eingeschnürten Abschnitts 70 weist die Führung 58 eine Umfangsnut 74 auf, in die mehrere radiale Bohrungen 76 münden, die die Bohrung 66 mit der Nut 74 verbinden.

Auf der zylindrischen Außenseite der Führung 58 sitzt eine Schieberhülse 78, die am linken Ende mehrere radiale Bohrungen 80 aufweist, die in Achsrichtung und Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Die Schieberhülse 78 ist durch eine Rückwand 82 nach rechts abgeschlossen. Dadurch ist ein Hülsenraum 84 gebildet, der durch eine im Durchmesser kleine radiale Bohrung 86 mit der Bohrung 52 in Verbin­ dung ist. Die Schieberhülse 78 wird von einer relativ schwachen Feder 88 nach rechts vorgespannt gegen eine Schulter der Bohrung 52.

Durch einen im Durchmesser kleineren Abschnitt der Bohrung 52 erstreckt sich eine Stange 90, die lose gegen die zugeordnete Wand 82 der Schieberhülse 78 anliegt und mit dem anderen Ende an einem Vorsteuerkolben, dessen Wirkende über einen Anschluß 94 mit Vorsteuerdruck beaufschlagbar ist (siehe hierzu Fig. 1 Anschluß 28).

Der Raum zwischen einer Dichtscheibe 96 zwischen Gehäuseblock 42 und einem kleinen Gehäuseblock 97 für den Vorsteuerkolben 92, durch die sich die Stange 90 dichtend hindurcherstreckt, und dem Vorsteuerkolben 92 ist über Bohrungen 98 und 100 mit dem Tank in Verbindung bringbar.

Bei Betätigung des Arbeitszylinders 10, zum Beispiel im Hebenbetrieb, bleibt der Vorsteuerkolben 92 unbetätigt, und der Ventilstößel 60 gelangt nur dann in Öffnungs­ richtung, wenn der durch die Feder 70 voreingestellte Druck am Anschluß des Arbeitszylinders erreicht wird, beispielsweise ein Druck von 400 bar. Im Senken­ betrieb wird hingegen der Vorsteuerkolben 92 betätigt und verstellt dabei den Schieber 78 gegen die Feder 88 nach links. Die Nut 74 ist im Hinblick auf die gezeigte Position der Schieberhülse 78 so angeordnet, daß die Schieberhülse zunächst die Nut 74 über­ deckt, bevor eine Verbindung zwischen der Nut 74 und den radialen Bohrungen 80 hergestellt wird. Erst wenn dies der Fall ist, wird der Stößel 60 von der Wand 86 der Schieberhülse 78 nach links verstellt, so daß eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Tank hergestellt ist. Das Ausmaß der Drosselung hängt vom Ausmaß der Überdeckung der Bohrungen 80 einerseits und der Nut 74 andererseits ab. Durch die mechanische Betätigung des Stößels 60 kann das Ventilglied 60 mit ausrei­ chendem Spalt geöffnet werden. Die auftretende Reinigungswirkung, verhindert, daß beim erneuten Schließen Schmutzteilchen das Überdruckventil in Öffnungsstellung halten.

Da im Hülsenraum 84 der gleiche Druck herrscht wie in der Bohrung 52 und damit am Anschluß des Arbeitszylinders, unterstützt dieser Druck die Öffnungsbewegung des Ventilstößels bei Betätigung des Vorsteuerkolbens 92.

Die Querschnittsfläche von Kolbenabschnitt 72 und Stange 90 sind gleich groß. An der Stange 90 wirkt ebenfalls der Druck des Arbeitszylinders. Da der Druck auf die Stange 90 genau so groß ist wie der Druck auf den Kolbenabschnitt 72, führt ein Druckstoß im Arbeitszylinder 10 nicht zu Druckstoßschwankungen im System, viel­ mehr werden sie auf die beschriebene Weise kompensiert.

Bei dem Lasthalteventil nach Fig. 1 kann der Anschluß 104 mit dem Tank verbunden sein, so daß das Medium bei geöffneten Ventilen zum Tank strömt. Alternativ kann auch eine Verbindung mit der Bohrung 46 bestehen, wie durch den Kanal 108 ange­ deutet. In diesem Fall ist jedoch erforderlich, daß in der Mittenstellung des Steuer­ gerätes ein Rückfluß zum Tank möglich ist und der Anschluß 104 verschlossen ist. Das alternative Steuergerät ist in Fig. 2 mit 16a bezeichnet.

Mit einem Rückschlagventil 110 im Kanal 108, welches einen freien Durchfluß vom Anschluß 104 zum Anschluß 46 ermöglicht, kann beim Senkvorgang das rück­ fließende Öl sowohl zum Anschluß 104 als auch zum Anschluß 46 (Steuergerät 16a) fließen. Es können daher zwei Wege benutzt werden. Würde das Rückschlagventil 110 nicht vorgesehen werden, müßte der Anschluß 104 verschlossen werden, damit das rückfließende Medium zum Anschluß 46 gelangt. Beim Hebenvorgang kann das am Anschluß 46 anstehende Öl wegen des Rückschlagventils 110 nicht zum Tank über Anschluß 104 verloren gehen.

Claims (9)

1. Lasthalteventil, das zwischen einem Steuergerät und einem Arbeitszylinder ge­ schaltet ist und ein durch einen Vorsteuerkolben betätigbares Ventilglied aufweist, das zwischen einem Anschluß des Arbeitszylinders und dem Steuergerät und/oder einem Tank geschaltet ist, wobei der Vorsteuerdruck am Vorsteuerkolben von dem Druck an dem jeweilig anderen Anschluß des Arbeitszylinders bestimmt ist, und das ferner ein Überdruckventil aufweist, das zwischen dem Anschluß des Arbeits­ zylinders und dem Tank bzw. dem Steuergerät geschaltet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorsteuerkolben (92) einen Stößel (60) des Ventilglieds des Überdruckventils (32) entgegen einer Feder (70) in Öffnungsrichtung betätigt, wo­ bei der Ausgang des Regelventils (26) mit der Aufströmseite des Überdruckventils (32) verbunden ist.

2. Lasthalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (60) in einer zylindrischen Bohrung (66) einer Stößelführung (58) geführt ist, die über eine radiale Bohrung (76) mit dem Ausgang des Regelventils (26) verbunden ist.

3. Lasthalteventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Bohrung (76) mit einem von dem Vorsteuerkolben (92) betätigbaren Schieberelement (78) zusammenwirkt, das eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Anschluß des Arbeitszylinders (10) und der radialen Bohrung (76) bewirkt.

4. Lasthalteventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieber­ element (78) eine Hülse aufweist, die auf der zylindrischen Außenseite der Stößel­ führung (58) verschiebbar ist, wobei ein die Schieberhülse umgebender Raum (52) mit dem Anschluß des Arbeitszylinders (10) verbunden ist.

5. Lasthalteventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (78) mindestens eine radiale Bohrung (80) aufweist, die mit der radialen Bohrung (76) der Stößelführung (58) in zumindest teilweise Überdeckung bringbar ist, wobei die Schieberhülse (78) die radiale Bohrung (76) in der Führung gegenüber dem Außenraum (52) zunächst abschließt, bevor die teilweise Überdeckung erreicht ist.

6. Lasthalteventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ hülse (78) auf der dem Vorsteuerkolben (92) zugewandten Ende abgeschlossen (82) ist und der dem abgeschlossenen Ende zugewandte Hülsenraum (84) über eine weitere radiale Bohrung (86) mit dem Außenraum (52) verbunden ist und das dem Hülsenraum (84) zugekehrte Ende des Ventilstößels (60) einen Kolben­ abschnitt (72) aufweist, der dem Druck des Hülsenraums (84) ausgesetzt ist.

7. Lasthalteventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an das geschlos­ sene Ende der Schieberhülse (78) eine Stange (90) des Vorsteuerkolbens (92) anlegbar ist, die die gleiche Querschnittsfläche aufweist wie der Kolbenabschnitt (72) des Ventilstößels (60).

8. Lasthalteventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenseite der Stößelführung (58) eine Umfangsnut (74) auf­ weist, in die die radiale Bohrung (76) mündet und die Schieberhülse (78) minde­ stens zwei in Achsrichtung und Umfangsrichtung versetzte Bohrungen (80) auf­ weist.

9. Lasthalteventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (104) des Lasthalteventils und dem Anschluß (46) zum Steuergerät (16a) ein Kanal (108) geschaltet ist, in dem ein Rückschlagventil (110) angeordnet ist, das sich im Rückströmfall (Senkenbetrieb) öffnet.