DE19919015C2 - Hydraulische Ventilanordnung mit Verriegelungs- und Schwimmfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventil­ anordnung mit Verriegelungs- und Schwimmfunktion, mit einem Steuerventil, das in zwei Betätigungsstellungen einen Motoranschluß mit einem Pumpenanschluß und einen zweiten Motoranschluß mit einem Behälteranschluß verbin­ det und umgekehrt, in einer Schwimmstellung beide Motor­ anschlüsse mit dem Behälteranschluß verbindet und in einer Verriegelungsstellung beide Motoranschlüsse vom Pumpen- und Behälteranschluß trennt, und mit zwei Sperr­ ventilen, die je zwischen das Steuerventil und einen Motoranschluß geschaltet sind und einen durch eine Feder belasteten und eine Federkammer begrenzenden Kolben auf­ weisen, wobei die Federkammern druckentlastbar sind.

Bekannte hydraulische Ventilanordnungen dieser Art wer­ den hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, bei Trak­ toren verwendet, die mit Anbauwerkzeugen versehen wer­ den können, beispielsweise Schneeräum- oder Straßenrei­ nigungs-Fahrzeuge. Die Druckentlastung der Federkammern, die notwendig ist, um die Sperrventile in den Be­ tätigungsstellungen und in der Schwimmstellung des Steuerventils offen zu halten, erfolgt dadurch, daß Entlastungskanäle in die Bohrung des Steuerventils mün­ den und die Mündung von dessen Schieber übersteuert wird. Es hat sich aber gelegentlich gezeigt, daß Fehler in der Funktion, insbesondere in der Verriegelungsfunk­ tion, auftreten.

DE 195 27 494 A1 zeigt eine an einem Fahrzeug anbaubare pneu­ matische Betätigungseinrichtung, bei der ein pneumatischer Motor über ein 3-Stellungs-Steuerventil und ein hydraulischer Motor über ein 3-Stellungs-Steuerventil, zwei Luftdruck-Öl- Konversionselemente und zwei Umschalt-Sperrventile, die je durch ein Überdruckventil überbrückt sind, ansteuerbar ist. Die Betätigung der Ventile erfolgt über elektrische Steuer­ leitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Ventilanordnung der eingangs genannten Art anzu­ geben, die ein besseres Betriebsverhalten zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Druckentlastung Hubventile vorgesehen sind, die durch einen von der Stellung des Steuerventils abhängi­ gen Steuerdruck betätigt werden.

Diese Konstruktion beruht auf der Überlegung, daß für die Mängel Leckagen verantwortlich sind, die man bei Schiebersteuerungen nie ganz vermeiden kann. Für hohe Ansprüche ist es daher erfindungsgemäß vorgesehen, Hub­ ventile zur Druckentlastung zu verwenden, die ohne wei­ teres so ausgelegt werden können, daß sie in der Schließposition völlig dicht sind. Die Abhängigkeit der Ventilbetätigung von der Stellung des Steuerventils wird dadurch bewirkt, daß die Hubventile durch einen stellungsabhängigen Steuerdruck betätigt werden. Beide Hubventile sind in der Schwimmstellung geöffnet und in der Verriegelungsstellung geschlossen, während in der Betätigungsstellung wahlweise das eine oder das andere Hubventil geöffnet ist. Man kann daher entsprechende Steuerdruckniveaus vorsehen, an die die Hubventile in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerschiebers ange­ schlossen werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Leckverluste in Verbindung mit der Druckent­ lastung entfallen.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Hubventile bei hohem Steuerdruck öffnen und bei ge­ ringem Steuerdruck schließen. Dies gibt eine hohe Si­ cherheit dafür, daß der Entlastungsvorgang ordnungsge­ mäß abläuft.

Zweckmäßigerweise verwendet man als Steuerdruck Drücke, die ohnehin im Steuerventil vorhanden sind. So kann der Steuerdruck in den Betätigungsstellungen der Lastdruck sein. In der Verriegelungsstellung kann der Steuerdruck der Behälterdruck sein. Und in der Schwimmstellung kann der Steuerdruck ein Schwimmsignaldruck oder der Pumpen­ druck sein.

Konstruktiv empfiehlt es sich, daß die Hubventile ein Verschlußstück, das durch eine Feder gegen seinen Ven­ tilsitz gedrückt wird, und einen in Öffnungsrichtung auf das Verschlußstück wirkenden Kolben aufweisen, der in Öffnungsrichtung vom Steuerdruck und in Schließrich­ tung vom Behälterdruck und einer Feder belastet ist. Ein solches Hubventil ist normalerweise geschlossen und öffnet, wenn ein ausreichend großer Steuerdruck auf­ tritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeweils zwei Kolben eines Paares hintereinander an­ geordnet sind und der Steuerdruck in der Betätigungs­ stellung einer Steuerdruckkammer zwischen den Kolben und in der Schwimmstellung gemeinsam Steuerdruckkammern an den Enden beider Paare zugeführt wird. In der Betä­ tigungsstellung wird daher einer der beiden dem Ver­ schlußstück zugewandten Kolben betätigt, in der Schwimmstellung dagegen werden beide Kolben eines jeden Paares verstellt.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, daß die zu den Steuerdruckkammern an den Enden beider Paare füh­ rende Steuerdruckleitung über eine Drossel mit einer Niederdruck führenden Niederdruckleitung verbunden ist. Der sich in der Verriegelungsstellung in den Kolbenbe­ tätigungsräumen aufbauende Druck kann daher über die Niederdruck (oder Behälterdruck) führende Leitung abge­ baut werden.

Eine bevorzugte Alternative besteht darin, daß jeweils ein Kolben mit einer Steuerdruckkammer vorgesehen ist, denen der Steuerdruck in der Betätigungsstellung sepa­ rat und in der Schwimmstellung über je ein Rückschlag­ ventil von einer gemeinsamen Steuerdruckleitung zuge­ führt wird. Man kommt mit einem Kolben für jedes Hub­ ventil aus, was Kosten spart.

Außerdem ist es zweckmäßig, daß die in der Betätigungs­ stellung Lastdruck führende Steuerdruckleitung in der Verriegelungsstellung an einen Niederdruck angeschlos­ sen ist. Ein und dieselbe Steuerdruckleitung ist hier­ bei für zwei Betätigungsstellungen nutzbar. Man kann ein übliches Steuerventil verwenden. Außerdem ergibt sich ein automatischer Druckabbau, wenn die Steuer­ druckleitung an den Niederdruck angeschlossen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung,

Fig. 2 Einzelheiten der Ventilanordnung der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltbild entsprechend Fig. 1 einer ab­ gewandelten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein Modul 1, das der Betätigung eines Mo­ tors 2 dient. Seine Abmessungen und sein Aufbau ent­ sprechen weitgehend einer der üblichen Bauformen. Das Modul 1 besitzt einen Pumpendruck P führenden Anschluß, der mit einer Pumpenleitung 3 verbunden ist, einen Be­ hälterdruck T führenden Anschluß, der mit einer Behäl­ terleitung 4 verbunden ist, einen Lastdruck LS führen­ dem Anschluß, der mit einem Lastdrucksystem 5 verknüpft ist, einen ein Schwimmsignaldruck V zuführenden An­ schluß, der mit einer Signalleitung 6 verbunden ist, einen Niederdruck To führenden Anschluß, der mit einer Niederdruckleitung 7 verbunden ist, sowie zwei Motoran­ schlüsse A und B, die dem Anschuß des Motors 2 dienen.

Die Pumpenleitung 3 führt über ein lastdruckgesteuertes Kompensationsventil 8 zu einem Steuerventil 9, das als Schieberventil ausgebildet ist und eine Verriegelungs­ stellung 10, zwei Betätigungsstellungen 11 und 12 sowie eine Schwimmstellung 13 einnehmen kann. Das Steuerven­ til 9 bedient zwei Motorleitungen 14 und 15, die über ein Sperrventil 16 bzw. 17 zu dem Motoranschluß A bzw. B führen. Jedem Sperrventil ist zur Druckentlastung ein Hubventil 18 bzw. 19 zugeordnet, wie dies genauer in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird.

Jedes Sperrventil 16 bzw. 17 besitzt einen in einer Ge­ häusebohrung 20 geführten Kolben 21, der stirnseitig mit einem Ventilsitz 22 zusammenwirkt, durch eine Schließfeder 23 belastet ist und eine Federkammer 24 begrenzt. Diese steht über eine Drossel 25 mit dem zum Motoranschluß A führenden zweiten Teil der Motorleitung 14 und über eine Entlastungsleitung 26 und das Hubven­ til 19 mit einer zur Behälterleitung 4 führenden Lei­ tung 27 verbunden. Der Durchmesser des Ventilsitzes 22 ist um soviel kleiner als der Außendurchmesser des Kol­ bens 21, daß das Sperrventil bei überwiegendem Druck innerhalb des Sitzes ohne Druckentlastung, bei überwie­ gendem Druck außerhalb des Sitzes nur mit Druck­ entlastung der Federkammer 24 zu öffnen vermag. Das Sperrventil 17 hat den gleichen Aufbau, weshalb diesel­ ben Bezugszeichen, jedoch mit dem Zusatz "a" verwendet werden. Hier erfolgt die Entlastung der Federkammer 24a über die Entlastungsleitung 26a und das Hubventil 18 zur Behälterdruck führenden Leitung 27.

Beim Hubventil 18 wird dessen Verschlußstück 28 durch eine Feder 29 in eine dichte Schließstellung gedrückt. Zum Öffnen des Hubventils sind zwei Kolben 30 und 31 vorgesehen, die zwischen sich eine erste Steuerdruck­ kammer 32 begrenzen und am Ende eine zweite Steuer­ druckkammer 33 aufweisen. Die Kolben sind in Öffnungs­ richtung durch eine Rückstellfeder 34 und den Behälter­ druck T belastet. Das Hubventil 19 hat den gleichen Aufbau, weshalb wiederum dieselben Bezugszeichen mit dem Zusatz "a" verwendet werden.

Die Steuerdruckkammer 32 ist mit einer ersten Steuer­ druckleitung 35 und die Steuerdruckkammer 32a mit einer zweiten Steuerdruckleitung 35a verbunden. Die beiden Steuerdruckkammern 33 und 33a sind gemeinsam an eine Steuerdruckleitung 36 angeschlossen. Die Steuerdruck­ leitungen 35 und 35a sind in der Verriegelungsstellung 10 mit der Behälterleitung 4 verbunden und führen in den Betätigungsstellungen 11 und 12 den jeweils wirken­ den Lastdruck LSa bzw. LSb. Die Steuerdruckleitung 36 wird in der Schwimmstellung 13 durch den Schwimmsi­ gnaldruck V, der gleich einem aus anderen Gründen vor­ handenen Pilotdruck oder dem Pumpendruck sein kann, be­ lastet, der über die Signalleitung 6 zugeführt wird.

Da die in den Betätigungsstellungen den Lastdruck füh­ renden Steuerdruckleitungen 35 und 35a in der Neutral­ stellung mit dem Behälter verbunden sind, ergibt sich automatisch eine Entlastung der Steuerdruckkammern 32 und 32a. Diese Verbindungen erfordern keinen besonderen Aufwand, da sie schon aus anderen Gründen vorgesehen sind. Dabei ist ein Druckaufbau in den Hubventilen 18 und 19 ausgeschlossen. Demzufolge können die beiden Sperrventile 16 und 17 nicht unerwünscht öffnen.

Zwischen der Steuerdruckleitung 36 und der Niederdruck­ leitung 7 ist eine Drossel 37 vorgesehen, die dem Druckabbau in den Steuerdruckkammern 33 und 33a dient. Der Niederdruck To kann gleich dem Behälterdruck T oder ein hiervon unabhängiger, ein möglichst konstantes Ni­ veau aufweisender Niederdruck sein.

Damit ergeben sich die folgenden Betriebsweisen:

1. Verriegelungsfunktion

Das Steuerventil 9 nimmt die veranschaulichte Stel­ lung 10 ein, welche der Neutralstellung entspricht. Beide Steuerdruckleitungen 35 und 35a sind mit der Behälterleitung 4 verbunden. Die Steuerdruckkammern 32 und 32a stehen unter Behälterdruck T, die Steuer­ druckleitung 36 führt wegen des Druckabbaus an der Drossel 37 ebenfalls keinen Druck. Beide Hubventile 18 und 19 sind daher geschlossen. Auch die Motorlei­ tungen 14 und 15 sind von der Pumpenleitung 3 abge­ trennt. Der Motor 2 hat eine feste Position. Da die Hubventile 18 und 19 dicht schließen, besteht auch keine Gefahr, daß sich bei einer Änderung der Druck­ verhältnisse, wie Negativlast beim Motor 2, ein Sperrventil öffnet.

2. Betätigungsfunktion

Dies entspricht der Stellung 11 oder 12 des Steuer­ ventils 9. In der Betätigungsstellung 11 drückt die zugeführte Druckflüssigkeit das Sperrventil 17 auf. Gleichzeitig wird das Hubventil 19 geöffnet, weil über die Steuerdruckleitung 35a Lastdruck zugeführt wird. Infolgedessen ist die Federkammer 24 des Sperr­ ventils 16 druckentlastet. Das Sperrventil 16 kann daher unter dem Einfluß der rücklaufenden Druckflüs­ sigkeit ebenfalls öffnen. Ähnliche Verhältnisse erge­ ben sich in der Betätigungsstellung 12.

3. Schwimmfunktion

In der Schwimmstellung 13 wird der Steuerdruckkanal 36 mit dem Schwimmsignaldruck V, der über die Signalleitung 6 zugeführt wird, versorgt. Hierdurch werden beide Hubventile 18 und 19 geöffnet. Beide Federkam­ mern 24 und 24a sind entlastet. Kleine Druckerhöhun­ gen an einem der Motoranschlüsse A oder B reichen aus, um die Sperrventile 16, 17 zu öffnen. Der Motor kann sich daher frei in Abhängigkeit von seinen äuße­ ren Belastungen verstellen. Die Federn 29, 29a und 34, 34a können mit einer solchen Vorspannung ausge­ legt sein, daß die Verschlußstücke nach Ende der Schwimmfunktion sicher in ihre Schließlage zurückkeh­ ren.

Die Alternative gemäß Fig. 3 stimmt weitgehend mit Fig. 1 überein. Für geänderte Teile werden um 100 er­ höhte Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich sind im wesentlichen nur die beiden Hubventile 118 und 119 so­ wie die zugehörige Steuerdruckzuführung. Die beiden Hubventile 118 und 119 besitzen lediglich einen Kolben mit einer Steuerdruckkammer 132 bzw. 132a, die von der Steuerdruckleitung 135 bzw. 135a versorgt wird. Die ge­ meinsame Steuerdruckleitung 136 ist über zwei Rück­ schlagventile 138, 138a mit den Steuerdruckkammern 132 bzw. 132a verbunden. Auf diese Weise wird der Schwimm­ signaldruck beiden Steuerdruckkammern gleichzeitig zu­ geführt. Spezielle Maßnahmen für den Druckabbau brau­ chen nicht getroffen zu werden, da er automatisch über die Steuerdruckleitungen 135, 135a erfolgt, wenn die Neutralstellung des Steuerventils durchlaufen wird.

Die Hubventile 18 und 19 benötigen keine feste Zuord­ nung zum Steuerventil 9 und zu den Sperrventilen 16 und 17. Sie können daher an denjenigen Stellen im Ventilge­ häuse untergebracht werden, wo dies aus Platzgründen oder aus Gründen der kurzen Verbindungskanäle günstig ist. Die Hubventile können daher auch voneinander getrennt und in einer anderen Ebene als die Sperrventile angeordnet werden.

Von den veranschaulichten Ausführungsformen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grund­ gedanken der Erfindung zu veranlassen. So kann bei­ spielsweise die Entlastung der Steuerdruckleitungen 35, 35a, 135 und 135a in der Verriegelungsstellung 10 statt zum Behälterdruck T hin zum konstanten Niederdruck To hin erfolgen, so daß eine Druckerhöhung im Behälter keinen Einfluß auf die Hubventilsteuerung hat.

Claims (10)

1. Hydraulische Ventilanordnung mit Verriegelungs- und Schwimmfunktion, mit einem Steuerventil, das in zwei Betätigungsstellungen einen Motoranschluß mit einem Pumpenanschluß und einen zweiten Motoran­ schluß mit einem Behälteranschluß verbindet und um­ gekehrt, in einer Schwimmstellung beide Motoran­ schlüsse mit dem Behälteranschluß verbindet und in einer Verriegelungsstellung beide Motoranschlüsse vom Pumpen- und Behälteranschluß trennt, und mit zwei Sperrventilen, die je zwischen das Steuerven­ til und einen Motoranschluß geschaltet sind und ei­ nen durch eine Feder belasteten und eine Federkam­ mer begrenzenden Kolben aufweisen, wobei die Feder­ kammern druckentlastbar sind, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Druckentlastung Hubventile (18, 19; 118, 119) vorgesehen sind, die durch einen von der Stellung des Steuerventils (9) abhängigen Steuer­ druck betätigt werden.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubventile (18, 19; 118, 119) bei hohem Steuer­ druck öffnen und bei geringem Steuerdruck schlie­ ßen.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerdruck in den Betätigungsstellun­ gen (11, 12) der Lastdruck (LSa, LSb) ist.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerdruck in der Verriegelungsstel­ lung (10) der Behälterdruck (T) ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck in der Schwimmstellung (13) ein Schwimmsignaldruck (V) oder der Pumpendruck ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubventile (18, 19) ein Verschlußstück (28, 28a), das durch eine Feder (29, 29a) gegen seinen Ventilsitz gedrückt wird, und ei­ nen in Öffnungsrichtung auf das Verschlußstück wir­ kenden Kolben (30, 31; 30a, 31a) aufweisen, der in Öffnungsrichtung vom Steuerdruck und in Schließ­ richtung vom Behälterdruck (T) und einer Feder (34, 34a) belastet ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Kolben (30, 31; 30a, 31a) eines Paares hintereinander angeordnet sind und der Steuerdruck in der Betätigungsstellung (11, 12) einer Steuer­ druckkammer (32, 32a) zwischen den Kolben und in der Schwimmstellung (13) gemeinsam Steuerdruckkammern (33, 33a) an den Enden beider Paare zugeführt wird.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Steuerdruckkammern (33, 33a) an den En­ den beider Paare führende Steuerdruckleitung (36) über eine Drossel (37) mit einer Niederdruck (To) führenden Niederdruckleitung (7) verbunden ist.

9. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Kolben (130, 130a) mit einer Steuer­ druckkammer (132, 132a) vorgesehen ist, denen der Steuerdruck in der Betätigungsstellung (11, 12) se­ parat und in der Schwimmstellung (13) über je ein Rückschlagventil (137, 137a) von einer gemeinsamen Steuerdruckleitung (136) zugeführt wird.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Betätigungsstellung (11, 12) Lastdruck (LSa, LSb) führende Steuerdruck­ leitung (35, 35a; 135, 135a) in der Verriegelungs­ stellung (10) an einen Niederdruck (T) angeschlos­ sen ist.