DE19931142C2 - Hydraulische Ventilanordnung mit Verriegelungsfunktion - Google Patents

Abstract

Es gibt eine hydraulische Ventilanordnung mit Verriegelungsfunktion. Sie weist ein Steuerventil (9) auf, das in zwei Betätigungsstellungen (11, 12) einen Motoranschluß (A) mit einem Pumpenanschluß und einen zweiten Motoranschluß (B) mit einem Behälteranschluß verbindet und umgekehrt sowie in einer Verriegelungsstellung (10) beide Motoranschlüsse (A, B) vom Pumpen- und Behälteranschluß trennt. Ferner gibt es zwei Sperrventile (16, 17), die je zwischen das Steuerventil (9) und einen Motoranschluß (A, B) geschaltet sind. Das Kennzeichen besteht darin, daß für jedes Sperrventil (16, 17) ein Druckentlastungsventil (18, 19) vorgesehen ist, dessen Betätigungsglied (30, 30a) in Schließrichtung durch einen in einer ersten Kammer (31, 31a) wirkenden Erstkammer-Druck und eine weitere Kraft (33, 33a) und in Öffnungsrichtung durch einen in einer zweiten Kammer (32, 32a) wirkenden Steuerdruck belastbar ist, und daß der Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerventils (9) einen unteren Wert, der gleich dem Erstkammer-Druck ist, und einen oberen Wert, der um einen solchen Wert über dem Erstkammer-Druck liegt, daß die entgegengesetzt wirkende Schließkraft überwunden wird, aufweist. Dies ergibt eine sehr hohe Betriebssicherheit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ven­ tilanordnung mit Verriegelungsfunktion, mit einem Steu­ erventil, das in zwei Betätigungsstellungen einen Mo­ toranschluß mit einem Pumpenanschluß und einen zweiten Motoranschluß mit einem Behälteranschluß verbindet und umgekehrt, sowie in einer Verriegelungsstellung beide Motoranschlüsse vom Pumpen- und Behälteranschluß trennt, und mit zwei Sperrventilen, die je zwischen das Steuerventil und einen Motoranschluß geschaltet 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 Sperrventile weisen einen durch eine Feder belasteten und eine Federkammer begrenzenden Kolben auf, wobei die Federkammern druckentlastbar sind. Die Druckentlastung der Federkammern, die notwen­ dig ist, um die Sperrventile in den Betätigungsstellungen und in der Schwimmstellung des Steuerventils offen zu halten, erfolgt dadurch, daß Entlastungskanäle in die Bohrung des Steuerventils münden und deren Mündung von dessen Schieber übersteuert wird. Es hat sich aber gelegentlich gezeigt, daß Fehler in der Funktion, ins­ besondere in der Verriegelungsfunktion, auftreten.

DE 28 52 382 A1 zeigt ein Strömungsmittelsteuersystem, das eine Druckquelle und einen Einlaßabschnitt mit Bypassventil über eine Richtungs-Steuerventilanordnung mit einem Strömungsmotor verbindet. Die Steuerventil­ anordnung weist dabei ein Handsteuerventil, ein Regu­ lierventil und ein Strömungssteuerventil auf. Das Hand­ steuerventil weist zwei Arbeitsausgänge auf, die je­ weils über ein pilotbetätigtes Verriegelungsventil mit einem Arbeitsanschluß des Strömungsmotors verbunden sind. Die Pilotanschlüsse dieser Verriegelungsventile fühlen über eine gemeinsame Pilotleitung den Druck ei­ ner Leitung zwischen dem Regulierventil und dem Hand­ steuerventil. Das Regulierventil ist wiederum von einer Seite mit einem Steuerdruck, der an einer Verbindungs­ leitung zwischen dem Regulierventil und dem Bypassven­ til abgegriffen wird, und von der anderen Seite durch eine einstellbare Feder beaufschlagt.

DE 297 13 294 U1 zeigt eine hydraulische Steuervorrich­ tung für ein Kippfahrzeug, bei dem ein Kipperantrieb über einen einzelnen Motoranschluß wahlweise mit einer Pumpe oder einer Drucksenke verbindbar ist. Der Kipper­ antrieb ist mit der Pumpe über eine Druckleitung ver­ bunden, in der ein Rückschlagventil angeordnet ist. Auf beiden Seiten des Rückschlagventils ist die Drucklei­ tung über jeweils ein Schieberventil mit Betätigungsma­ gnet mit einer Rücklaufleitung zu der Drucksenke ver­ bunden. Das von dem Rückschlagventil aus stromaufwärts angeschlossene Schieberventil weist eine hydraulische Vorsteuerung auf, die über ein Entlastungsventil mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Bei einem vorbe­ stimmten Überdruck in der Druckleitung zwischen dem Rückschlagventil und dem Kipperantrieb öffnet das Ent­ lastungsventil der Vorsteuerung, wodurch wiederum das stromaufwärts angeschlossene Schieberventil geöffnet werden kann.

Hier besteht die Gefahr, daß sich bei einer Änderung der Druckverhältnisse, wie bei einer Negativlast am Mo­ tor, ein Sperrventil öffnet.

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

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Ventilanordnung mit Verriegelungsfunktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß für jedes Sperrventil ein Druckentlastungsventil vorge­ sehen ist, dessen Betätigungsglied in Schließrichtung durch einen in einer ersten Kammer wirkenden Erstkam­ mer-Druck und eine weitere Kraft und in Öffnungsrich­ tung durch einen in einer zweiten Kammer wirkenden Steuerdruck belastbar ist, und daß der Steuerdruck in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerventils einen unteren Wert, der sich mit Hilfe einer Ablaßdrossel, über die beide Kammern miteinander verbunden sind, er­ gibt und gleich dem Erstkammer-Druck ist, und einen oberen Wert, der um einen solchen Wert über dem Erst­ kammer-Druck liegt, daß die entgegengesetzt wirkende Schließkraft überwunden wird, aufweist.

Die Verwendung von druckgesteuerten Druckentlastungs­ ventilen ergibt eine große Freizügigkeit in der Auslegung, was hinsichtlich der Raumausnutzung und der Lö­ sung von Leckageproblemen von Vorteil ist. Die Abhän­ gigkeit des Steuerdrucks vom Erstkammer-Druck stellt sicher, daß Schwankungen dieses Drucks, die, vor allem in größeren Systemen, nicht zu vermeiden sind, keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Druckentlastungsventi­ le haben. Dies gibt ein hohes Maß an Betriebssicher­ heit.

Dies gilt insbesondere dann, wenn der Erstkammer-Druck gleich dem Behälterdruck ist.

Vorteilhaft ist es, daß der obere Wert des Steuerdrucks um einen konstanten Wert über dem Erstkammer-Druck liegt. Dies ermöglicht eine besonders sichere Druckent­ lastung.

Konstruktiv empfiehlt es sich, daß die Druckentla­ stungsventile Hubventile und deren Betätigungselemente Kolben sind. Solche Hubventile mit Kolben lassen sich ohne weiteres so auslegen, daß sie in der Schließposi­ tion völlig dicht sind.

Günstig ist eine den oberen Wert des Steuerdrucks er­ zeugende Druckquelle, die mit Hilfe des Steuerventils entweder von der zweiten Kammer getrennt oder mit ihr verbunden ist, und die Ablaßdrossel zwischen der ersten und der zweiten Kammer. Durch Verbinden ergibt sich mit Hilfe der Druckquelle der obere Wert, durch Trennen mit Hilfe der Ablaßdrossel der untere Wert des Steuer­ drucks.

Von Vorteil ist es, daß die den oberen Wert des Steuer­ drucks erzeugende Druckquelle durch den Ausgang eines vom Pumpendruck gespeisten Druckregelventils, das in Schließrichtung vom Ausgangsdruck und in Öffnungsrich­ tung vom Behälterdruck und einer Feder belastet ist, gebildet ist. Eine solche Druckquelle ist einfach auf­ gebaut und läßt sich ohne Schwierigkeiten in einer hy­ draulischen Anordnung unterbringen.

Es empfiehlt sich, daß die den oberen Wert des Steuer­ drucks erzeugende Druckquelle auch den Pilotdruck für die elektrische Aktivierung des Steuerventils erzeugt. Die Druckquelle läßt sich daher mehrfach nutzen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür ge­ sorgt, daß ein vom Steuerdruck unabhängiges Lastdruck­ fühlsystem vorgesehen und in der Verriegelungsstellung des Steuerventils mit dem Behälter verbunden ist. Durch die klare Trennung von Steuerdruck und Lastdruck kann man in der Verriegelungsstellung die bekannte und ge­ wünschte Verbindung des Lastdruckfühlsystems mit dem Behälter vorsehen, ohne Nachteile beim Steuerdruck in Kauf nehmen zu müssen.

Günstig ist es ferner, daß das Steuerventil die den oberen Wert des Steuerdrucks erzeugende Druckquelle in der einen Betätigungsstellung mit der zweiten Kammer des einen Druckentlastungsventils und in der anderen Betätigungsstellung mit der zweiten Kammer des anderen Druckentlastungsventils verbindet. Das Steuerventil sorgt daher auch für die sinnrichtige Zufuhr des Steu­ erdrucks zum zugehörigen Druckentlastungsventil.

Von Vorteil ist es auch, daß das Steuerventil außer den beiden Betätigungsstellungen und der Verriegelungsstel­ lung eine Schwimmstellung hat, in der die zweiten Kam­ mern beider Druckentlastungsventile mit der den oberen Wert des Steuerdrucks erzeugenden Druckquelle verbunden sind. Die Ventilanordnung kann daher auch zusätzlich noch mit einer Schwimmstellung ausgestattet sein, in der beide Sperrventile offen gehalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Ventilanordnung,

Fig. 2 Einzelheiten der Ventilanordnung der Fig. 1 und

Fig. 3 ein die Druckquelle enthaltendes Schaltbild.

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 den Anschluß, dar mit einem Lastdrucksystem 5 verknüpft ist, einen den oberen Wert V eines Steuerdrucks zufüh­ renden Anschluß, der mit einer Steuerdruckleitung 6 verbunden ist, sowie zwei Motoranschlüsse A und B, die dem Anschluß des Motors 2 dienen. Außerdem ist ein zweiter Anschluß T' vorgesehen, der mit einer zweiten Behälterleitung 7 verbunden ist.

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 ein Druckentlastungsventil 18 bzw. 19 zugeordnet, wie dies genauer in Ver­ bindung mit Fig. 2 beschrieben wird.

Das Sperrventil 16 besitzt einen in einer Gehäuseboh­ rung 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 ei­ ne Entlastungsleitung 26 und das Druckentlastungsventil 18 mit einer zur Behälterleitung 4 führenden Leitung 27 in Verbindung. Der Durchmesser des Ventilsitzes 22 ist um soviel kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens 21, daß das Sperrventil bei überwiegendem Druck inner­ halb des Sitzes 22 ohne Druckentlastung, bei überwie­ gendem Druck außerhalb des Sitzes nur mit Druckentla­ stung der Federkammer 24 zu öffnen vermag. Das Sperr­ ventil 17 hat den gleichen Aufbau, weshalb dieselben Bezugszeichen, jedoch mit dem Zusatz "a" verwendet wer­ den. Hier erfolgt die Entlastung der Federkammer 24a über die Entlastungsleitung 26a und das Druckentla­ stungsventil 19 zur Behälterdruck führenden Leitung 27.

Beim Druckentlastungsventil 18 wird dessen Verschluß­ stück 28 durch eine Feder 29 in eine dichte Schließ­ stellung gedrückt. Zum Öffnen des Druckentlastungven­ tils 19 ist ein Betätigungsglied 30 in Form eines Kol­ bens vorgesehen, das zwischen einer ersten Kammer 31 und einer zweiten Kammer 32 angeordnet ist. Die Kammer 31 ist über die Leitung 27 mit einem Erstkammer-Druck, hier dem Behälterdruck, versorgt und enthält als weite­ re in Schließrichtung wirkende Kraft eine Feder 33. Die zweite Kammer 32 kann über eine Leitung 34 mit dem Steuerdruck V versorgt werden. Beide Kammern sind über eine Ablaßdrossel 35 miteinander verbunden, so daß bei fehlender Zufuhr des Steuerdruckes der Druck in der zweiten Kammer 32 gleich dem Erstkammer-Druck ist. Das Druckentlastungsventil 19 hat den gleichen Aufbau, wes­ halb wiederum dieselben Bezugszeichen mit dem Zusatz "a" verwendet werden.

Fig. 3 zeigt ein Pumpenmodul 40 mit einer vom Lastdruck LS geregelten Pumpe 41 und einem Behälter 42. Als Druckquelle 43 für den oberen Wert des Steuerdrucks dient der Ausgang 44 eines Druckregelventils 45, das in Öffnungsrichtung durch den Behälterdruck und eine Feder 46 sowie in Schließrichtung durch den Ausgangsdruck be­ lastet ist, wie dies durch die gestrichelt dargestell­ ten Leitungen angedeutet ist. Der obere Wert des Steu­ erdrucks ist daher um einen konstanten Wert größer als der Erstkammer-Druck. Er erzeugt in der zweiten Kammer 32 bzw. 32a eine Kraft, die die Schließkraft in der er­ sten Kammer 31 bzw. 31a überwindet. Wie Fig. 1 erkennen läßt, wird der obere Wert des Steuerdrucks auch ausge­ nutzt, um die elektrische Betätigung des Steuerventils 9 zu unterstützen.

Damit ergeben sich die folgenden Betriebsweisen:

1. Verriegelungsfunktion

Das Steuerventil 9 nimmt die veranschaulichte Stel­ lung 10 ein, welche der Neutralstellung entspricht. Beide Leitungen 34, 34a, die zu den zweiten Kammern 32 bzw. 32a der Druckentlastungsventile 19 bzw. 18 führen, sind von der Druckquelle 43 abgetrennt. Die ersten Kammern 31 bzw. 31a stehen unter dem Behäl­ terdruck, der wegen der Ablaßdrosseln 35 bzw. 35a auch in den zweiten Kammern 32 bzw. 32a herrscht. Beide Druckentlastungsventile 18 und 19 sind daher geschlossen. Die Sperrventile 16 und 17 befinden sich in ihrer Sperrstellung. Daher sind die Motor­ anschlüsse A und B von der Pumpenleitung 3 abge­ trennt. Der Motor 2 hat eine feste Position. Da die Druckentlastungsventile 18 und 19 dicht schließen, besteht auch keine Gefahr, daß sich bei einer Ände­ rung der Druckverhältnisse, wie einer Negativlast beim Motor 2, ein Sperrventil öffnet. Die Leitungen des Lastdruckfühlsystems 5 können hierbei mit dem Behälter T verbunden werden, wie dies an sich be­ kannt und gewünscht ist.

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 Druckentlastungsventil 18 ge­ öffnet, weil über die Leitung 34 Steuerdruck mit seinem oberen Wert zugeführt wird. Denn im Steuer­ ventil 9 war eine entsprechende Verbindung mit der Druckquelle 43 hergestellt worden. Infolgedessen ist die Federkammer 24 des Sperrventils 16 druckentlastet. Es kann daher unter dem Einfluß der rücklaufenden Druckflüssigkeit ebenfalls öffnen. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich in der Betäti­ gungsstellung 12.

3. Schwimmfunktion

In der Schwimmstellung 13 werden beide Leitungen 34 und 34a vom Steuerventil 9 an die Druckquelle 43 angeschlossen. Hierdurch werden beide Druckentla­ stungsventile 18 und 19 geöffnet. Beide Federkam­ mern 24 und 24a sind entlastet. Kleine Druckerhöhungen an einem der Motoranschlüsse A oder B rei­ chen aus, um die Sperrventile 16 und 17 zu öffnen. Der Motor kann sich daher frei in Abhängigkeit von seinen äußeren Belastungen verstellen.

Die Druckentlastungsventile arbeiten in ihren beiden Stellungen mit großer Genauigkeit. Sind die zweiten Kammern 32 bzw. 32a von der Druckquelle 43 abgetrennt, führen sie wegen der Ablaßdrossel 35 bzw. 35a den Erstkammer- oder Behälterdruck. Es gibt keine Druckdif­ ferenz, die das Betätigungsglied 30 bzw. 30a verstellen würde. Ist die Verbindung der zweiten Kammer mit der Druckquelle 43 hergestellt, so liegt der Druck in der zweiten Kammer 32 bzw. 32a immer um einen vorbestimm­ ten Betrag über dem Druck in der ersten Kammer 31 bzw. 31a, so daß der Kolben mit konstanter Kraft in der Öff­ nungsstellung gehalten wird.

Von der dargestellten Ausführungsform kann in vielfa­ cher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So brauchen die Ablaßdros­ seln 35 bzw. 35a nicht in den Druckentlastungsventilen vorgesehen zu sein, sondern können auch an anderer Stelle, beispielsweise im Schieber des Steuerventils 9, ihren Platz finden.

Die Abhängigkeit des Steuerdrucks von der Stellung des Steuerventils kann auf vielfache Weise verwirklicht sein. Statt der veranschaulichten Schaltstrecken am Schieber des Steuerventils 9 könnte auch ein gleichzei­ tig mit dem Steuerventil betätigter Schalter verwendet werden. Bei einem elektrisch betätigbaren Steuerventil kann das elektrische Signal auf den Steuerdruck Einfluß nehmen. Bei einem busgesteuerten Ventil können Bussignale zur Steuerung herangezogen werden.

Claims (10)

1. Hydraulische Ventilanordnung mit Verriegelungsfunk­ tion, mit einem Steuerventil, das in zwei Betäti­ gungsstellungen einen Motoranschluß mit einem Pum­ penanschluß und einen zweiten Motoranschluß mit ei­ nem Behälteranschluß verbindet und umgekehrt, sowie in einer Verriegelungsstellung beide Motoranschlüs­ se vom Pumpen- und Behälteranschluß trennt, und mit zwei Sperrventilen, die je zwischen das Steuerven­ til und einen Motoranschluß geschaltet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß für jedes Sperrventil (16, 17) ein Druckentlastungsventil (18, 19) vorge­ sehen ist, dessen Betätigungsglied (30, 30a) in Schließrichtung durch einen in einer ersten Kammer (31, 31a) wirkenden Erstkammer-Druck und eine wei­ tere Kraft und in Öffnungsrichtung durch einen in einer zweiten Kammer (32, 32a) wirkenden Steuer­ druck belastbar ist, und daß der Steuerdruck in Ab­ hängigkeit von der Stellung des Steuerventils (9) einen unteren Wert, der sich mit Hilfe einer Ablaß­ drossel (35, 35a), über die beide Kammern (31, 32; 31a, 32a) miteinander verbunden sind, ergibt und gleich dem Erstkammer-Druck ist, und einen oberen Wert, der um einen solchen Wert über dem Erstkam­ mer-Druck liegt, daß die entgegengesetzt wirkende Schließkraft überwunden wird, aufweist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Erstkammer-Druck gleich dem Be­ hälterdruck ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Wert des Steuer­ drucks um einen konstanten Wert über dem Erstkam­ mer-Druck liegt.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungs­ ventile (18, 19) Hubventile und deren Betätigung­ selemente (30, 30a) Kolben sind.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine den oberen Wert des Steu­ erdrucks erzeugende Druckquelle (43), die mit Hilfe des Steuerventils (9) entweder von der zweiten Kam­ mer (32, 32a) getrennt oder mit ihr verbunden ist, und durch die Ablaßdrossel (35, 35a) zwischen der ersten und der zweiten Kammer.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den oberen Wert des Steuerdrucks erzeugende Druckquelle (43) durch den Ausgang ei­ nes vom Pumpendruck gespeisten Druckregelventils (45), das in Schließrichtung vom Ausgangsdruck und in Öffnungsrichtung vom Behälterdruck und einer Feder (46) belastet ist, gebildet ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den oberen Wert des Steu­ erdrucks erzeugende Druckquelle (43) auch den Pi­ lotdruck für die elektrische Aktivierung des Steuerventils (9) erzeugt.

8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Steuerdruck unabhängiges Lastdruckfühlsystem (5) vorgesehen und in der Verriegelungsstellung (10) des Steuer­ ventils (9) mit dem Behälter (T) verbunden ist.

9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (9) die den oberen Wert des Steuerdrucks erzeugende Druckquelle (43) in der einen Betätigungsstellung (11) mit der zweiten Kammer (32) des einen Druckentlastungsventils (18) und in der anderen Betätigungsstellung (12) mit der zweiten Kammer (32a) des anderen Druckentlastungsventils (19) verbindet.

10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (9) außer den beiden Betätigungsstellungen (11, 12) und der Verriegelungsstellung (10) eine Schwimm­ stellung (13) hat, in der die zweiten Kammern (32, 32a) beider Druckentlastungsventile (18, 19) mit der den oberen Wert des Steuerdrucks erzeugenden Druckquelle (43) verbunden ist.