DE19955521A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumenstroms zumindest eines belasteten Arbeitsmittels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumenstroms (10) zumindest eines belasteten Arbeitsmittels (12) mit zumindest einem Sperrventil, das einen Hauptventilkörper (14) aufweist, der mit einer Hauptventilfeinsteuerung (18) zusammenwirkt, und mit einem von einem Stellelement (20) betätigbaren Vorsteuerventilkörper (22), mit dem der Hauptventilkörper (14) hydraulisch steuerbar ist, wobei ein Vorsteuervolumenstrom (36) stromaufwärts von einem Vorsteuerventilsitz (26) über zumindest einen Drosselquerschnitt einer Drosselstelle (38, 40) geleitet ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Drosselquerschnitt einer Drosselstelle (38), über den der Vorsteuervolumenstrom (36) geleitet ist, zumindest zu Beginn mit dem Öffnungshub des Hauptventilkörpers (14) zunimmt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumenstroms zumindest eines belasteten Arbeitsmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 40 604 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung mit einem Sperrventil bekannt, in dem ein Sitzventilkörper angeordnet ist. Der Sitzventilkörper wirkt mit einem gehäuse­ festen Hauptventilsitz zusammen. Im Sitzventilkörper ist ein Vorsteuerventilkörper angeordnet, welcher mit einem Ventil­ sitz im Sitzventilkörper zusammenwirkt. Der Sitzventilkörper wird durch die Wirkung des Drucks in einem Druckraum an einer seiner Stirnseiten in den Hauptventilsitz gedrückt. Der Druckraum ist über eine Längsbohrung und über eine radiale Drosselbohrung im Sitzventilkörper mit einem Arbeitszylinder verbunden. Über eine variable Drosselstelle zwischen dem Vor­ steuerventilkörper und dem Sitzventilkörper, deren Öffnungs­ querschnitt durch den Vorsteuerventilkörper gesteuert wird, kann mit Hilfe eines Proportionalmagneten der Druck im Druck­ raum und damit die Lage des Sitzventilkörpers im Sperrventil beeinflußt werden. Die Lage des Sitzventilkörpers im Sperr­ ventil bestimmt einen Hauptvolumenstrom vom Arbeitszylinder in eine Rücklaufleitung.

Wird der Vorsteuerventilkörper vom Proportionalmagneten betä­ tigt, stellt sich mit dem Betätigungshub ein proportionaler Vorsteuervolumenstrom ein, und zwar bis sich der Hauptventil­ körper in Öffnungsrichtung verschiebt und dem Vorsteuerven­ tilkörper folgt. Durch die Bewegung des Hauptventilkörpers stellt sich zwischen dem Vorsteuerventilkörper und dem Haupt­ ventilkörper ein konstanter Drosselquerschnitt über dem wei­ teren Betätigungsweg des Vorsteuerventilkörpers ein. Der Vo­ lumenstrom aus dem Arbeitszylinder bleibt dadurch unabhängig vom Stellweg des Vorsteuerventilkörpers konstant, und zwar bis die Überdeckung des Hauptventilkörpers durchfahren ist und über eine Feinsteuerung des Hauptventilkörpers und über den Hauptventilsitz ein Hauptvolumenstrom abfließt. Bei ge­ öffnetem Hauptventilsitz stellt sich insgesamt wiederum ein dem Betätigungshub des Vorsteuerventilkörpers proportionaler Volumenstrom ein.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumenstroms zumindest eines belasteten Arbeitsmittels mit zumindest einem Sperrventil, das einen Hauptventilkörper aufweist, der mit einem Hauptventilsitz zu­ sammenwirkt. Ferner besitzt das Sperrventil einen von einem Stellelement betätigbaren Vorsteuerventilkörper, der mit ei­ nem Vorsteuerventilsitz zusammenwirkt und über den ein den Hauptventilkörper in Schließrichtung belastender Druck in ei­ nem zwischen dem Hauptventilkörper und einem angrenzenden Bauteil angeordneten Ventildruckraum steuerbar ist, wobei ein Vorsteuervolumenstrom stromaufwärts vom Vorsteuerventilsitz über zumindest einen Drosselquerschnitt einer Drosselstelle geleitet ist.

Es wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Drosselquerschnitt einer Drosselstelle, über den der Vorsteuervolumenstrom ge­ leitet ist, zumindest zu Beginn mit dem Öffnungshub des Hauptventilkörpers zunimmt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann vorteilhaft ein über dem Betätigungsweg des Vorsteuer­ ventilkörpers bzw. des Stellelements stets ansteigender Volu­ menstrom erreicht werden. Ein sich konstant einstellender Vo­ lumenstrom über einen durch Toleranzen nicht genau bestimmba­ ren Betätigungsweg des Vorsteuerventilkörpers kurz vor dem Öffnen der Hauptventilfeinsteuerung und Volumenstromschwan­ kungen können vermieden und die Feinsteuerung kann verbessert werden.

Die Drosselstelle kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Konstruktionen erreicht werden, bei­ spielsweise mit Nuten usw. Eine besonders einfache und ko­ stengünstige Konstruktion ergibt sich, indem der Vorsteuervo­ lumenstrom über einen separaten Kanal im angrenzenden Bauteil dem Hauptventilkörper zugeführt ist und die Drosselstelle ei­ ne im Hauptventilkörper angeordnete und durch das angrenzende Bauteil teilweise überdeckte Drosselbohrung aufweist und die Überdeckung der Drosselbohrung mit dem Öffnungshub des Haupt­ ventilkörpers abnimmt. Um zusätzliche Drosselstellen, Ferti­ gungsaufwand und Kosten zu vermeiden, wird vorteilhaft für die erfindungsgemäße Lösung eine Drosselbohrung genutzt, über die der Ventildruckraum mit einem Arbeitsdruckraum des Ar­ beitsmittels verbunden ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung geht aus von einer Vor­ richtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumenstroms zu­ mindest eines belasteten Arbeitsmittels mit zumindest einem Sperrventil, das einen Hauptventilkörper aufweist, der mit einem Hauptventilsitz zusammenwirkt. Ferner besitzt das Sperrventil einen von einem Stellelement betätigbaren Vor­ steuerventilkörper, der mit einem Vorsteuerventilsitz zusam­ menwirkt und über den ein den Hauptventilkörper in Schließ­ richtung belastender Druck in einem zwischen dem Hauptventil­ körper und einem angrenzenden Bauteil angeordneten Ven­ tildruckraum steuerbar ist, wobei in Schließstellung des Hauptventilkörpers und des Vorsteuerventilkörpers der Ven­ tildruckraum mit einem Arbeitsdruckraum des Arbeitsmittels verbunden ist.

Es wird vorgeschlagen, daß beim Verschieben des Vorsteuerven­ tilkörpers aus dem Vorsteuerventilsitz der Vorsteuerventil­ körper mit einer ersten Steuerkante die Verbindung zwischen dem Arbeitsdruckraum und dem Ventildruckraum unterbricht und anschließend über eine zweite Steuerkante den Ventildruckraum entlastet. Aus dem Arbeitsmittel fließt erst ein Volumenstrom in einen Rücklauf, wenn der Hauptventilkörper den Hauptven­ tilsitz öffnet. Der Volumenstrom aus dem Arbeitsmittel steigt stets proportional zu dem Betätigungsweg des Vorsteuerventil­ körpers an. Ein sich konstant einstellender Volumenstrom über einen durch Toleranzen nicht genau bestimmbaren Betätigungs­ weg des Vorsteuerventilkörpers kurz vor dem Öffnen des Haupt­ ventilsitzes und Volumenstromschwankungen können vermieden und die Feinsteuerung kann verbessert werden.

Ferner kann eine hohe Schließgeschwindigkeit erreicht werden, indem beim Schließen Druckmittel über einen großen Quer­ schnitt ohne zwischengeschaltete Drosselstelle in den Ven­ tildruckraum geleitet werden kann.

Bis der Hauptventilkörper die Hauptventilfeinsteuerung öffnet und aus dem Arbeitsmittel ein Volumenstrom abfließen kann muß der Vorsteuerventilkörper einen Betätigungsweg zurücklegen, der vorzugsweise regelungstechnisch berücksichtigt ist, und zwar indem das Stellelement zu Beginn sprunghaft anspricht und den Vorsteuerventilkörper um einen Betätigungsweg ver­ schiebt, der geringfügig kleiner ist als der Betätigungsweg, bei dem der Hauptventilkörper die Hauptventilfeinsteuerung öffnet.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen­ fassen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit einem Sperrventil im Längsschnitt und

Fig. 2 eine Variante nach Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung eines Volumen­ stroms 10 eines Arbeitszylinders 12, über den mit einer Pumpe 54 und über ein 3/2-Wegeventil 56 eine Last gehoben und über ein Sperrventil gesteuert gesenkt werden kann. Das Sperrven­ til besitzt einen Hauptventilkörper 14, der mit einem Haupt­ ventilsitz 17 und einer Hauptventilfeinsteuerung 18 zusammen­ wirkt. Ferner besitzt das Sperrventil einen von einem Propor­ tionalmagneten 20 betätigbaren Vorsteuerventilkörper 22, der in einer Längsbohrung 66 im Hauptventilkörper 14 angeordnet ist und mit einem Vorsteuerventilsitz 26 im Hauptventilkörper 14 zusammenwirkt. Über den Vorsteuerventilkörper 22 ist ein den Hauptventilkörper 14 in Schließrichtung 28 belastender Druck in einem zwischen dem Hauptventilkörper 14 und einem Ventileinsatz 30 angeordneten Ventildruckraum 34 steuerbar. Der Ventildruckraum 34 ist über eine Längsbohrung 62 im Hauptventilkörper 14, über eine Drosselstelle 38 mit einer radialen Drosselbohrung 44 im Hauptventilkörper 14 und über einen separaten Kanal 42 im Ventileinsatz 30 mit einem Ar­ beitsdruckraum 48 des Arbeitszylinders 12 verbunden. Die den Vorsteuerventilkörper 22 führende Längsbohrung 66 ist zum Ventildruckraum 34 mit einem Stopfen 64 verschlossen.

Der Vorsteuerventilkörper 22 ist über eine nicht näher darge­ stellte vorgespannte Feder in Schließrichtung 28 in seinen Vorsteuerventilsitz 26 im Hauptventilkörper 14 gedrückt. Soll eine Last mit dem Arbeitszylinder 12 abgesenkt werden, wird der Proportionalmagnet 20 aktiviert. Ein Magnetstößel 58 ver­ schiebt den Vorsteuerventilkörper 22 gegen die Feder in Öff­ nungsrichtung 60. Um zu vermeiden, daß der Vorsteuerventil­ körper 22 gegen einen hydraulischen Druck verschoben werden muß, ist ein auf der dem Proportionalmagneten 20 abgewandten Seite des Vorsteuerventilkörpers 22 angeordneter Raum 80 über eine Längsbohrung 82 und über Querbohrungen 84, 86 im Vor­ steuerventilkörper 22 druckentlastet.

Der Vorsteuerventilkörper 22 verschiebt sich aus dem Vorsteu­ erventilsitz 26 im Hauptventilkörper 14 in Öffnungsrichtung 60, so daß ein Vorsteuervolumenstrom 36 über die Drosselstel­ le 38 und eine Drosselstelle 40 zwischen dem Hauptventilkör­ per 14 und dem Vorsteuerventilkörper 22 in einen nicht näher dargestellten Rücklauf abfließen kann. Durch den Vorsteuervo­ lumenstrom 36 wird der Druck im Ventildruckraum 34 reduziert, und zwar bis der Hauptventilkörper 14 dem Vorsteuerventilkör­ per 22 in seiner Bewegung folgt.

Erfindungsgemäß ist die Drosselbohrung 44 im Hauptventilkör­ per 14 vom Ventileinsatz 30 teilweise überdeckt, wobei die Überdeckung 46 mit dem Öffnungshub des Hauptventilkörpers 14 abnimmt und dadurch ein Drosselquerschnitt der Drosselstelle 38 zunimmt. Es stellt sich während der Bewegung des Hauptven­ tilkörpers 14 in Öffnungsrichtung 60, bereits vor dem Öffnen der Hauptventilfeinsteuerung 18 ein ansteigender Vorsteuervo­ lumenstrom 36 ein. Ist die Hauptventilfeinsteuerung 18 geöff­ net kann aus dem Arbeitszylinder 12 über einen Kanal 68 im Ventileinsatz 30, über den Hauptventilsitz 17 und über die Hauptventilfeinsteuerung 18 ein Hauptvolumenstrom abfließen.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer alternativen Vorrichtung mit einem Sperrventil dargestellt. Im wesentlichen gleich­ bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Be­ zugszeichen beziffert. Das Sperrventil besitzt einen Haupt­ ventilkörper 16, der mit einer Hauptventilfeinsteuerung 18 zusammenwirkt. Ferner besitzt das Sperrventil einen von einem Proportionalmagneten 20 betätigbaren Vorsteuerventilkörper 24; der mit einem Vorsteuerventilsitz 26 zusammenwirkt und über den ein den Hauptventilkörper 16 in Schließrichtung 28 belastender Druck in einem zwischen dem Hauptventilkörper 16 und einem Ventileinsatz 32 angeordneten Ventildruckraum 34 steuerbar ist. Der Ventildruckraum 34 ist in der Schließstel­ lung des Hauptventilkörpers 16 und des Vorsteuerventilkörpers 24 über eine Längsbohrung 62, über einen ersten Ringkanal 70, über zwei weitere, mit dem ersten Ringkanal 70 verbundene Ringkanäle 72, 74, über eine radiale Bohrung 76 im Hauptven­ tilkörper 16 und über einen Kanal 78 im Ventileinsatz 32 mit einem Arbeitsdruckraum 48 eines Arbeitszylinders 12 verbun­ den.

Der Vorsteuerventilkörper 24 ist über eine nicht näher darge­ stellte vorgespannte Feder in Schließrichtung 28 in seinen Vorsteuerventilsitz 26 im Hauptventilkörper 16 gedrückt. Soll eine Last mit dem Arbeitszylinder 12 abgesenkt werden, wird der Proportionalmagnet 20 aktiviert. Ein Magnetstößel 58 ver­ schiebt den Vorsteuerventilkörper 24 gegen die Feder. Der Vorsteuerventilkörper 24 verschiebt sich aus dem Vorsteuer­ ventilsitz 26 im Hauptventilkörper 16 in Öffnungsrichtung 60 und unterbricht die Verbindung zwischen dem Arbeitsdruckraum 48 und dem Ventildruckraum 34 mit einer ersten Steuerkante 50, die den ersten Ringkanal 70 von den zwei weiteren Ringka­ nälen 72, 74 hydraulisch trennt. Anschließend stellt der Vor­ steuerventilkörper 24 auf seinem weiteren Betätigungsweg über eine zweite Steuerkante 52 eine Verbindung zwischen dem Ven­ tildruckraum 34 über den Vorsteuerventilsitz 26 mit einem nicht näher dargestellten Rücklauf her. Der Ventildruckraum 34 wird über einen Vorsteuervolumenstrom 36 entlastet und der Hauptventilkörper 16 kann sich aus seinem Hauptventilsitz 17 in Öffnungsrichtung 60 verschieben. Erst wenn der Hauptven­ tilkörper 16 seine Hauptventilfeinsteuerung 18 öffnet, kann ein mit dem Betätigungsweg des Vorsteuerventilkörpers 24 pro­ portional ansteigender Volumenstrom aus dem Arbeitszylinder 12 in den Rücklauf abfließen und eine Last abgesenkt werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumen­ stroms (10) zumindest eines belasteten Arbeitsmittels (12) mit zumindest einem Sperrventil, das einen Hauptventilkörper (14) aufweist, der mit einer Hauptventilfeinsteuerung (18) zusammenwirkt, und mit einem von einem Stellelement (20) be­ tätigbaren Vorsteuerventilkörper (22), der mit einem Vorsteu­ erventilsitz (26) zusammenwirkt und über den ein den Haupt­ ventilkörper (14) in Schließrichtung (28) belastender Druck in einem zwischen dem Hauptventilkörper (14) und einem an­ grenzenden Bauteil (30) angeordneten Ventildruckraum (34) steuerbar ist, wobei ein Vorsteuervolumenstrom (36) stromauf­ wärts vom Vorsteuerventilsitz (26) über zumindest einen Dros­ selquerschnitt einer Drosselstelle (38, 40) geleitet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Drosselquerschnitt einer Drosselstelle (38), über den der Vorsteuervolumenstrom (36) geleitet ist, zumindest zu Beginn mit dem Öffnungshub des Hauptventilkörpers (14) zunimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuervolumenstrom (36) über einen separaten Kanal (42) im angrenzenden Bauteil (30) dem Hauptventilkörper (14) zugeführt ist und die Drosselstelle (38) eine im Hauptventil­ körper (14) angeordnete und durch das angrenzende Bauteil (30) teilweise überdeckte Drosselbohrung (44) aufweist und die Überdeckung (46) der Drosselbohrung (44) mit dem Öff­ nungshub des Hauptventilkörpers (14) abnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventildruckraum (34) über die Drosselbohrung (44) mit ei­ nem Arbeitsdruckraum (48) des Arbeitsmittels (12) verbunden ist.

4. Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Volumen­ stroms (10) zumindest eines belasteten Arbeitsmittels (12) mit zumindest einem Sperrventil, das einen Hauptventilkörper (16) aufweist, der mit einer Hauptventilfeinsteuerung (18) zusammenwirkt, und mit einem von einem Stellelement (20) be­ tätigbaren Vorsteuerventilkörper (24), der mit einem Vorsteu­ erventilsitz (26) zusammenwirkt und über den ein den Haupt­ ventilkörper (16) in Schließrichtung (28) belastender Druck in einem zwischen dem Hauptventilkörper (16) und einem an­ grenzenden Bauteil (32) angeordneten Ventildruckraum (34) steuerbar ist, wobei in Schließstellung des Hauptventilkör­ pers (16) und des Vorsteuerventilkörpers (24) der Ven­ tildruckraum (34) mit einem Arbeitsdruckraum (48) des Ar­ beitsmittels (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschieben des Vorsteuerventilkörpers (24) aus dem Vor­ steuerventilsitz (26) der Vorsteuerventilkörper (24) mit ei­ ner ersten Steuerkante (50) die Verbindung zwischen dem Ar­ beitsdruckraum (48) und dem Ventildruckraum (34) unterbricht und anschließend über eine zweite Steuerkante (52) den Ven­ tildruckraum (34) entlastet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsweg des Vorsteuerventilkörpers (24) bis zu ei­ nem Öffnen der Hauptventilfeinsteuerung (18) über den Haupt­ ventilkörper (16) regelungstechnisch berücksichtigt ist.