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Hydraulisches Wegeventil
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Wegeventil
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein solches Wegeventil aus der
DE-OS 2 252 772 bekannt, bei dem in einem Gehäuse neben einem Steuerschieber ein
Druckkompensationsventil angeordnet ist, um eine lastunabhängige Steuerung zu ermöglichen.
Der Steuerschieber, der hier die Funktionen einer Meßdrosselstelle für das Druckkompensationsventil
sowie der Richtungssteuerung zu zwei Motoranschlüssen übernimmt, arbeitet zur Begrenzung
des maximalen, zum Motor fließenden Druckmittelstroms mit mechanischen, verstellbaren
Anschlägen zusammen. Mit dieser Hubbegrenzung wird der vom Steuerschieber maximal
aufsteuerbare Durchflußquerschnitt in der Meßdrosselstelle begrenzt und somit in
Verbindung mit dem Druckkompensationsventil eine Maximalstrombegrenzung erreicht.
Obwohl diese Art der Maximalstrombegrenzung einfach und billig baut, hat sie doch
den Nachteil, daß sie sich schlecht für Wegeventile eignet, bei denen der Steuerschieber
in Arbeitsstellungen gerastet wird. Bei Verwendung einer solchen Maximalstrombegrenzung
leidet der Bedienungskemfort
eines Wegeventils mit gerastetem Steuerschieber.
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Außerdem eignet sich diese Maximalstrombegrenzung nicht für Wegeventile,
deren Steuerschieber zusätzlich zu der üblichen Neutral- und den Arbeitsstellungen
eine Freigangstellung aufweisen sollen.
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Ferner ist ein hydraulisches Wegeventil bekannt, dessen Steuerschieber
vier Schalt stellungen einnehmen kann und in dessen Gehäuse eine Einrichtung zur
Maximalstrombegrenzung angeordnet ist. Diese besteht aus einem koaxial zu einem
Rückschlagventil im Gehäuse angeordneten Bolzen, dessen hülsenförmiges Ende eine
kreissrunde Öffnung aufweist, die mit einer schrägen, gehäusefesten Steuerkante
zusammenarbeitet. Durch Drehen des Bolzens um seine Längsachse kann der maximal
zufließende Druckmittelstrom begrenzt werden. Bei dieser Bauart der Maximalstrombegrenzung
kann zwar der Steuerschieber vier Schaltstellungen einnehmen, jedoch hat diese Einrichtung
den Nachteil, daß der Bolzen während des Betriebs vom Zulaufdruck beaufschlagt wird
und somit nicht verstellbar ist. Außerdem arbeitet diese Maximalstrombegrenzung
nicht mit einem Druckkompensationsventil zusammen, so daß sie entsprechend ungenau
arbeitet.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße hydraulische Wegeventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß es bei relativ einfacher Bauweise einen hohen Bedienungskomfort für das Wegeventil
ermöglicht, indem die Maximalstrombegrenzung während des Betriebs verstellbar ist.
Die Einrichtung zur Maximalstrombegrenzung baut kompakt und arbeitet in Verbindung
mit dem Druckkompensationsventil genau. Der Steuerschieber selbst kann hinsichtlich
seines Hubes
und in Bezug auf seine Raststellungen unabhängig von
der Einrichtung zur Maximalstrombegrenzung ausgelegt werden und kann auch ohne weiteres
vier oder mehr Schaltstellungen aufweisen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils
möglich.
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Sie unterstützen vor allem eine einfache und platzsparende Bauart
der Einrichtung zur Maximalstrombegrenzung und ermöglichen deren sichere und genaue
Arbeitsweise. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung
und der Zeichnung. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 9 kann in vorteilhafter Weise
eine Feder eingespart werden, da der Drosselkolben an dem zur Verstellung dienenden
Bolzen anliegend gehalten wird.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur
zeigt einen Längsschnitt durch ein hydraulisches Wegeventil gemäß der Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur ist das Wegeventil
mit 10 bezeichnet. Es hat ein Gehäuse 11, in dem parallel zu einer einen Steuerschieber
12 aufnehmenden Schieberbohrung 13 eine Längsbohrung 14 verläuft. In der Längsbohrung
114 sind durch ringförmige Erweiterungen Kammern ausgebildet, von denen eine Zulaufkammer
15 über eine Zulaufleitung 16 mit dem Ausgang einer Verstellpumpe 17
verbunden
ist. Angrenzend an die Zulaufkammer 15 liegen nach einer Seite hin eine erste (18)
sowie eine zweite Steuerkammer (19), Ebenfalls angrenzend an die Zulaufkammer 15
liegen in der Längsbohrung 14 zur anderen Seite hin eine dritte Steuerkammer 21,
eine Versorgungskammer 22 sowie eine Ablaufkammer 23. Auf diese Weise sind im Gehäuse
11 eine erste, einem Druckkompensationsventil 24 zugeordnete Steuerkante 25, eine,
einer Einrichtung 26 zur Maximalstrombegrenzung zugeordnete Drosselkante 27 sowie
ein einem Rückschlagventil 28 zugeordneter Steg 29 ausgebildet. Ferner sind im Gehäuse
11 durch ringförmige Erweiterung der Schieberbohrung 13 Kammern ausgebildet, von
denen eine mittlere Meßdrosselkammer 31 unmittelbar mit der zweiten Steuerkammer
19 in der Längsbohrung 14 Verwindung hat und von einer linken (32) sowie einer rechten
Meßdrosselkammer 33 umgeben ist. Die beiden äußeren Neßdrosselkammern 32, 33 sind
über eInen Kanal 314 miteinander und mit der dritten Steuerkammer 21 in der L=ngsbohrung
14 verbunden, wobei dessen Abschnitt im Bereich zwischen den Meßarosselkammern 32,
33 U-förmig verläuft. Angrenzend an die rechte Meßdrosselkammer 33 sind nacheinander
eine erste Rücklaufkammer 35, eine erste Motorkammer 36, eine mit der Versorgungskammer
22 verbundene Einlaßkammer 37, eine zweite Motorkammer 38 sowie eine zweite Rücklaufkammer
39 angeordnet. Die zweite Rücklaufkammer 39 steht mit der Ablaufkammer 23 in Verbindung,
während die otorkammern 36, 38 mit einem ersten (41) bzw. zweiten Motoranschluß
42 verbunden sind. Zwischen der Meßdrosselkammer 32 und einer Bedienseite 43 des
Gehäuses 12 liegt in der Schieberbohrung 13 noch eine dritte Rücklaufkammer 44,
in die eine
Sacklochbohrung 45 mit ihrem Ende 146 ragt. Die Sacklochbohrung
45 ist in das Gehäuse 11 von einer den Motoranschlüssen 141, 42 gegenüberliegenden
Bodenseite 47 her eingebracht und verläuft im Bereich zwischen Bedienseite 43 und
zweiter Steuerkammer 19 quer zur Längsbohrung 14, so daß sich ihre Achsen schneiden.
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In der Längsbohrung 14 ist ein Längsschieber 48 dicht und gleitend
geführt, der sowohl ein Teil des Druckkompensationsventils 24 als auch ein Teil
des Rückschlagventils 28 darstellt. Der Längsschieber 48 weist zu diesem Zweck einen
Bund 49 auf, der zusammen mit der ersten Steuerkante 25 eine erste, dem Druckkompensationsventil
zugeordnete Drosselstelle im Druckmittelstrom bildet. Ferner hat der Längsschieber
148 an seinem rechten Ende einen hülsenförmigen Abschnitt 51, der mit dem Steg 29
zusammenwirkt und das eigentliche Schließglied des Rückschlagventils 28 bildet.
Eine Drosselöffnung 52 im Abschnitt 51 verbindet die Versorgungskammer 22 stets
mit einem vom Abschnitt 51 in der Längsbohrung 14 begrenzten Druckraum 53, der eine
den Längsschieber 148 belastende Feder 54 aufnimmt. Für die Funktion eines vorgesteuerten
Druckbegrenzungsventils ist der Druckraum 53 durch ein Vorsteuerventil 55 zur Ablaufkammer
23 hin abgesichert. Die Feder 54 drückt den Längsschieber 48 mit seinem Bund 49
gegen einen Drosselkolben 56, der koaxial zum Längsschieber 48 geführt ist. Der
Drosselkolben 56 hat eine der Drosselkante 27 im Gehäuse 11 zugeordnete Drosselkante
57, welche zusammen eine dritte Drosselstelle bilden. Diese dritte Drosselstelle
27, 57 liegt in Serie zur ersten, vom Druckkompensationsventil 24 gebildeten Drosselstelle
und zur zweiten, vom Steuerschieber 12 gebildeten Meßdrosselstelle 58 und auch
zwischen
diesen. Der Drosselkolben 56 liegt mit einem Fort satz 59 an einem Exzenter 61 eines
Bolzens 62 an, der in der Sacklochbohrung 45 gelagert ist. Der Exzenter 61 ist im
Bolzen 62 zwischen zylindrischen Bolzenabschnitten 63, 64 mit gleichem Außendurchmesser
ausgebildet, in deren Bereich die Längsbohrung 114 durch Dichtmittel 65 nach außen
hin bzw. zur dritten Rücklaufkammer 44 hin abgedichtet ist. Zur Sicherung des Bolzens
62 gegen unbeabsichtigtes Verdrehen liegt er mit einem von einer Feder 60' belasteten
Reibkegel 60 in einer konischen Erweiterung 61' der Sacklochbohrung 45. Eine Verschlußschraube
66 schliet die Längsbohrung 114 an der Bedienseite 43 ab. Um den Drosselkolben 56
druckausgeglichen zu machen, sind in seinem Innern Radial- und Axialbohrungen 67
angeordnet.
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In der Meßdrosselstelle 58 sind an eInem Kolbenabschnitt 68 des Steuerschiebers
12 eine erste (69) sowie eine zweite Steuerkante 71 ausgebildet, welche die Verbindungen
zwischen der mittleren Meßdrosselkammer 31 zur linken (32) bzw. zur rechten eßarosselkammer
33 hin steuern. Ferner sind an einem, der Einlaßkammer 37 zugeordneten Kolbenabschnitt
72 eine dritte (73) und eine vierte Steuerkante 74 ausgebildet, welche die zu den
Motoranschlüssen 41, 42 fließenden Druckmittelströme beeinflussen. Eine fünfte Steuerkante
75 an einem Kolbenabschnitt 76 steuert die Verbindung vom ersten Motoranschluß 41
zur ersten Rücklaufkammer 35. In entsprechender Weise steuert eine sechste Steuerkante
77 an einem Kolbenabschnitt 78 die Verbindung vom zweiten Motoranschluß 42 zur zweiten
Rücklaufkammer 39. Die dritten bis sechsten Steuerkanten 73, 74, 75, 77 dienen alle
der Richtungssteuerung des Druckmittelstroms zu bzw. zurück von den Motoranschlüssen
41 bzw.
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42. An dem Kolbenabschnitt 76 ist ferner eine siebte Steuerkante 79
ausgebildet, welche die Verbindung zwischen der rechten Meßdrosselkammer 33 und
der ersten Rücklaufkammer 35 zugeordnet ist. Der letztgenannten Verbindung ist ferner
eine achte Steuerkante 81 zugeordnet, die an einem zwischen den Kolbenabschnitten
68 und 76 liegenden Kolbenabschnitt 82 ausgebildet ist.
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Derselbe Kolbenabschnitt (82) trägt ferner eine neunte Steuerkante
83, die bei einer Freigangstellung des Steuerschiebers die Verbindung von der mittleren
(31) zur linken Meßdrosselkammer 32 sperrt. An der der Bedienseite 43 gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses 11 ist für den Steuerschieber 12 eine doppelt wirkende Rast-
und Rückholeinrichtung 84 angeordnet.
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Im Gehäuse 11 ist ein Wechselventil 85 angeordnet, das mit seinem
einen Seitenanschluß 86 mit der dritten Steuerkammer 21 verbunden ist. Von seinem
Mittelanschluß 87 führt eine erste Steuerleitung 88 zu einem Regler 89 der Verstellpumpe
17. Vom anderen Seitenanschluß 91 führt eine zweite Steuerleitung 92 zu dem Mittelanschluß
eines zweiten Wechselventils 93, das in einem parallel zum Wegeventil 10 geschalteten,
zweiten Wegeventil 94 angeordnet ist. Das zweite Wegeventil 94 ist wie das erste
Wegeventil 10 ausgebildet und sein anderer Seitenanschluß am Wechselventil 93 ist
dann zum Tank entlastet, wenn das zweite Wegeventil 94 das letzte in einer Reihe
von parallel geschalteten Wegeventilen ist.
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Die Wirkungsweise des Wegeventils 10 wird wie folgt erläutert: In
der gezeichneten Neutralstellung des Steuerschiebers 12 ist die Verbindung von der
Zulaufleitung 16 über das Druckkompensationsventil 24 und die Meßdrosselstelle
58
zum Kanal 34 blockiert. Der Regler 89 an der Verstellpumpe 17 ist über die erste
Steuerleitung 88, das Wechselventil 85, den Kanal 34 und die achte Steuerkante 81
zur ersten Rücklaufkammer 35 entlastet. Der Druck am Ausgang der Verstellpumpe 17
wird daher auf einen Bereitsschaftsdruck begrenzt. Bei Neutralstellung des Wegeventils
10 und gleichzeitigem Parallelbetrieb des Wegeventils 94 verhindert das Wechselventil
85 einen Steuerölverlust über die zweite Steuerleitung 92.
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Wird der Steuerschieber 12 aus der gezeichneten Neutralstellung nach
rechts in eine erste Arbeitsstellung ausgelenkt, so schließt zuerst die achte Steuerkante
81 die Entlastung des Kanals 34 zur ersten Rücklaufkammer 35. Danach öffnet die
sechste Steuerkante 77 die Verbindung vom zweiten Motoranschluß 42 zur zweiten Rücklaufkammer
39. Anschließend öffnet die dritte Steuerkante 73 eine Verbindung vom ersten Motoranschluß
41 zur Versorgungskammer 22, so daß der dort herrschende Lastdruck sich über die
Drosselöffnung 52 im Druckraum 53 aufbauen kann und das Rückschlagventil 28 geschlossen
hält. Daraufhin stellt die erste Steuerkante 69 in der Meßdrosselstelle 58 eine
Verbindung von der mittleren Meßdrosselkammer 31 über die linke Meßdrosselkammer
32 und den Kanal 34 zur dritten Steuerkammer 21 her, wodurch der von der Pumpe 16
aufgebaute Druck über die genannte Verbindung, das Wechselventil 85 und die erste
Steuerleitung 88 im Regler 89 wirken kann. Im Regler 89 der Verstellpumpe 17 herrscht
Druckausgleich und eine Rückstellfeder des Reglers sorgt für das Ausschwenken der
Verstellpumpe 17. Damit wird der Druck in der Zulaufleitung 16 hochgefahren und
steigt der davon abhängige Druck in der dritten Steuerkammer 21 über den
Lastdruck
im Druckraum 53, so öffnet das Rückschlagventil 28. Durch diese Steuerfolge ist
gewährleistet, daß alle in dem von der Verstellpumpe 17 zum Motoranschluß 41 fließenden
Druckmittelstrom liegenden Steuerkanten 69, 73 bzw. Drosselstelle 49, 25 aufgesteuert
sind, wenn die Verstellpumpe 17 ausschwenkt. Das Rückschlagventil 28 verhindert
ein Sinken einer am Motoranschluß 41 angeschlossenen Last durch abfließendes Druckmittel
über den Steuerkreis. Mit Hilfe des Druckkompensationsventils 24 bleibt das Druckgefälle
über die von der ersten Steuerkante 69 jeweils aufgesteuerte Meßblende unabhängig
vom Pumpendruck oder vom Lastdruck konstant. Der Druck stromaufwärts von der Meßdrosselstelle
58 wirkt auf die Stirnfläche des Bundes 49, während der Druck stromabwärts von der
Neßdrosselstelle 58 zusammen mit der Kraft der Feder 54 im Druckraum 53 auf den
Längsschieber 48 wirkt. Dieser Druck im Druckraum 53 entspricht dem jeweiligen Lastdruck
in dem gerade verbundenen Motoranschluß 41. Die Druckdifferenz über die von der
Steuerkante 69 aufgesteuerte Meßblende ist durch die Kraft der Feder 54 bestimmt.
Der aus der Kraft der Feder 54 resultierende Druck muß kleiner sein als der Bereitschaftsdruck
der Verstellpumpe 17. Die Größe des von der Verstellpumpe 17 zum ersten Motoranschluß
41 fließenden Druckmittelstroms läßt sich somit proportional zur Auslenkung des
Steuerschiebers 12 einstellen, unabhängig von Anderungen des Pumpendrucks oder des
Lastdrucks. Die erste Schaltstellung erstreckt sich somit über einen gewissen Hubbereich
des Steuerschiebers 12. Der Steuerschieber 12 und der Längsschieber 48 übernehmen
somit bei einem zum Motoranschluß 41 fließenden Druckmittelstrom jeweils in vorteilhafter
Weise zwei Funktionen, wobei der Steuerschieber 12 die Funktionen der Meßdrossel
und der Richtungssteuerung und der Längsschieber 48 die-Funktionen einer Druckwaage
und des Rückschlagventils übernehmen.
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Wird der Steuerschieber 12 aus der gezeichneten Neutralstellung heraus
nach links in eine zweite Schaltstellung gebracht, so steuern in entsprechend umgekehrter
Weise zuerst die siebte Steuerkante 79 ihre zugeordnete Verbindung zu, worauf die
vierte (74) und die fünfte Steuerkante 75 für die Richtungssteuerung die Verbindungen
von der Einlaßkammer 37 zum zweiten Motoranschluß 42 bzw. von dem ersten Motoranschluß
41 zur ersten Rücklaufkammer 35 aufsteuern, wonach in der Meßdrosselstelle 58 die
zweite Steuerkante 71 die Verbindung von der mittleren (31) zur rechten Meßdrosselkammer
33 freigibt. Damit kann in entsprechender Weise wie in Schaltstellung I ein Druckmittelstrom
von der Verstellpumpe 17 proportional zur Größe der Auslenkung des Steuerschiebers
12 zum zweiten Motoranschluß 42 gesteuert werden. Gleichzeitig ist der erste Motoranschluß
41 zur Rücklaufkammer 35 entlastet.
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Wird der Steuerschieber 12 über den Bereich der Schaltstellung 2 hinaus
weiter nach links ausgelenkt, so kann er eine Freigangstellung einnehmen. In dieser
Freigangstellung befindet sich der Kolbenabschnitt 78 innerhalb der Einlaßkammer
37, so daß der erste Motoranschluß 41 über die erste Motorkammer 36, die Einlaßkammer
37, die zweite Motorkammer 38 mit dem zweiten Motorauslaß 42 Verbindung hat. Die
Verbindungen von den Motoranschlüssen 41, 42 zu den Rücklaufkammern 35 bzw. 39 sind
durch die Kolbenabschnitte 72 bzw. 95 gesperrt. Die mittlere Meßdrosselkammer 31
ist von den Kolbenabschnitten 82 und 76 von den äußeren Meßdrosselkammern 32 bzw.
33 getrennt. Gleichzeitig steuert die fünfte Steuerkante 75 am Kolbenabschnitt 76
eine Verbindung vom Kanal 34 zur ersten Rücklaufkammer 35
auf,
so daß die zum Regler 89 führende erste Steuerleitung 88 entlastet ist und die Verstellpumpe
17 nur gegen den Bereitsschaftsdruck fördert. Zudem ist der Steuerschieber 12 durch
die Rast- und Rückholeinrichtung 84 gerastet, wie dies auch in den Schaltstellungen
I und II bei größtmöglicher Auslegung des Steuerschiebers 12 der Fall ist.
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Um den in den Schaltstellungen 1 und 2 zu den Motoranschlüssen 41
oder 42 fließenden Druckmittelstrom in seiner Größe zu begrenzen, ist die Einrichtung
zur Maximalstrombegrenzung 26 vorgesehen. Sie bildet eine zwischen Druckkompensationsventil
24 und Meßdrosselstelle 58 geschaltete, einstellbare Drosselstelle 27, 57, die dann
wirksam wird, wenn der von den Steuerkanten 69, 71 aufgesteuerte Durchflußquerschnitt
größer ist als der vom Drosselkolben 56 freigegebene Querschnitt. Die Drücke stromauf
und stromab von der dritten Drosselstelle 27, 57 wirken gegen die Kraft der Feder
54 auf den Längsschieber 48, so daß wiederum eine Stromregelung erreicht wird. Der
Druck stromabwärts von der dritten Drosselstelle 27, 57 wird über Radial- und Axialbohrungen
67 im Drosselkolben 56 auf dessen andere Seite geleitet, so daß dieser weitgehend
druckausgeglichen ist und er mit seinem Fortsatz 59 mit geringer Kraft am Exzenter
61 anliegt. Der Bolzen 62 ist innerhalb eines Verstellwinkels, der kleiner ist als
1800, verstellbar, wodurch der Durchflußquerschnitt der dritten Drosselstelle 27,
57 verändert werden kann. Da der Bolzen 62 gegenüber dem Druck in der zweiten Steuerkammer
19 druckausgeglichen ist und an der Stirnseite des Bolzenabschnitts 63 lediglich
vom Rücklaufdruck beaufschlagt wird, läßt er sich auch in der ersten und zweiten
Schalt stellung des Steuerschiebers betätigen. Ein unerwünschtes Verdrehen
des
Bolzens 62 wird durch eine Bremse verhindert, indem eine an einem gehäusefesten
Teil sich abstützende Feder 60' den Reibkegel 60 in eine dazu passende konische
Erweiterung der Sacklochbohrung 45 drückt.
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Zur Druckbegrenzung arbeitet das Vorsteuerventil 55 und der Längsschieber
48 als vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil zusammen, um den Primärdruck in der
Zulaufleitung 16 zu begrenzen. Dabei arbeitet der Längsschieber 48 als Haupttufe,
wobei der Bund 49 mit der ersten Steuerkante 25 den zufließenden Druckmittelstrom
drosselt bzw. sperrt.
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Bei Parallelbetrieb beider Wegeventile 10, 94 entspricht der Druck
am Ausgang der Verstellpumpe 17 dem höchsten Lastdruck, der über die Wechselventile
85 oder 93 dem Regler 89 zugeleitet wird.
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Selbstverständlich sind Anderungen an der gezeigten Ausführungsform
des Wegeventils 10 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann
die Einrichtung 26 zur Maximalstrombegrenzung auch bei Wegeventilen anderer Baurt
verwendet werden, sofern diese sich für eine lastunabhängige Steuerung eignen. So
können hierzu auch Wegeventile verwendet werden, die im Gehäuse kein Druckkompensationsventil
aufweisen.
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Die Funktion des Druckkompensationsventils kann dabei von einer stromgeregelten
Verstellpumpe wahrgenommen werden. Die Einrichtung zur Maximalstrombegrenzung ist
auch bei einem Wegeventil möglich, das von einer Konstantpumpe mit Druckmittel versorgt
wird und bei dem in einer zugeordneten Anschlußplatte ein Druckkompensationsventil
allein oder zusätzlich vorgesehen wird. Auch
die Bauart der Meßdrosselstelle
ist für die Maximalstrombegrenzungseinrichtung nicht maßgebend; es kommt vielmehr
darauf an, daß eine Meßdrosselstelle vom Steuerschieber gebildet wird und daß diese
Meßdrosselstelle einer hydraulischen Vorrichtung zugeordnet ist, welche die Druckdifferenz
über diese Meßdrosselstelle unabhängig von sich ändernden Versorgungsdrücken oder
Lastdrücken konstant hält.