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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 30 34 859 bekannt, dessen Steuerschieber neben einer Neutralstellung und zwei
Arbeitsstellungen eine außenliegende Freigangstellung aufweist. Stromaufwärts von
den Steuerkanten für die Richtungssteuerung des Druckmittelstroms sind am Steuerschieber
Steuerkanten für eine Meßdrosselstelle angeordnet. Zwischen den beiden Arten von
Steuerkanten ist eine stromabwärts liegende Meßdrosselkammer geschaltet, die eine
Abgriffstelle zur Ableitung eines Steuerdrucks für eine lastdruckunabhängige Steuerung
bildet. Diese Meßdrosselkammer ist sowohl in der Neutralstellung als auch in der
Freigangstellung des Steuerschiebers zu einer danebenliegenden Rücklaufkammer entlastet.
Von Nachteil bei diesem Wegeventil ist nun, daß diejenige Steuerkante des Steuerschiebers,
welche in Freigangstellung die erwähnte Meßdrosselkammer zur Rücklaufkammer entlastet,
ausgehend von der Neutralstellung wenigstens einen Teil des mit ihr
in
Neutralstellung zusammenwirkenden Gehäusesteges, anschließend die volle Länge der
Rücklaufkammer und danach einen zusätzlichen Gehäusesteg voll überfahren muß, bevor
diese Verbindung aufgesteuert wird. Dies führt zu einem relativ langen Hub des Steuerschiebers,
der voll in die Baulänge des Wegeventils eingeht. Weiterhin ist von Nachteil, daß
diese Freigangsstellung bei voll aus dem Gehäuse herausgezogenem Schieber erreicht
wird, wobei die beiden Motoranschlüsse für den Verbraucher nicht jeweils mit den
Rücklaufkammern, sondern miteinander über die zwischen ihnen liegende Zulaufkammer-
verbunden sind. Dies ist besonders dann ungünstig, wenn mit dem Wegeventil Hydrozylinder
mit Differentialkolben gesteuert werden sollen.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 19 21 977 ein Wegeventil für eine lastdruckunabhängige
Steuerung bekannt, das zudem eine Freigangstellung aufweist. Hier werden zwar für
den Abgriff eines Lastdrucks vorgesehene Steuerkammern in der Neutralstellung wie
auch in der Freigangstellung jeweils zum Rücklauf entlastet, wobei der Steuerschieber
in Freigangstellung eine in das Gehäuse am weitesten hineingedrückte Lage einnimmt.
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Von Nachteil bei diesem Wegeventil ist, daß sich dies nur durch eine
im wesentlichen symmetrische Gehäusebauweise erreichen läßt, wobei die Meßdrosselstelle
mittig angeordnet ist. Dies erfordert ein spezielles Wegeventilkonzept, das nur
durch größere Umstellungen aus normalen 4/3-Wegeventilen mit Neutralumlaufsteuerung
herleitbar ist. Zudem hat dieses Wegeventil den Nachteil, daß das Rückschlagventil
stromaufwärts von der Meßdrosselstelle liegt und somit die Abgriffsstelle für den
Lastdruck zwischen Motoranschluß und dem Rückschlagventil zu liegen kommt. Dies
kann bei ungünstigen
Betriebsbedingungen zu einem unerwünscht großen
Sinken einer Last führen.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße hydraulische Wegeventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß es trotz seiner Ausrüstung für eine lastdruckunabhängige Steuerung und mit Fr
eigangstellung relativ einfach und kompakt baut. Es läßt sich aus der bereits vorhandenen
Wegeventilbauweise mit fünf nebeneinanderliegenden Kammern im Gehäuse für die Richtungssteuerung
des Druckmittelstroms ohne große Umstellung dieses Konzepts herleiten. Diejenige
Steuerkante am Steuerschieber, die in Neutralstellung eine Verbindung von einer
Rücklaufkammer zur angrenzenden, stromab liegenden Meßdrosselkamer herstellt, braucht
bis zu ihrer Lage in Freigangstellung nur einen Teil dieser Rücklaufkammer sowie
eine vollen Gehäusesteg überfahren. Der Hub des Steuerschiebers wird dadurch kürzer,
was zudem eine kompaktere Bauweise des Wegeventils erlaubt. Das eine lastabsichernde
Rückschlagventil kann stromabwärts von der Abgriffstelle für den Lastdruck liegen,
so daß ein unerwünschtes Lastsinken vermieden wird. Ferner kann der Steuerschieber
des 4-Stellungs-Wegeventils in vorteilhafter Weise unverändert auch für ein Wegeventil
mit nur drei Schaltstellungen verwendet werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten MaBnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils
möglich. Die kompakte Bauweise des Wegeventils wird vor allem durch die Maßnahmen
nach Anspruch 2 begünstigt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung
und der Zeichnung.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 einen Längsschnitt durch ein hydraulisches Wegeventil gemäß der Erfindung mit
einem in Neutralstellung befindlichen Steuerschieber und die Figuren 2, 3 und 4
jeweils im vergrößerten Maßstab einen Teil des Steuerschiebers nach Figur 1 in den
beiden Arbeitsstellungen bzw. in Freigangstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur 1 ist das Wegeventil
mit 10 bezeichnet. Es hat ein Gehäuse 11, das von einer Schieberbohrung 12 durchdrungen
wird. In der Schieberbohrung 12 sind durch ringförmige Erweiterungen insgesamt sieben
Kammern 13 bis 19 ausgebildet, von denen die fünf nebeneinander liegenden Kammern
13 bis 17 der Richtungssteuerung des Druckmittelstroms dienen, während die beiden
außen liegenden Kammern 18 und 19 einer Meßdrosselstelle 21 zugeordnet sind.
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Von den fünf nebeneinanderliegenden Kammern 13 bis 17 dient die mittlere
(15) als Zulaufkammer,wahrend die neben ihr liegenden Kammern 14 und 16 als erste
bzw.
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zweite Motorkammer dienen. Die an letztere angrenzenden Kammern 13
und 17 bilden eine erste (13) sowie eine zweite Rücklaufkammer 17. Die beiden Rücklaufkammern
13, 17 stehen in nicht näher gezeichneter Weise mit einem
Rücklauf
22 in Verbindung, wie dies bei derartigen Blockventilen an sich bekannt ist. Die
beiden Motorkammern 14, 16 stehen jeweils mit einem Motoranschluß 23 bzw. 24 in
Verbindung. Von den beiden Kammern 18 und 19 ist die außenliegende Kammer 19 an
einen Zulauf 25 angeschlossen, und dient somit als erste, stromaufwärtsliegende
Meßdrosselkammer. Die zwischen der zweiten Rücklaufkammer 17 und der ersten Meßdrosselkammer
19 liegende Kammer 18 dient als zweite, stromabwärts liegende Meßdrosselkammer und
steht über einen Zulaufkanal 26 mit der Zulaufkammer 15 in Verbindung. In den Zulaufkanal
26 ist ein die Motoranschlüsse 23 und 24 absicherndes Rückschlagventil 27 geschaltet.
In der zweiten Meßdrosselkammer 18 ist ferner eine Abgriffstelle 28 vorgesehen,
die zur Ableitung eines Steuerdrucks für eine lastdruckunabhängige Steuerung in
Arbeitsstellungen des zugeordneten Steuerschiebers dient. ueber diese Abgriffstelle
28 wird der jeweils in der zweiten Meßdrosselkammer herrschende Steuerdruck über
ein nicht näher gezeichnetes, logisches System zur Auswahl des maximalen Steuerdrucks
bei Parallelbetätigung mehrer-er Wegeventile zu dem Regler einer Verstellpumpe bzw.
zu einem Druckkompensationsventil geleitet, um derart eine lastdruckunabhängige
Steuerung zu erreichen, wie dies aus den eingangs erwähnten Druckschriften an sich
bekannt ist.
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In der Schieberbohrung 12 ist ein Steuerschieber 29 dicht und gleitend
geführt. Der Steuerschieber 29 hat einen äußeren kolbenförmigen, ersten Endabschnit
32, der einer doppeltwirkenden Rückholeinrichtung 31 zugeordnet ist. Am gegenüberliegenden
Ende hat -der Steuerschieber 29 einen zweiten Endabschnitt 33, welcher der Bedienseite
34 des Wegeventils 10 zugeordnet ist. Zischen den äußeren Endabschnitten 32, 33
weist der Steuerschieber
29 - von links nach rechts gesehen bezogen
auf Figur 1 - einen ersten bis vierten Kolbenabschnitt 35 bis 38 auf. Für die Richtungssteuerung
eines Druckmittelstroms von der Zulaufkammer 15 zu den Motoranschlüssen 23, 24 bzw.
von letzteren zurück zu den Rücklaufkammern 13, 17 sind -an dem ersten Endabschnitt
32 sowie dem ersten und zweiten Kolbenabschnitt 35 bzw. 36 insgesamt vier Steuerkanten
39, 41, 42, 43 für die Richrungssteuerung ausgebildet. Ferner sind am vierten Kolbenabschnitt
38 zwei Steuerkanten 44, 45 ausgebildet, welche der Meßdrosselstelle 21 zugeordnet
sind. Am Steuerschieber 29 trennt eine erste Ringnut 47 den dritten Kolbenabschnitt
37 vom zweiten Kolbenabschnitt 36, wodurch an letzerem eine siebte Steuerkante 46
ausgebildet ist. Zwischen dem dritten (37) und dem vierten Kolbenabschnitt 38 weist
der Steuerschieber 29 eine zweite Ringnut 48 auf, wodurch am dritten Kolbenabschnitt
37 eine achte Steuerkante 49 ausgebildet ist.
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Die Meßdrosselstelle 21 liegt somit in bezug auf die Steuerkanten
39 bis 43 für die Richtungssteuerung am Steuerschieber 29 auf einer einzigen Seite.
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Die Wirkungsweise des Wegeventils 10 wird wie folgt erläutert, wobei
auf die Figuren 1 bis 4 eingegangen wird.
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Befindet sich der Steuerschieber 29 des Wegeventils 10 in der in Figur
1 gezeichneten Neutralstellung, so blockieren in der Meßdrosselstelle 21 die beiden
Steuerkanten 44, 45 die Verbindung zwischen den beiden
Meßdrosselkammern
18, 19. Damit ist auch der Zulauf 25 abgesperrt. Zudem sind in an sich bekannter
Weise die Motoranschlüsse 23, 24 hydraulisch blockiert. Zudem befindet sich die
siebte Steuerkante 46 am zweiten Kolbenabschnitt 36 im Bereich der zweiten Rücklaufkammer
17, so daß über die erste Ringnut 47 die stromab liegenden zweite Meßdrosselkammer
18 zur zweiten Rücklaufkammer 17 entlastet ist.
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Über diese Verbindung steht auch die Abgriffstelle 28 mit dem Rücklauf
in Verbindung, so daß sich auch der Steuerdruck aus dem daran angeschlossenen, logischen
System hierüber abbauen kann und die das Druckmittel fördernde Pumpe nur gegen einen
relativ niedrigen Bereitschaftsdruck arbeiten muß.
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Wird der Steuerschieber 29 in seine erste Arbeitsstellung gebracht,
indem er aus dem Gehäuse 11 herausgezogen wird, wie dies Figur 2 näher zeigt, so
öffnet die zweite Steuerkante 41 die Verbindung von der Zulaufkammer 15 zur ersten
Motorkammer 14. Zugleich gibt die vierte Steuerkante 43 eine Verbindung von dem
zweiten Motoranschluß 24 zur zweiten Rücklaufkammer 17 frei.
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Während somit die Steuerkanten 41 und 43 die Richtung des Druckmittelstromes
bestimmen, wird dessen Größe gleichzeitig durch die Auslenkung der fünften Steuerkante
44 in der Meßdrosselstelle 21 erreicht. Zugleich hat in dieser ersten Arbeitsstellung
die siebte Steuerkante 46 die Verbindung von der zweiten Meßdrosselkammer 18 zur
angrenzenden, zweiten Rücklaufkammer 17 blockiert. Der stromabwärts von der Meßdrosselstelle
21 herrschende Steuerdruck in der zweiten Meßdrosselkammer 18 kann somit über die
Abgriffstelle 28 abgeleitet und einem nicht näher gezeichneten Pumpenregler bzw.
einem Druckkompensationsventil zugeführt
werden. In der ersten
Arbeitsstellung, die sich über einen gewissen Hubbereich des Steuerschiebers 29
erstreckt, kann somit der zum angeschlossenen Hydromotor fließende Druckmittelstrom
der Größe nach proportional zur Auslenkung des Steuerschiebers 29 und unabhängig
von der auf den Hydromotor von außen wirk-enden Last beeinflußt werden. Das Rückschlagventil
27 vermeidet dabei bei Parallelbetrieb mehrerer Wegeventile ein ungewolltes Sinken
der Last. In der ersten Arbeitsstellung liegt der dritte Kolbenabschnitt 37- innerhalb'der
zweiten Meßdrosselkammer 18 und stört damit nicht.
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Wird der Steuerschieber 29 in die in Figur 3 gezeigte zweite Arbeitsstellung
gebracht, so wird er aus der Neutralstellung heraus in das Gehäuse 11 hineingedrückt.
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Dabei öffnet die dritte Steuerkante 42 die Verbindung von der Zulaufkammer
15 zur zweiten Motorkammer 16, während die erste Steuerkante 39 die erste Motorkammer
14 zur ersten Rücklaufkammer 13 entlastet. Damit ist die Richtung des Druckmittelstroms
im Vergleich zur ersten Arbeitsstellung umgekehrt. Die Größe des Druckmittelstroms
wird dabei durch den von der sechsten Steuerkante 45 in der Meßdrosselstelle 21
aufgesteuerten Durchflußquerschnitt bestimmt. Zugleich unterbricht in der zweiten
Arbeitsstellung die achte Steuerkante 49 am dritten Kolbenabschnitt 37 die Verbindung
zwischen der zweiten Meßdrosselkammer 18 und der danebenliegenden Rücklaufkammer
17. Über die Abgriffstelle 28 kann somit der Steuerdruck aus der zweiten Meßdrosselkammer
18 wiederum abgegriffen werden. Zugleich verhindert die siebte Steuerkante 46 eine
Verbindung von der zweiten Motorkammer 16 zur zweiten Rücklaufkammer 17. Somit ist
auch in der
zweiten Arbeitsstellung nach Figur 3 eine proportionale
Steuerung des Druckmittelstroms zum angeschlossenen Verbraucher möglich, wobei der
Steuerdruck für die lastdruckunabhängige Steuerung wiederum aus der zweiten Meßdrosselkammer
18 abgeleitet wird.
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Wird der Steuerschieber 29 über die zweite Arbeitsstellung hinaus
noch stärker in das Gehäuse 11 hineingedrückt, so nimmt er die in Figur 4 gezeichnete
Freigangstellung ein. Dabei ist nun in vorteilhafter Weise die Zulaufkammer 15 durch
die dritte und vierte Steuerkante 42, 43 blockiert. Gleichzeitig steuert die zweite
Steuerkante 41 eine Verbindung von der ersten Motorkammer 14 zur ersten Rücklaufkammer
13 auf, während die zweite Motorkammer 16 nun über die siebte Steuerkante 46 und
die erste Ringnut 47 mit der zweiten Rücklaufkammer 17 Verbindung hat. Damit sind
beide Motoranschlüsse 23, 24 jeweils mit dem Rücklauf 22 verbunden, so daß sich
in einem angeschlossenen Hydromotor dessen Zylinder frei bewegen kann, unabhängig
davon ob es sich um einen Differentialzylinder oder um einen Zylinder mit gleich
großen wirksamen Flächen handelt. Zugleich gibt in dieser Freigangstellung die achte
Steuerkante 49 eine Druckmittelverbindung von der stromabwärts liegenden, zweiten
Meßdrosselkammer 18 zur zweiten Rücklaufkammer 17 frei, so daß auch die Abgriffstelle
28 zum Rücklauf 22 entlastet ist und damit die Pumpe gegen einen relativ niedrigen
Bereitschaftsdruck fördern kann. Weiterhin ist in der Freigangstellung in zweckmäßiger
Weise die erste Meßdrosselkammer 19 durch den zweiten Endabschnitt 33 hydraulisch
blockiert. Der siebten (46) sowie der achten Steuerkante 49 kommen somit im Rahmen
der vier Schaltstellungen mehrere Funktionen zu, wobei insbesondere
die
siebte Steuerkante 46 in der Neutralstellung und in der ersten Arbeitsstellung eine
Auf- Zu-Funktion in der Verbindung zwischen der zweiten Rücklaufkammer 17 und der
zweiten Meßdrosselkammer 18 ausübt, während sie in der zweiten Arbeitsstellung und
in der Freigangstellung eine Zu-- Auf-Funktion in der Verbindung zwischen der zweiten
Rücklauf'kammer 17 und der zweiten Motorkammer 16 ausübt. Auf diese Weise können
in der-Freigangstellung nach Figur 4 die zweite Motorkammer 16, die zweite Rücklaufkammer
17 sowie die zweite Meßdrosselkammer 18 auf kürzestem Wege alle miteinander verbunden
sein. Wie dabei ein Vergleich der Lagen der siebten Steuerkante 46 in der Neutralstellung
nach Figur 1 mit der Freigangstellung nach Figur 4 lehrt, muß die siebte Steuerkante
46 lediglich einen so großen Hub ausführen, daß sie einen Teil der in Achsrichtung
gesehenen Breite der zweiten Rücklaufkammer 17 und'die Breite des Gehäusesteges
zwischen den Kammern 16 und 17 überwindet. Der maximale Hub des Steuerschiebers
29 von Neutralstellung bis in seine Freigangsstellung kann somit relativ kurz ausgelegt
weraen, was wiederum eine kompakte Bauweise des Wegeventiles 10 in Achsrichtung
ermöglicht. Zugleich mit der kompakten Bauweise läßt sich dabei ein Freigang realisieren,
bei dem der angeschlossene Hydromotor mit dem Rücklauf Verbindung hat und die Abgriffstelle
28 ebenfalls entlastet ist. Zudem lassen sich diese Ziele bei einer Wegeventilbauweise
erreichen, bei der die der Meß drosselstelle 21 zugeordneten Steuerkanten 44, 45
lediglich auf einer einzigen Seite in bezug auf die der Richtungssteuerung zugeordneten
Steuerkanten 39 bis 43 liegen. Der Steuerschieber 29 läßt sich zudem in unveränderter
Weise auch bei einem Wegeventil verwenden, das nur drei Schaltstellungen aufweist.
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Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform
des Wegeventils 10 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann
das Wegeventil in einer Einrichtung zur lastdruckunabhängigen Steuerung verwendet
werden, bei dem eine Konstantpumpe mit Druckkompensationsventil verwendet wird oder
bei der diese Funktion von einer stromgeregelten Verstellpumpe wahrgenommen wird.
Das Wegeventil 10 kann sowohl als Blockventil mit Flanschflächen zum Anbau an gleichartige
Wegeventile ausgebildet werden oder Teil eines Steuerblocks sein, bei dem in einem
einzigen Gehäuse mehrere Steuerschieber angeordnet sind.
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