DE3643110A1 - Wegventil mit belastungsrueckmeldung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 für ein Antriebssystem mit Bedarfs­ stromregelung (Load-sensing).

Wenn bei den bekannten Bedarfsstromregelungen ein Hydro­ motor zugeschaltet wird, der eine Maschine mit großer Massenträgheit antreibt und beim Zuschalten beschleunigen muß, beispielsweise ein Hydromotor für das Drehwerk eines Baggers, so wird für das Beschleunigen ein hohes Drehmoment benötigt und folglich vor dem Verbraucher ein hoher Druck entstehen und zwar auch dann, wenn zunächst nur auf kleine Enddrehzahl angesteuert wurde. Der hohe Druck wird über die Load-sensing-Steuerdrucksignalleitung an das Leistungs­ regelorgan der Pumpe zurückgemeldet, welches die Pumpe auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung einstellt, weil bei großem Hubvolumen pro Umdrehung das Produkt aus großem Förderstrom und großem Förderdruck eine höhere Leistung ergibt, als die Leistung, die die antreibende Primärenergie­ quelle abzugeben vermag. Bei dem vorstehend angegebenen Betriebszustand wird jedoch ein hoher Druck nur zusammen mit einem geringen Teilstrom benötigt und folglich eine wesentlich kleinere Leistung benötigt, als dem Produkt aus dem vor dem zugeschalteten Verbraucher anstehenden Druck und dem vollen Fördervolumen der Pumpe entspricht. Tatsächlich muß die Pumpe auch diesen Druck erzeugen, um diesen einen Verbraucher den entsprechenden Druck zur Verfügung stellen zu können. Das heißt, bei den bisher bekannten hydraulischen Steuereinrichtungen mit bedarfs­ stromgeregelter Pumpe wird der angesteuerte Verbraucher, zum Beispiel das erwähnte Drehwerk eines Baggers, mit dem maximal möglichen Betriebsdruck auf den Sollwert der Geschwindigkeit beschleunigt. Es ist nicht möglich, einen sollwertabhängig variablen Maximaldruck einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil für eine Steuereinrichtung mit Bedarfsstromregelung mit abhängig von der Ansteuerfunktion begrenztem Verbraucher­ druck, also mit überlagerter Momentensteuerung, zu schaffen, wobei das Wegeventil im Aufbau einfach sein soll, vorzugs­ weise außer einer Abwandlung des Steuerschieberkolbens des Wegeventils und der dazugehörigen Innenteile keine zusätzlichen Steuergeräte oder Steuerungsteile benötigen soll.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das heißt, im Schieberkolben sind eine unveränderbare Drosselstelle (Festblende) und ein einstellbarer (steuerbarer) Drosselquerschnitt angeord­ net, wobei in der Verbindung zwischen dieser Festblende und diesem steuerbaren Drosselquerschnitt das Drucksignal für den LS-Regler abgegriffen wird, welches in diesem Falle nicht nur vom Lastdruck, sondern auch vom Verschiebe­ weg des Schieberkolbens abhängig ist. Dadurch wird erzielt, daß in einem Steuerbereich, dessen Größe durch die konstruk­ tiven Abmessungen des Wegeventiles bestimmt ist, der dem Verbraucher zufließende Druck und damit bei einem Hydromotor mit drehender Welle das Drehmoment an dieser Welle ab­ hängig vom Verschiebeweg des Schieberkolbens gesteuert werden kann. In diesem genannten Bereich des Verschiebe­ weges kann das Druckniveau in der Hydraulikanlage nicht höher als der Lastdruck desjenigen der zueinander parallel geschalteten Verbraucher werden, welcher den höchsten Lastdruck aufweist, so daß der Antrieb nicht unnötig hoch belastet wird. Das heißt, das Ansteigen des über dem Schieberkolben-Verschiebeweg aufgetragenen Druckes kann in einem bestimmten Verschiebeweg-Bereich in gewünschter Weise abgeflacht werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß im Schieberkolben ein Drei­ anschluß/Zweistellungs-Wegeventil angeordnet ist, welches die Verbindung zwischen den genannten Drosselquerschnitten und der Steuerdrucksignalleitung unterbricht, wenn ein Verbraucher, der zu dem mit diesem Wegeventil angesteuerten Verbraucher parallel geschaltet ist, einen höheren Last­ druck führt als der von diesem Wegeventil angesteuerte Verbraucher.

Der Erfindungsgegenstand und seine Funktion sind im folgen­ den anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In einem Gehäuse 1 ist eine Längsbohrung 2 vorgesehen, in der ein Schieberkolben 3 gegen die Kraft entweder der Feder 4 oder der Feder 5 verschiebbar ist. An der Längs­ bohrung 2 ist in der Mitte eine Ringnut 6 vorgesehen, die über eine Förderleitung 7 mit einer einstellbaren Pumpe 8 verbunden ist. Symmetrisch zu dieser Ringnut 6 sind weitere Ringnuten vorgesehen und zwar von der Ring­ nut 6 aus gesehen zunächst zwei Ringnuten 9, die über je eine Leitung 10 mit einem Verbraucher 11 verbunden sind. Weiterhin zwei Ringnuten 12, die über je eine Leitung 13 mit der drucklosen Ablaufsammelleitung 14 ver­ bunden sind, die zu dem Behälter 15 führt. Ferner sind zwei Ringnuten 16 vorgesehen, die mit der Steuerdrucksignal­ leitung 17 verbunden sind, die zu einem federbelasteten Steuerdruckraum eines hydraulisch gesteuerten Pumpeneinstell­ wegeventiles 18 führt, dessen zweiter Steuerdruckraum an die Förderleitung 7 angeschlossen ist und das die Druck­ beaufschlagung des als Differenzialkolbenzylinder ausge­ stalteten Pumpeneinstellzylinders 19 steuert.

In dem Schieberkolben 3 ist auf jeder Seite eine als Sack­ bohrung ausgestaltete Längsbohrung 20 vorgesehen, wobei infolge der Ausgestaltung als Sackbohrung zwischen diesen beiden Bohrungen eine mittlere Trennwand 21 in der Mitte des Schieberkolbens 3 vorhanden ist.

Von der Mitte aus betrachtet sind nebeneinander mehrere Querbohrungen im Schieberkolben 3 vorgesehen und zwar der Mitte am nächsten Querbohrungen 23, dann folgend engere Querbohrungen 24, sodann Querbohrungen 25 und sodann in eine Ringnut 26 einmündend zwei enge, einander benachbarte Querdrosselbohrungen 27 und 28 und schließlich in eine Ringnut 29 eintauchende schräge Querbohrungen 30.

In der Längsbohrung 20 ist ein Hilfskolben 31 verschiebbar, der sich mit einem Distanzstützzapfen 32 gegen die mittlere Trennwand 21 abstützt und mit seiner Vorderwand eine Drosselkante 33 bildet.

In der Längsbohrung 20 ist vor der Stirnfläche des Hilfs­ kolbens 31 ein Verbindungsraum 34 geschaffen. Der Hilfs­ kolben 31 ist gegen die Kraft einer Feder 35 verschiebbar, die gegen einen Stopfen 36 abgestützt ist.

Der Schieberkolben 3 kann durch Druckbeaufschlagung eines der Druckräume 37 oder 38 und damit der zugeordneten Stirn­ fläche des Schieberkolbens 3 in der Längsbohrung 2 ver­ schoben werden. Bei Verschiebung des Schieberkolbens 3 nach in der Zeichnung rechts gelangt die Querbohrung 23 mit der Ringnut 6 und damit mit der Förderleitung 7 der Pumpe 8 in Verbindung und somit wird auch der Verbindungs­ raum 34 mit der Förderleitung 7 in Verbindung gebracht, während gleichzeitig die Querbohrungen 25 mit der Ringnut 9 auf der in der Zeichnung linken Seite des Gehäuses in Verbindung tritt, so daß das Druckmittel von der Pumpe 8 über die Förderleitung 7, die Ringnut 6, die Querbohrung 23, den Verbindungsraum 34, die Querbohrung 25, die Ringnut 9, die Leitung 10 zum Verbraucher 11 strömt, wobei der Hilfs­ kolben 31 durch das im Verbindungsraum 34 anstehende, unter Druck stehende Druckmittel gegen die Kraft der Feder 35 verschoben wird. Auf der in der Zeichnung rechten Seite des Gehäuses 1 wird in gleicher Weise eine Verbindung zwischen den Ringnuten 9 und 12 hergestellt, so daß das vom Verbraucher 11 abfließende Druckmittel über die Leitung 10, die Ringnuten 9 und 12 in die Rücklauf­ leitung 14 abströmen kann. Auf der in der Zeichnung linken Seite des Gehäuses wird der in der Ringnut 9 anstehende Druck entsprechend der Kraft der Feder 35 durch Drosselung reduziert durch die schrägstehende Querbohrung 30 in die Ringnut 16 und damit in die Steuerdrucksignal­ leitung 17 geleitet. Soweit gehört die Einrichtung zum bekannten Stand der Technik.

Der Hilfskolben 31 weist in seinem der Mitte des Schieber­ kolbens 3 zugewandten Bereich eine Querbohrung 41 auf, die mit einer Längsbohrung 42, 43, 44 in Verbindung steht, deren engster Teil 42 eine Drosselwirkung ausübt. Von dem Teil 44 der Längsbohrung 42, 43, 44 gehen Querbohrungen 46 aus, die in einer Ringnut 47 des Hilfskolbens 31 münden.

Weiter von der Mitte des Schieberkolbens 3 entfernt münden in diese Ringnut weitere Querbohrungen 48. Die Ringnut 47 steht mit der Ringnut 26 in der Innenbohrung 20 des Schie­ berkolbens 3 in Verbindung, von der aus die engen Quer­ bohrungen 27 und 28 ausgehen, die Drosselstellen bilden. Weiterhin sind in dem Hilfskolben 31 Querbohrungen 50 und 51 vorgesehen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der in der Querbohrung 25 dann, wenn diese mit der Ringnut 9 in Verbindung steht, anstehende Druck teilt sich über die Querbohrung 41 auf das verengte Teil 42 der Längsbohrung 42, 43, 44 mit, so daß dieses verengte, eine Drosselstelle bildende Teil 42 vom Druckmittel gedrosselt durchströmt wird. Durch diese Drosselverengung 42 strömt das Druckmittel in den Innenraum der Längsbohrung 44 und von hier aus einerseits durch die Querbohrungen 46 und 27 und 28 in die Ringnut 12 und damit in die Abflußleitung 14 und andererseits durch die schräge Querbohrung 30 in die Ringnut 16 und damit in die Steuerdrucksignalleitung 17. Dabei ist zu beachten, daß bei Verschieben des Schieberkolbens 3 aus der in der Zeichnung gezeigten Neutrallage heraus um einen kleinen Betrag nach rechts zunächst noch beide Querbohrungen 27 und 28 offen sind. Bei zunehmendem Verschiebeweg wird zunächst die Querbohrung 27 zunächst drosselnd und dann ganz durch die Innenwand der Bohrung 2 abgedeckt und schließlich wird auch an der Mündung der Querbohrung 28 eine Drosselwirkung erzeugt.

Die Wirkung ist somit folgende: Der in der Querbohrung 44 anstehende Druck wird als Drucksignal über die schräg stehende Querbohrung 30 und den Ringraum 16 in die Steuer­ drucksignalleitung 17 gegeben. Der in der Längsbohrung 44 anstehende Druck ist aber davon abhängig, wie stark das Druckmittel beim Abströmen aus dieser Längsbohrung 44 durch die Querbohrungen 27 und 28 im Schieberkolben 3 gedrosselt wird und dieses Maß der Drosselung ist wiederum abhängig von dem Maß des Verschiebeweges des Schieber­ kolbens 3. Es ist somit eine Drosselkette gebildet, durch einerseits den als Drosselstelle verengten Teil 42 der Längsbohrung und andererseits durch die Drosselbohrungen 27 und 28 und insbesondere die Drosselung an deren Mündung. Der Druck zwischen diesen beiden Drosselstellen 42 einer­ seits und andererseits 27, 28 wird dann in die Ringnut 16 geleitet. Somit ist das Drucksignal in der Steuerdruck­ leitung 17 nicht mehr allein abhängig von dem Druck in der zum Verbraucher 11 führenden Leitung 10, sondern auch ab­ hängig vom Verschiebeweg, der willkürlich dem Schieber­ kolben 3 gegeben ist, der aber seinerseits auch wieder die Drosselung auf dem Weg der Flüssigkeit zwischen der Ringnut 6 und der Ringnut 9 bestimmt und damit den Druck in der Ringnut 9 und der zum Verbraucher 11 führenden Leitung 10 bestimmt und damit den zum Verbraucher 11 fließenden Strom bestimmt, da die Größe der willkürlich dem Schieberkolben 3 gegebenen Verschiebung eine Soll­ wertvorgabe für die Bewegungsgeschwindigkeit des Ver­ brauchers 11 ist, der somit eine Steuerdruck-Signal- Angleichung zugeordnet wird.

In der Längsbohrung 44 ist weiterhin ein Zusatzkolben 55 verschiebbar, dessen in der Zeichnung rechtes Stirnteil in den abgesetzten Teil 43 der Längsbohrung 42, 43, 44 paßt. Der Zusatzkolben 55 bildet somit ein Dreianschluß/- Zweistellungs-Wegeventil, welches in der Schließstellung durch Eintauchen des Zusatzkolbens 55 in den Bohrungs­ teil 43 die Verbindung sperrt und zwar dann, wenn infolge dessen, daß in der Ringnut 16 von einem anderen Ver­ braucher her ein höherer Steuerdruck ansteht als in der Ringnut 9, die dem Verbraucher 11 zugeordnet ist, so daß in diesem Falle nicht der Druck in der Ringnut 9, sondern der Druck an dem den höheren Druck führenden anderen, in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Verbraucher das Druckniveau in der Steuerdrucksignalleitung 17 be­ stimmt, während dann, wenn kein anderer Verbraucher einen höheren Druck führt als der Verbraucher 11, der Druck in dem Längsbohrungsteil 42 dem Zusatzkolben 55 zum äußeren Ende des Schieberkolbens 3 hin verschiebt und damit die vorstehend beschriebene Verbindung freigibt.

Claims (6)

1. Wegeventil für ein bedarfsstromgeregeltes Antriebs­ system mit einem Gehäuse mit einer Bohrung und mit einer mit einer Pumpe verbundenen Ringnut und mit auf jeder Seite einer mit dem anzusteuernden Verbraucher verbundenen Ringnut und mit auf jeder Seite einer mit einer Ablaufleitung verbundenen Ringnut und mit auf jeder Seite einer mit einer Steuerdrucksignalleitung verbundenen Ringnut an der Bohrung im Gehäuse und mit einem Schieberkolben, in dem auf mindestens einer Seite eine Längsbohrung angeordnet ist, in die Querbohrungen des Schieberkolbens münden und durch die im angesteuer­ ten Zustand des Schieberkolbens entweder die Verbindung zwischen der mit der Pumpe verbundenen Ringnut und der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut oder zwischen der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut und der mit dem Ablauf verbundenen Ringnut und weiterhin eine Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut und der mit der Steuerdrucksignalleitung ver­ bundenen Ringnut hergestellt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß in der die mit dem Verbraucher (11) verbun­ dene Ringnut mit der mit der Steuerdrucksignal­ leitung (17) verbundenen Ringnut herstellenden Ver­ bindung ein abhängig vom Schieberkolben-Verschiebeweg gesteuertes, den zu der mit der Steuerdrucksignal­ leitung (17) geleiteten Druck absenkendes Druckminder­ organ angeordnet ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, wobei die Verbindung zwischen den Ringnuten durch einen in der Längsbohrung verschieb­ baren Hilfskolben gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß im angesteuerten Zustand des Schieberkolbens (3) auf der Zulaufseite zum Verbraucher (11) über die Längs­ bohrung (42, 44) im Hilfskolben (31) eine Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher (11) verbundenen Ring­ nut (9) und einem Raum (44) hergestellt ist, der mit der mit der Ablaufleitung (14) verbundenen Ringnut (12) und mit der Steuerdrucksignalleitung (17) in Verbindung steht, wobei in der Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher (11) verbundenen Ringnut (9) und dem genannten Raum (44) eine feste Drosselstelle (42) angeordnet ist und in der Verbindung zwischen dem genannten Raum (44) und der Ablaufleitung (14) eine Drossel­ stelle (27, 28) angeordnet ist, deren freier Durch­ trittsquerschnitt vom Verschiebeweg des Schieber­ kolbens (3) abhängig ist.

3. Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfskolben (31) eine Querbohrung (41) vorgesehen ist, die ständig mit einer Querbohrung (25) des Schieber­ kolbens (3), die in angesteuertem Zustand eine Ver­ bindung zwischen Pumpe (8) und Verbraucher (11) her­ stellt, in Verbindung steht und an die die Längs­ bohrung (42, 44) anschließt, wobei zumindest ein Teil (42) dieser Längsbohrung (42, 44) als die feste Drosselstelle ausgestaltet ist.

4. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Längsbohrung (42, 44) im Hilfskolben (31) anschließende weitere Querbohrung (46) in demselben mit einer Ringnut (4) in Verbindung steht, die mit mindestens einer Querbohrung (27, 28) im Schieber­ kolben (3) verbunden ist, wobei die Mündung dieser im Schieberkolben (3) angeordneten Querbohrung (27, 28) je nach Verschiebelage des Schieberkolbens (3) mehr oder weniger von der Wand der Bohrung (2) im Gehäuse (1) abdeckbar ist.

5. Wegeventil nach Anspruch 1 oder vorzugsweise Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schieberkolben (3) ein abhängig vom höheren Druck in einer der Ringnuten (9 oder 16) gesteuertes Dreianschluß/Zweistellungswegeven­ til angeordnet ist, welches die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal zwischen Drosselstelle und ver­ änderbarer Drosselquerschnitt unterbricht, wenn ein zu dem mit diesem Wegeventil mit dem Schieberkolben (3) angesteuerten Verbraucher (11) parallel geschalteter Verbraucher einen höheren Lastdruck führt als der von diesem Wegeventil mit dem Schieberkolben (3) ange­ steuerte Verbraucher (11).

6. Wegeventil nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreianschluß/Zweistellungs­ wegeventil einen Zusatzkolben (55) aufweist, dessen Stirnteil in dem abgesetzten Teil (43) der Längs­ bohrung (42, 43, 44) schließend eintauchbar ist.