DE3643110C2 - Wegventil mit Belastungsrückmeldung - 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 bedarfsstromgeregelter 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 Verbraucherdruck, also mit überlagerter Momentensteuerung, zu schaffen, wobei das Wegeventil im Aufbau einfach sein soll, vorzugsweise 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. Dadurch wird erzielt, daß in einem Steuerbereich, dessen Größe durch die konstruktiven 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 Verschiebeweges 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.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Druckminderorgan als variable Drossel ausgebildet ist und daß die Verbindung zwischen den Ringnuten durch einen in der Längsbohrung verschiebbaren Hilfskolben gesteuert ist, wobei im angesteuerten Zustand des Schieberkolbens auf der Zulaufseite zum Verbraucher über die Längsbohrung im Hilfskolben eine Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut und einem Raum hergestellt ist, der mit der mit der Ablaufleitung verbundenen Ringnut und mit der Steuerdrucksignalleitung in Verbindung steht, wobei in der Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut und dem genannten Raum eine feste Drossel angeordnet ist und in der Verbindung zwischen dem genannten Raum und der Ablaufleitung die variable Drossel angeordnet ist, deren freier Durchtrittquerschnitt vom Verschiebeweg des Schieberkolbens abhängig ist.

Das heißt, im Schieberkolben sind eine unveränderbare Drossel (Festblende) und ein einstellbarer (steuerbarer) Drosselquerschnitt angeordnet, 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 Verschiebeweg des Schieberkolbens abhängig ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß im Schieberkolben ein Dreianschluß/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 Lastdruck führt als der von diesem Wegeventil angesteuerte Verbraucher.

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

In einem Gehäuse 1 ist eine Schieberbohrung 2 vorgesehen, in der ein Schieberkolben 3 gegen die Kraft entweder der Feder 4 oder der Feder 5 verschiebbar ist. An der Längsbohrung 20 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 Ringnut 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 Ablaufleitung 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 Schieberbohrung 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 Ablauf­ 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.

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 eine Drosselwirkung ausübt und somit eine feste Drossel 42 bildet. 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 Längsbohrung 20 des Schie­ berkolbens 3 in Verbindung, von der aus die engen Querdrossel­ 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 die feste Drossel 42 vom Druckmittel gedrosselt durchströmt wird. Durch die Drossel 42 strömt das Druckmittel in den Innenraum der Längsbohrung 42, 43, 44 und von hier aus einerseits durch die Querbohrungen 46 und die Querdrosselbohrungen 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 Querdrosselbohrungen 27 und 28 offen sind. Bei zunehmendem Verschiebeweg wird zunächst die Querdrosselbohrung 27 zunächst drosselnd und dann ganz durch die Innenwand der Schieberbohrung 2 abgedeckt und schließlich wird auch an der Mündung der Querdrosselbohrung 28 eine Drosselwirkung erzeugt. Die Drosselwirkung ergibt sich somit durch die nacheinander beim Verschieben des Schieberkolbens 3 öffnenden bzw. schließenden Querdrosselbohrungen 27, 28. Hierbei entsteht durch die Anordnung der Querdrosselbohrungen eine variable Drossel, also eine Drossel mit abhängig vom Verschiebeweg des Schieberkolbens 3 veränderlichen Druchflußquerschnitt.

Die Wirkung ist somit folgende: Der in der Längsbohrung 42, 43, 44 anstehende Druck wird als Drucksignal über die schräg stehende Querbohrung 30 und die Ringnut 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 Querdrosselbohrungen 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 die Drossel 42 der Längsbohrung 42, 43, 44 und andererseits durch die Querdrosselbohrungen 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 42, 43, 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 abgesetzten 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 der Längsbohrung 42, 43, 44 den Zusatzkolben 55 zum äußeren Ende des Schieberkolbens 3 hin verschiebt und damit die vorstehend beschriebene Verbindung freigibt.

Claims (6)

1. Wegeventil für ein bedarfsstromgeregeltes Antriebssystem mit einem Gehäuse mit einer Schieberbohrung, die eine mit einer Pumpe verbundenen Ringnut aufweist und beiderseits der Ringnut jeweils eine mit dem anzusteuernden Verbraucher verbundene Ringnut, eine mit einer Ablaufleitung verbundene Ringnut und eine mit einer Steuerdrucksignalleitung verbundene Ringnut und mit einem Schieberkolben, in dem auf mindestens einer Seite eine Längsbohrung angeordnet ist, in die Querbohrungen des Schieberkolbens münden durch die im angesteuerten Zustand des Schieberkolbens wahlweise 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 hergestellt ist und gleichzeitig eine Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher verbundenen Ringnut und der mit der Steuerdrucksignalleitung verbundenen Ringnut, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher (11) verbundenen Ringnut (9) mit der mit der Steuerdrucksignalleitung (17) verbundenen Ringnut (16) ein abhängig vom Schieberkolben-Verschiebeweg gesteuertes, den in der Steuerdrucksignalleitung (17) geleiteten Druck mit zunehmendem Verschiebeweg absenkendes Druckminderorgan angeordnet ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckminderorgank als variable Drossel ausgebildet ist und daß die Verbindung zwischen den Ringnuten (9, 16) durch einen in der Längsbohrung (20) verschiebbaren Hilfskolben (31) gesteuert ist, wobei im angesteuerten Zustand des Schieberkolbens (3) auf der Zulaufseite zum Verbraucher (11) über die Längsbohrung (42, 43, 44) im Hilfskolben (31) eine Verbindung zwischen der mit dem Verbraucher (11) verbundenen Ringnut (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 Drossel (42) angeordnet ist und in der Verbindung zwischen dem genannten Raum (44) und der Ablaufleitung (14) die variable Drossel (27, 28) angeordnet ist, deren freier Durchtrittsquerschnitt vom Verschiebeweg des Schieberkolbens (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 Schieberkolbens (3), die in angesteuertem Zustand eine Verbindung zwischen Pumpe (8) und Verbraucher (11) herstellt, in Verbindung steht und an die die Längsbohrung (42, 43, 44) anschließt, wobei zumindest ein Teil der Längsbohrung (42, 43, 44) als die feste Drosselstelle ausgestaltet ist.

4. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Längsbohrung (42, 43, 44) im Hilfskolben (31) anschließende weitere Querbohrung (46) in demselben mit einer Ringnut (4) in Verbindung steht, die mit mindestens einer Querdrosselbohrung (27, 28) im Schieberkolben (3) verbunden ist, wobei die Mündung dieser im Schieberkolben (3) angeordneten Querdrosselbohrung (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 Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schieberkolben (3) ein abhängig vom höheren Druck in einer der Ringnuten (9 oder 16) gesteuertes Dreianschluß/Zweistellungswegeventil angeordnet ist, welches die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal zwischen Drosselstelle und veränderbarer 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) angesteuerte Verbraucher (11).

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