DE4308084A1 - Hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil zum Steuern einer unter Druck stehenden hydraulischen Kolbenzylindereinheit zum Absenken eines Aggregates einer landwirtschaftlichen Erntemaschine, mit einem einen druckbeaufschlagbaren Steuerkolben beinhaltenden Hauptsteuerventil, welches mit einem Einströmkanal und einem damit in einer Strömungsverbindung stehenden Ausströmkanal für das aus der Kolbenzylindereinheit verdrängte Drucköl versehen ist, wobei in dem Übergangsbereich zwischen dem Ein- und Ausströmkanal ein von dem Steuerkolben betätigbares, die Strömungsverbindung freigebendes und unterbrechendes Absperrelement derart vorgesehen ist, daß zumindest zur Freigabe der Strömungsverbindung der Steuerkolben von der dem Absperrelement abgewandten Seite über einen von dem Durchströmkanal abzweigenden Druckkanal mit dem Drucköl beaufschlagbar ist, indem der Einströmkanal des Hauptsteuerventiles mit einem Durchströmkanal eines angesetzten Vorsteuerventiles in einer Strömungsverbindung bringbar ist, wobei das Vorsteuerventil einen mit zwei Dichtkörpern bestückte, von einem Hubmagneten bestimmten Vorsteuerschieber zur Steuerung des Volumenstromes innerhalb des Vorsteuerventiles aufweist, und wobei das Vorsteuerventil einen Nebenausströmkanal aufweist, der durch den einem Hubmagneten zugewandten Dichtkörper des Vorsteuerschiebers öffnend und schließbar ist.

Bei einem aus der DE 29 04 293 bekannten hydraulischen Steuerventil wird der Steuerkolben druckbeaufschlagt, sobald der erregte Hubmagnet den in Form einer Kugel ausgebildeten Dichtkörper so verschoben hat, daß das Drucköl über den Durchströmkanal und den Druckkanal auf den Kolben einwirken kann. Dadurch wird das Absperrelement zwischen dem Einströmkanal und dem Ausströmkanal geöffnet, so daß ein großer Druckölstrom durch die Kanäle hindurchfließen kann, so daß die Kolbengeschwindigkeit der Kolbenzylindereinheit relativ groß ist. Soll jedoch der Kolben der Kolbenzylindereinheit zum Stillstand gebracht werden, muß der Hubmagnet stromlos gemacht sein. Da dieses nur durch eine schlagartige Umschaltung möglich ist, wird auch der Dichtkörper des Hilfssteuerschiebers schlagartig in die Absperrstellung verfahren, bedingt durch den Druckaufbau im Bereich des in Durchströmrichtung vor der Dichtkörper liegenden Teils des Durchströmkanals. Dadurch erfolgt außerdem schlagartig das Schließen des Absperrelementes, so daß auch das Ausströmen des Drucköls aus der Kolbenzylindereinheit schlagartig abgebrochen wird.

Die Kolbenzylindereinheit ist das Hubelement für ein Aggregat einer landwirtschaftlichen Erntemaschine, beispielsweise für das Schneidwerk eines Mähdreschers. Im Betrieb einer Erntemaschine erfolgt das Heben und Senken eines derartigen Aggregates relativ oft.

Bei dem vorbekannten Steuerventil ist es nachteilig, daß der Ölabfluß aus der Kolbenzylindereinheit für das Absenken des angekoppelten Aggregates schlagartig erfolgt. Dadurch werden nämlich extrem hohe, auf das Aggregat wirkende Kräfte erzeugt, wodurch Belastungsspitzen auftreten, welche sich in Form von Schwingungen, Schüttelbewegungen oder dergleichen darstellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerventil der eingangs näher bezeichneten Art derart auszubilden, daß das Ausströmen des aus der Kolbenzylindereinheit ausfließenden Drucköls bei einer Abwärtsbewegung eines an die Kolbenzylindereinheit angekoppelten Aggregates nicht schlagartig erfolgt, sondern daß vor Beendigung der Abwärtsbewegung die ausströmende Menge des Drucköls wesentlich reduziert wird, so daß gleichermaßen eine weiche verzögerte Bewegung erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Nebenausströmkanal des Vorsteuerventiles mit einem zweiten Zusatzausströmkanal des Hauptsteuerventiles in einer Strömungsverbindung steht, daß der Hubmagnet wahlweise mit mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungswerten zu Betätigung des Vorsteuerschiebers des Vorsteuerventiles derart beaufschlagbar ist, daß bei seiner Beaufschlagung mit einem Spannungswert des oberen Bereiches der dem Druckmagneten zugewandte Dichtkörper den Nebenausströmkanal verschließt, und der andere Dichtkörper zur Beaufschlagung des Steuerkolbens des Hauptsteuerventils den von dem Durchströmkanal des Vorsteuerventils abzweigenden Druckkanals freigibt, so daß der Steuerkolben des Hauptsteuerventiles das Absperrelement zwischen dem Ein- und Ausströmkanal öffnet, so daß Drucköl direkt von dem Einströmkanal in den Ausströmkanal fließt, und daß zur Verringerung der Kolbengeschwindigkeit des Kolbens der Kolbenzylindereinheit der Hubmagnet mit einem Spannungswert derart beaufschlagbar ist, daß der Vorsteuerschieber des Versteuerventiles in eine definierte Zwischenstellung verfahrbar ist, in der sowohl der Druckkanal als auch der Nebenausströmkanal geöffnet sind, so daß durch entsprechende Auslegung des Druckkanales des Nebenausströmkanals und/oder der Stellung des Vorsteuerschiebers das Absperrelement des Hauptsteuerventils durch die zusätzliche Wirkung einer Federkraft in die Schließstellung verfahrbar ist, so daß ausschließlich über den Nebenausströmkanal des Vorsteuerventils ein, bezogen auf den Druckölstrom des Hauptsteuerventils, geringer Druckölstrom abfließt.

In baulicher Hinsicht ist es nur notwendig, das Hauptsteuerventil des vorbekannten Steuerventils mit dem zweiten Zusatzausströmkanals zu versehen, wobei gewährleistet sein muß, daß es in einer Strömungsverbindung zum Nebenausströmkanal des Vorsteuerventils steht. Ferner muß die Stromversorgung des Hubmagneten so ausgelegt sein, daß er mit zwei unterschiedlichen Spannungen erregt werden kann. Ferner müssen die vom Drucköl durchströmten Kanäle sowie die beaufschlagten Flächen so ausgelegt sein, daß die funktionellen Merkmale des Hauptanspruchs erfüllt werden. Da nunmehr sichergestellt ist, daß bei der Erregung des Hubmagneten mittels einer gegenüber der zuvor angelegten Spannung wesentlich verringerten Spannung der Steuerschieber des Vorsteuerventils in eine Zwischenstellung verfahren wird, in der das Absperrelement zwischen dem Ein- und Ausströmkanal geschlossen ist, die Dichtkörper des Steuerschiebers des Vorsteuerventils jedoch nicht in der Schließlage sind, kann durch eine entsprechende Auslegung der beteiligten Querschnitte ein vorbestimmter Druckölstrom durch den Nebenausströmkanal des Vorsteuerventils und den Zusatzströmkanal des Hauptsteuerventils in den Öltank zurückfließen. Da diese Menge deutlich geringer ist als die Menge bei geöffnetem Absperrelement, wird die Absenkgeschwindigkeit des Kolbens der Kolbenzylindereinheit entsprechend gesenkt, wodurch das angekoppelte Aggregat sinngemäß abgebremst wird und verzögert zum Stillstand kommt. Es sei noch erwähnt, daß die Umschaltung von der höheren zur niedrigen Spannung nicht direkt, sondern aus technischen Gründen immer über den stromlosen Zustand erfolgt. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher definiert.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer einzigen das Steuerventil in einer Schnittdarstellung darstellenden Figur näher erläutert werden.

Das Steuerventil besteht aus einem Hauptsteuerventil 1 und einem angesetzten Vorsteuerventil 2. Dem Vorsteuerventil 2 ist ein Hubmagnet 3 zugeordnet. In ihrer Gesamtheit bilden diese Bauteile einen sogenannten Steuerblock. Das Hauptsteuerventil 1 ist mit einem Einströmkanal 4 und zwei parallel und im Abstand zueinander angeordneten Auströmkanälen 5 und 6 ausgerüstet, wobei der Ausströmkanal 6 ein Zusatzausströmkanal ist. Der äußere Einstömkanal 4 ist über einen Zwischenkanal 7 mit einem Durchströmkanal 8 des Vorsteuerventiles 2 strömungstechnisch verbunden. Der Durchströmkanal 8 verläuft ebenfalls parallel und im Abstand zu den Kanälen 4 bis 6. Der Einströmkanal 4 ist mit dem Ausströmkanal 5 über einen Übergangskanal 9 verbunden, der sich an der dem Einströmkanal 4 abgewandten Seite bis zu der dem Vorsteuerventil 2 zugewandten Stirnfläche erstreckt. An der dem Einströmkanal 4 zugewandten Seite erstreckt er sich über den Einströmkanal 4 hinaus. Der zwischen dem Ausströmkanal 6 und der dem Vorsteuerventil 2 befindlichen Teil des Überströmkanals 9 ist im Durchmesser größer als der restliche Teil. In diesem Teil ist ein Steuerkolben 10 in Längsrichtung verfahrbar eingesetzt. Der Ausströmkanal 5 mündet im Übergangskanal 9, während der Zusatzausströmkanal 6 mit dem Überströmkanal 9 nicht verbunden ist. In den Überströmkanal 9 ist ein Steuerschieber 11 verschieblich eingesetzt, der mit einem Ende den Steuerkolben 10 berührt. Im gegenüberliegenden Endbereich ist er zylindrisch ausgebildet, so daß eine Druckfeder 12 diesen Bereich übergreifen kann. An den zylindrischen Teil schließt sich ein als Dichtkegel ausgebildetes Ansperrelement 23 an.

Der Durchströmkanal 8 des Vorsteuerventils 2 ist stufenförmig abgesetzt. Der dem Hubmagneten 3 zugewandte Teilbereich ist im Durchmesser kleiner als der dem Hubmagneten 3 abgewandte Teilbereich, wobei der Übergang im Durchmesser noch kleiner ist, als der dem Hubmagnet 3 zugewandte Teilbereich. In dem Durchströmkanal 8 ist in Längsrichtung ein Vorsteuerschieber 13 eingesetzt. Der dem Hubmagneten 3 zugewandte Bereich des Schiebers 13 entspricht dem Durchmesser des Durchströmkanales 8. Der sich anschließende Bereich ist abgesetzt, so daß der dem Hubventil 3 zugewandte Bereich einen Dichtkörper bildet. Die Ringfläche liegt im Bereich eines Nebenausströmkanals 14 und bildet demzufolge eine Steuerkante 15. Der Zwischenkanal 7 erstreckt sich auch in das Vorsteuerventil 2 hinein, so daß eine Strömungsverbindung zum Durchströmkanal 8 entsteht. Der Vorsteuerschieber 13 liegt an der dem Hubmagneten 3 abgewandten Seite an einer Kugel 16 an, die innerhalb des Teilbereiches des Durchströmkanals 8 mit dem größeren Durchmesser liegt und durch die Wirkung einer Druckfeder 17 in Richtung zum Magneten 3 gedrückt wird, so daß im Zusammenspiel mit dem Sitz 16′ Leckölfreiheit gewährleistet ist. Zwischen dem Zwischenkanal 7 und dem Nebenausströmkanal 14 zweigt von dem Durchströmkanal 8 des Vorsteuerventiles 2 noch ein Druckkanal 18 ab, der fluchtend zum Übergangskanal 9 des Hauptsteuerventils liegt und:in diesen einmündet.

Die Durchmesser der genannten Kanäle sowie die Abmessungen der für die Funktion notwendigen Bauteile einschließlich der Druckverhältnisse müssen selbstverständlich aufeinander abgestimmt sein.

In der Zeichnung ist das Steuerventil im Ruhestand dargestellt. Soll ein Aggregat abgesenkt werden, wird der Hubmagnet 3 beispielsweise mit einer Gleichspannung von 12 Volt erregt, so daß der Stößel 19 ausfährt und den Vorsteuerschieber 13 des Vorsteuerventiles 2 in die Endstellung drückt, in der durch die Steuerkante 15 der Nebenausströmkanal 14 verschlossen wird. Das Gewicht des abzusenkenden Aggregates wirft auf die hydraulische Kolbenzylindereinheit 20, so daß sich der daraus ergebende Druck bestimmter Größe auf das Hauptsteuerventil überträgt. Da die Kugel 16 des Vorsteuerschiebers 2 in die Offenstellung bewegt wurde, strömt das Drucköl durch den gebildeten Spalt hindurch, so daß sich ein gegenüber dem Druck des Einströmkanals 4 geringerer Druck einstellt, der jedoch ausreichend ist, um den Steuerkolben 10 entgegen der Wirkung der Druckfeder 12 und des Druckes im Einströmkanal 4 in die andere Endstellung zu verfahren, in der er dann unterhalb des Zusatzausströmkanales 6 steht. Dadurch wird das als Dichtkegel ausgebildete Absperrelement 23 des Steuerschiebers 11 von der Dichtkante weg bewegt, so daß das durch die Zylindereinheit 20 verdrängte Öl von dem Einströmkanal 4 direkt und ausschließlich in den Ausströmkanal 5 gelangt. Diese ausströmende Menge ist relativ groß, so daß die Absenkgeschwindigkeit des Kolbens der Kolbenzylindereinheit 20 und somit die Absenkgeschwindigkeit des angekoppelten Aggregates entsprechend groß ist. Soll nun die Absenkbewegung beendet werden, wird die Spannung des Hubmagneten 3 von zunächst 12 Volt auf beispielsweise 6 Volt über den stromlosen Zustand hinweg umgeschaltet. Der stromlose Zustand wirkt sich nicht negativ aus, da die Schaltvorgänge im Millisekundenbereich liegen. Durch die verringerte Leistung des Hubmagneten 3 wird der Vorsteuerschieber 13 in Richtung zum Hubmagneten 3 bewegt, jedoch nicht in die Endstellung, sondern in eine Zwischenstellung, in der die Kugel 16 noch nicht gegen die ihr zugeordnete Dichtkante stößt. Die Steuerkante 15 des Vorsteuerschiebers 13 gibt außerdem einen relativ geringen Teil des Querschnittes des Nebenausströmkanales 14 frei, so daß auch Drucköl durch den Zusatzkanal 6 in den nicht dargestellten Tank abfließen kann. Durch das Verfahren des Vorsteuerschiebers 13 in die Zwischenstellung wird der auf den Steuerkolben 10 wirkende Druck so weit abgesenkt, daß durch den Druck des Drucköls und durch die Wirkung der Druckfeder 12 der Steuerkolben 10 in die der Ruhestellung entsprechende Position zurück verfahren wird, wodurch gleichzeitig das Absperrelement 23 gegen die zugeordnete Dichtkante 23′ stößt und den Durchfluß vom Einströmkanal 4 in den Ausströmkanal 5 leckölfrei verhindert. Dadurch kann nur noch so viel Drucköl aus der Kolbenzylindereinheit 20 verdrängt werden, wie über den Nebenausströmkanal 14 des Steuerventils 2 abfließen kann. Da diese Menge nur einen Bruchteil ausmacht, wird die Absenkgeschwindigkeit des Kolbens der Kolbenzylindereinheit entsprechend vermindert. Sobald der Hubmagnet stromlos ist, schließt durch den noch anstehenden Druck und durch die Wirkung der Druckfeder 17 die Kugel 16 den Durchflußringkanal vollständig, so daß der ursprüngliche Ruhezustand wieder hergestellt ist. Der Stillstand des abzusenkenden Aggregates erfolgt demzufolge von einer relativ geringen Absenkgeschwindigkeit aus. Das gänzliche Anheben des Aggregates erfolgt durch ein entsprechend ausgelegtes nicht erläutertes Hubventil, während das Arbeiten des Aggregates beispielsweise geringfügiges Anheben und Absenken eines Schneidwerkes im Bodenbereich durch Beaufschlagung des Hubmagneten mit 6 Volt erfolgt.

Claims (8)

1. Hydraulisches Steuerventil zum Steuern einer unter Druck stehenden hydraulischen Kolbenzylindereinheit zum Absenken eines Aggregates einer landwirtschaftlichen Erntemaschine, mit einem einen druckbeaufschlagbaren Steuerkolben beinhaltenden Hauptsteuerventil, welches mit einem Einströmkanal und einem damit in einer Strömungsverbindung stehenden Hauptströmkanal für das aus der Kolbenzylindereinheit verdrängte Drucköl versehen ist, wobei in dem Übergangsbereich zwischen dem Ein- und Ausströmkanal ein von dem Steuerkolben betätigbares, die Strömungsverbindung freigebendes und unterbrechendes Absperrelement derart vorgesehen ist, daß zumindest zur Freigabe der Strömungsverbindung der Steuerkolben von der dem Absperrelement abgewandten Seite über einen von dem Durchströmkanal abzweigenden Druckkanal mit Drucköl beaufschlagbar ist, in dem der Einströmkanal des Hauptsteuerventiles mit einem Durchströmkanal eines angesetzten Vorsteuerventils in eine Strömungsverbindung bringbar ist, wobei das Vorsteuerventil einen mit zwei Dichtkörpern bestückten von einem Hubmagneten besetzten Vorsteuerschieber zur Steuerung des Volumenstromes innerhalb des Vorsteuerventiles aufweist, und wobei das Vorsteuerventil einen Nebenausströmkanal aufweist, der durch den einem Hubmagneten zugewandten Dichtkörper des Vorsteuerschiebers öffnen- und schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenausströmkanal (14) des Vorsteuerventils (2) mit einem zweiten Zusatzausströmkanal (6) des Hauptsteuerventils (1) in einer Strömungsverbindung steht, daß der Hubmagnet (3) wahlweise mit mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen zur Betätigung des Vorsteuerschiebers (13) des Vorsteuerventils (2) derart beaufschlagbar ist, daß bei seiner Beaufschlagung mit einem Spannungswert des oberen Bereichs der dem Hubmagneten (3) zugewandte Dichtkörper (15) den Nebenausströmkanal (14) verschließt, und der andere Dichtkörper (16) zur Beaufschlagung des Steuerkolbens (10) des Hauptsteuerventils (1) den von dem Durchströmkanal (8) des Vorsteuerventils (2) abzweigenden Druckkanal (18) freigibt, so daß der Steuerkolben (10) des Hauptsteuerventils (1) das Absperrelement (23) zwischen dem Ein- und Ausströmkanal (4, 5) öffnet, so daß das Drucköl direkt von dem Einströmkanal (4) in den Ausströmkanal (5) fließt, und daß zur Verringerung der Kolbengeschwindigkeit der Kolbenzylindereinheit (20) der Hubmagnet (3) mit einem Spannungswert vorzugsweise im mittleren Bereich derart beaufschlagbar ist, daß der Vorsteuerschieber (13) des Vorsteuerventils (2) in eine definierte Zwischenstellung verfahrbar ist, in der sowohl der Druckkanal (18) als auch der Nebenausströmkanal (14) geöffnet sind, wobei durch ein entsprechendes Verhältnis des Druckmessers des Vorsteuerschiebers (13) das Absperrelement (23) des Hauptsteuerventils (1) durch die zusätzliche Wirkung einer Federkraft in die Schließstellung verfahrbar ist, so daß ausschließlich über den Nebenausströmkanal (14) des Vorsteuerventils (2) ein, bezogen auf den Druckölstrom des Hauptsteuerventils, geringer Druckölstrom abfließt.

2. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswert des Hubmagneten (3) im oberen Bereich 12 Volt und im unteren Bereich eine Teilspannung davon beträgt.

3. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hubmagneten (3) zugewandte Dichtkörper des Vorsteuerventils (2) als Steuerkante (15) ausgebildet ist.

4. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (18) zwischen einem den Einströmkanal (4) des Hauptsteuerventils (2) mit dem Durchströmkanal (8) des Vorsteuerventils (1) verbindenden Zwischenkanal (8) und dem Nebenausströmkanal (14) liegt.

5. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmkanal (8) des Vorsteuerventils (2) stufenförmig ausgebildet ist, und daß der Übergangsbereich zusätzlich verengt ist.

6. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hubmagneten (3) abgewandte Dichtkörper der Vorsteuerschiebers (13) des Vorsteuerventils (2) eine Kugel (16) ist.

7. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Übergangsbereich zwischen dem Einströmkanal (4) und dem Ausströmkanal (5) angeordnete Absperrelement (23) ein Dichtkegel ist, dem eine Dichtkante oder Dichtfläche zugeordnet ist.

8. Hydraulisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement (23) ein Teil eines von dem Steuerkolben (10) verfahrbaren Steuerschiebers (11) ist.