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1. Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung und insbesondere
eine solche Vorrichtung mit Kraftrückkopplung, die insbesondere
zur Betätigung
linear betriebener Steuerventile in hydraulischen Systemen dient.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Konstruktionen
und landwirtschaftliche Gerätschaften
sind mit beweglichen Teilen versehen, die durch hydraulische Zylinder-
und Kolbenanordnungen betätigt
werden. Der Zylinder wird durch den Kolben in zwei Innenkammern
unterteilt, und abwechselnde Einwirkung von unter Druck stehendem Hydraulikmittel
auf jede Kammer bewegt den Kolben in entgegengesetzte Richtungen.
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Die
Einwirkung von Hydraulikfluid auf den Zylinder wurde in der Vergangenheit
durch ein manuell betätigtes
Ventil gesteuert, bei dem die Betriebsperson einen Hebel bewegt,
der mechanisch mit einer Ventilspindel in einer Bohrung des Ventils
verbunden war. Die Bewegung des Hebels plazierte die Ventilspule
in Bezug auf die Hohlräume
in der Bohrung in verschiedene Lagen, die mit einem Pumpenauslaß, einem
Fluidbehälter
oder dem Zylinder verbunden waren. Die Bewegung der Ventilspindel
in einer Richtung bewirkte das Strömen von hydraulischem Druckmittel
von der Pumpe zu einer der Zylinderkammern und ermöglichte
dem Druckmittel in der anderen Kammer, in den Behälter zu
strömen.
Die Bewegung der Ventilspindel in der entgegengesetzten Richtung
kehrte die Einwirkung um und ließ das Druckmittel in Bezug
auf die Zylinderkammern entweichen. Durch Veränderung der Menge wurde die Ventilspindel
in der passenden Richtung bewegt, wobei die in die zugehörige Zylinderkammer
strömende Druckmittelmenge
verändert
wurde, um dadurch den Kolben mit proportional unterschiedlichen
Geschwindigkeiten zu bewegen.
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Dazu
kommt, daß einige
Steuerventile eine schwimmende Position bieten, in der beide Zylinderkammern
gleichzeitig über
die Ventilspule mit dem Druckmittelbehälter in Verbindung stehen.
Diese Position ermöglicht,
daß das
Maschinenelement, das von dem Zylinder angetrieben wird, sich in
Abhängigkeit von äußeren Kräften frei
bewegt. So kann beispielsweise eine Schneepflugschar sich gegen
das Pflaster gewissermaßen
schwimmend bewegen, um sich an Änderungen
der Oberflächenkontur
anzupassen und das Eindringen in das Pflaster zu vermeiden.
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Es
gibt einen Trend bezüglich
Konstruktionen und landwirtschaftlicher Ausrüstungen weg von manuell betätigten hydraulischen
Ventilen in Richtung auf elektrisch gesteuerte Magnetventile. US-Patent
5 921 279 beschreibt die Verbindung einer Magnetspule mit dem Ende
der Ventilspule, um ein Steuerventil zu betätigen. Da die Magnetspule nur
in der Lage war, die Ventilspule in einer Richtung zu bewegen, war
ein Magnetspulenpaar für
die Betätigung der
Spulenventile für
jede Arbeitsöffnung
der Ventilanordnung erforderlich. Eines dieser Ventile steuerte die
Bewegung des Kolbens in der einen Richtung, während das andere Ventil für die Kolbenbewegung in
der anderen Richtung zuständig
war.
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Wichtig
ist, daß die
Magnetspule in der Lage ist, die Ventilspule genau zu positionieren,
um durch das Ventil die Flüssigkeit
mit der gewünschten
Strömungsgeschwindigkeit
zuzumessen. Bei einem idealen Ventil hat die Lage der Ventilspule
eine konstante Abhängigkeit
zur Größe des elektrischen
Stroms, der der Magnetspule zugeführt wird. Bei dieser Idealsituation
wird angenommen, daß die
anderen Kräfte,
die auf die Ventilspule einwirken, über die Lebenszeit des Steuerventils
konstant bleiben. In Wirklichkeit jedoch, verändern sich Reibung und andere
Kräfte,
die auf die Ventilspulbewegungen Einfluß haben, mit der Alterung der
Vorrichtung, so daß die
Größe des elektrischen
Stroms, der der Magnetspule zufließt, im Laufe der Zeit die Ventilspule
nicht mehr in dieselbe Position bewegt. Somit ändert sich der Flüssigkeitsstrom
durch das Ventil bei einer gegebenen elektrischen Stromstärke während der
Lebensdauer des Ventils.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
33 03 697 beschreibt eine Ventilanordnung mit einem positionsabhängigen Kraftrückkopplungstastmechanismus,
der an dem einen Ende eines Ventilkörpers angebracht ist und auf
Pilotventile in Abhängigkeit
von der Lage des Ventilkörpers
eine Kraft überträgt.
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Es
soll eine Steuerventilanordnung geschaffen werden, die die Ventilspule
regelmäßig in derselben
Position anordnet, wenn der Magnetspule eine gegebene elektrische
Stromstärke
zugeführt
wird, und zwar selbst dann, wenn andere Kräfte die Ventilspuländerung
bewirken.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hydraulische Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In
der Zeichnung sind
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1 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Spulensteuerventils, das
durch eine Magnetspule betrieben wird;
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2 eine
isometrische Ansicht eines Kolbens innerhalb des Steuerventils;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Linearantriebs des Steuerventils in der
neutralen Stellung;
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4 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Ventilelements und Pilotstiftes des in 3 gezeigten
Linearantriebs;
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5 eine
Querschnittsansicht des Linearantriebs, wenn sich das Steuerventil
im ausgefahrenen Zustand befindet;
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6 eine
Querschnittsansicht des Linearantriebs, wenn sich das Steuerventil
im zurückgezogenen
Zustand befindet; und
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7 eine
Querschnittsansicht des Linearantriebs, wenn sich das Steuerventil
im schwimmenden Zustand befindet.
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Wie
zunächst
aus 1 ersichtlich, weist ein Steuerventil 10 einen
Ventilblock 12 mit einer Bohrung 14 auf, die sich
durch diesen hindurch erstreckt. Eine Steuerventilspule 16 bildet
eine Strömungssteuerkomponente
und ist in der Bohrung 14 angeordnet und läßt sich
in Längsrichtung
hin- und herbewegen, um den Hydraulikflüssigkeitsstrom zu zwei Arbeitsöffnungen 18 und 20 zu
steuern. Eine doppelt wirkende Federanordnung 15 steht
mit einem ersten Ende der Steuerventilspule 16 in Verbindung,
um die Ventilspule in die dargestellte mittlere Neutrallage in der Bohrung 14 zurückzuführen. Die
Steuerventilspule 16 hat mehrere in axialer Richtung beabstandete Umfangsnuten,
die zwischen Stegen angeordnet sind, welche mit der Bohrung zusammenwirken,
um den Hydraulikflüssigkeitsstrom
zwischen unterschiedlichen Hohlräumen
und Öffnungen
in die Bohrungen zu steuern, wie dies beschrieben wird.
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Die
erste und zweite Arbeitsöffnung 18 und 20 sind
durch die ersten und zweiten Arbeitsöffnungskanäle 22 und 23 entsprechend
mit Hohlräumen
verbunden, die sich rund um die Bohrung 14 erstrecken.
In jedem der ersten und zweiten Arbeitsöffnungskanäle 22 bzw. 23 befindet
sich ein separates Prüfventil 24 bzw. 25.
Die Arbeitsöffnungen 18 und 20 stehen
mit einem Hydraulikmotor in Verbindung, so beispielsweise einer
Anordnung aus Zylinder 21 und Kolben 19. In einem
beispielhaften Hydrauliksystem kann die erste Arbeitsöffnung 18 beispielsweise mit
der Kopfkammer eines Hydraulikzylinders 21 verbunden sein
und die zweite Arbeitsöffnung 20 mit
der Fußkammer
dieses Zylinders. Der Kolben 19 und der Zylinder 21 bilden
einen Hydraulikmotor, wobei selbstverständlich ist, daß das vorliegende
Steuerventil auch mit anderen Typen von Hydraulikmotoren verwendet
werden kann, so beispielsweise mit einem einfach wirkenden Zylinder
oder einem Drehmotor.
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Der
Ventilblock 12 weist mehrere Kanäle auf, die sich lotrecht zur
Ebene des in 1 gezeigten Querschnitts erstrecken.
Zwei derartige Kanäle 26 und 27 sind
mit dem Behälter
des Hydrauliksystems verbunden, von dem die Ventilanordnung 10 eine Komponente
ist. Beide Behälterkanäle 26 und 27 öffnen sich
in einen anderen Hohlraum, der sich rund um die Ventilspulbohrung 14 erstreckt.
Der Ventilblock 12 hat auch einen Zufuhrkanal 30,
der sich in die Ventilspulbohrung 14 öffnet und der mit dem Ausgang
einer Pumpe (nicht gezeigt) des Hydrauliksystems verbunden ist.
Der Zufuhrkanal 30 steht mit der anderen Bohrung 32 im
Ventilblock 12 in Verbindung, die einen herkömmlichen
Druckkompensator 34 enthält. Der Druckkompensator 34 steuert
den Hydraulikflüssigkeitsstrom
aus dem Zufuhrkanal 30 zu zwei Pumpenhohlräumen 34 und 36 rund
um die Ventilspulbohrung 14, die mit einem Brückenkanal 38 verbunden
sind.
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Der
Ventilblock 12 ist vorzugsweise aus mehreren Segmenten
zusammengesetzt, die miteinander verschraubt sind, um eine Verbindung
der verschiedenen Bohrungen, Kanäle
und Öffnungen
herzustellen. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung
auch mit anderen Typen von Steuerspulenventilen benutzt werden kann,
und zwar zusätzlich
zu dem hier speziell beschriebenen Typ.
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1 zeigt
die Steuerventilspule 16 in der neutralen und Mittelstellung,
in der Flüssigkeit
weder in die Arbeitsöffnungen 18 und 20 hinein-
noch aus ihnen herausfließen
kann. Die Bewegung der Steuerventilspule 16 in der Zeichnung
nach rechts verbindet die erste Arbeitsöffnung 18 mit dem
Behälterkanal 26 und
die zweite Arbeitsöffnung 20 mit
dem Zufuhrkanal 30 über
den Brückenkanal 38 und
den Druckkompensator 34. Dieser Vorgang führt unter
Druck stehende Hydraulikflüssigkeit
von der Systempumpe zur Fußkammer
des Zylinders 21 und läßt Hydraulikflüssigkeit
aus der Zylinderkopfkammer zum Systembehälter ausfließen. Infolge
dessen zieht sich die Kolbenstange 39 in den Zylinder 21 zurück. Eine
Bewegung der Steuerventilspule 16 in der Zeichnung nach links
verbindet die erste Arbeitsöffnung 18 mit
dem Zulieferkanal 30 und die zweite Arbeitsöffnung 20 mit dem
Behälterkanal 27.
Dadurch wird unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von der Systempumpe veranlaßt, zu der
Kopfkammer des Zylinders 21 zu strömen, und Hydraulikflüssigkeit
entweicht aus der Fußkammer,
so daß die
Kolbenstange 39 aus dem Zylinder ausfährt.
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Die
hier verwendeten Angaben in Bezug auf die Richtungszusammenhänge und
Bewegungen, beispielsweise oben und unten, links und rechts oder aufwärts und
abwärts,
beziehen sich auf den Zusammenhang und die Bewegung der Einzelteile
in der in der Zeichnung dargestellten Ausrichtung, die nicht die
Ausrichtung dieser Einzelteile zu sein braucht, die bei anderen
Ausführungsformen
der Erfindung vorhanden ist.
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Das
zweite Ende der Steuerventilspule 16, das von der doppelt
wirkenden Federanordnung 15 entfernt liegt, steht mit einem
Kraftrückkopplungsantrieb 40 in
Verbindung. Der Kraftrückkopplungsantrieb 40 weist
einen Endblock 48 auf, der an der einen Seite des Ventilblocks 12 so
angebracht ist, daß eine Bohrung 46 im
Endblock mit der Ventilspulenbohrung 14 ausgerichtet ist.
Die Endblockbohrung 46 enthält einen Kolben 42,
der an dem zweiten Ende der Steuerventilspule 16 angebracht
ist. Alternativ dazu können
die Steuerventilspule 16 und der Kolben 42 aus einem
Stück bestehen.
In beiden Konstruktionen bewegen sich der Kolben 42 und
die Steuerventilspule 16 als eine Einheit hin und her.
In der Bohrung 46 werden auf entgegengesetzten Seiten des
Kolbens 42 erste und zweite Kolbensteuerkammern 47 und 49 gebildet.
Obgleich der Endblock 48 von dem Ventilblock 12 getrennt
ist, könnten
die beiden Einzelteile auch ein Stück bilden und werden deshalb
hier gemeinsam als Körper 45 bezeichnet.
In einem einstückigen
Körper
bilden die Spindelbohrung 14 und die Kolbenbohrung 46 eine
gemeinsame Bohrung.
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Zusätzlich ist
zu 2 festzustellen, daß der Kolben 42 ganz
allgemein die Form eines Stundenglases hat mit kreisrunden Endabschnitten 50 und 51 und
einer Vertiefung, die eine gestaffelte Oberfläche bildet, und zwar vorzugsweise
in Form einer Ringnut 52 zwischen den Endabschnitten. Die
Ringnut 52 weist kegelstumpfförmige, abgeschrägte Abschnitte 53 und 54 auf,
die sich von den relativ dicken Endabschnitten 50 bzw. 51 zu
den dünneren
mittleren Kolbenabschnitt 55 am Boden der Nut erstrecken. Obgleich
die abgeschrägten
Abschnitte 53 und 54 mit Oberflächen dargestellt
sind, die von den Endabschnitten zu dem den ganzen Durchmesser aufweisenden
Teil der Nut in einer Linie schräg
verlaufen, können
auch andere Oberflächenkonturen,
so beispielsweise eine konkave oder konvex gekrümmte Oberfläche Verwendung finden. Eine
Längsnut 56 erstreckt
sich entlang der äußeren Oberfläche des Kolbens 42 von
dem einen ringförmigen
Ende 50 zum anderen 51. Alternativ könnte anstelle
einer Nut 52 der Kolben 42 eine zylindrische Form
aufweisen mit einer großen
konkaven Längsnut,
entsprechend dem Profil der Nut 56.
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Wie
aus den 1 bis 3 ersichtlich,
ist in einer ersten Bohrung 62 ein erstes proportionales elektrohydraulisches
(EH) Ventil 60 angeordnet, wobei sich die Bohrung 62 in
den Endblock 48 erstreckt und die Kolbenbohrung 46 rechtwinklig
schneidet. Das erste EH-Ventil 60 hat einen elektrischen
Antrieb, der eine erste Magnetspule 64 aufweist, die, sobald
sie erregt wird, die Bewegung eines Ankers 66 bewirkt,
der wahlweise mit einer Ventilelementanordnung 68 in Berührung kommt.
Wie wiederum aus 4 ersichtlich, weist die Ventilelementanordnung 68 ein
Ventilelement 70 auf, das eine zentrale Öffnung 71 mit
einem offenen Ende besitzt, das dem Kolben 42 zugewendet
ist, sowie ein inneres Ende mit einer kleinen Durchgangsöffnung 73,
in die hinein sich der Magnetspulenanker 66 erstreckt.
Das Ventilelement 70 hat eine äußere Ringnut 75 und
eine quer verlaufende Öffnung 77.
Wie im folgenden beschrieben, bewegt der Betrieb des Ankers 66 durch die
erste Magnetspule 64 das Ventilelement 70, um den
Hydraulikmittelstrom in die ersten und zweiten Kolbensteuerkammern 47 und 49 proportional
zu steuern. Eine Haube 72 innerhalb des Ventilelements 70 wird
durch eine erste Feder 74 von dem inneren Ende der zentralen Öffnung 71 weggedrückt. Eine zweite
Feder 76 ist zwischen der Haube 72 und einer Scheibe 78 angeordnet,
die dem offenen Ende der zentralen Öffnung 71 zugewandt
ist. Ein Rückkopplungsstift 80 erstreckt
sich durch die Scheibe 78 und hat ein erste Ende, das mit
der Haube 72 in Berührung
steht. Eine Schulter 82 auf dem Rückkopplungsstift stößt an der
Scheibe 78 an. Ein Teil 84 größeren Durchmessers des Rückkopplungsstiftes 80 ragt
aus dem ersten EH-Ventil 60 heraus und ist mit einem gerundeten
Ende versehen, das in der Längsnut 56 im Kolben 52 (siehe 2)
aufgenommen wird. Der Eingriff des gerundeten Endes des Rückkopplungsstiftes 80 in
die Nut 56 des Kolbens 42 schafft zwischen diesen
Teilen eine lineare Berührung.
Wenn die Nut 56 nicht so vorgesehen würde, dann würde der Rückkopplungsstift mit der gekrümmten Oberfläche des Kolbens 42 eine
Punktberührung
haben, die am Berührungspunkt
eine relativ große
Spannung erzeugen würde.
Die lineare Berührung
der beiden Teile verringert die Kontaktspannung.
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Wie
wiederum aus den 1 und 3 ersichtlich,
steht ein Pilotdruckkanal 85 mit einer ersten Bohrung 62 in
Berührung
und nimmt bei einem konstanten, geregelten Pilotdruck (Pilot) Hydraulikflüssigkeit
auf, die den Betrieb des Kopfes 42 steuert, wie im folgenden
beschrieben. Der Endblock 48 weist auch einen Pilotbehälterkanal 86 auf,
der mit dem Behälterkanal 27 im
Ventilblock 12 in Verbindung steht. Der Pilotbehälterkanal 86 führt zum
Schnittpunkt der Antriebsbohrung 46 und der ersten Bohrung 62 des
ersten EH-Ventils 60. Infolge dessen steht ein Hohlraum 88 zwischen
dem ersten EH-Ventil 60 und dem Kolbenbohrung 46 ständig mit
dem Behälterkanal 27 in
Verbindung. Ein Zweigkanal 90 erstreckt sich von der ersten
Kolbensteuerkammer 47 auf der Spindelseite des Kolbens 42 zu
der ersten Bohrung 62. Ein erster Querkanal 91 ist
eine Fortsetzung des Zweigkanals 90 von der ersten Bohrung 62 zum
Durchgang einer zweiten Bohrung 92, die parallel zu der
ersten Bohrung im Endblock 48 liegt und sich in die zweite
Steuerkammer 49 hinein öffnet.
Ein zweiter Querkanal 94 erstreckt sich zwischen der Kammer 88 in
der ersten Bohrung 62 und der zweiten Bohrung 92.
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Ein
zweites elektrohydraulisches Ventil 95 ist mit einem elektrischen
Antrieb versehen, der von einer zweiten Magnetspule 96 gebildet
wird, die einen Anker 97 betätigt, um einen Ventilkörper 98 in
der zweiten Bohrung 92 zu bewegen. Das zweite EH-Ventil 95 ist
ein Ventil des An-Aus-Typs mit zwei Zuständen, nämlich "erregt" und "nicht erregt". Wenn das zweite EH-Ventil 95 nicht
erregt wird, ist der Ventilkörper 98 so
angeordnet, daß er
den ersten Querkanal 91 mit der zweiten Kolbensteuerkammer 49 verbindet.
Wenn andererseits das zweite EH-Ventil 95 erregt wird,
wird der zweite Querkanal 94, der mit den Behälterkanälen 86 und 27 gekoppelt
ist, mit der zweiten Kolbensteuerkammer 49 verbunden. Es
versteht sich jedoch, daß die
Verbindungen, die im erregten und nicht erregten Zustand des zweiten EH-Ventils 95 geschaffen
werden, bei einer entsprechenden Umkehr des Betriebs der zweiten
Magnetspule 96 in der folgenden Beschreibung der zweiten EH-Ventilbetätigung umgekehrt
werden. Darüber
hinaus ist darauf hinzuweisen, daß obgleich spezielle Bauweisen
des Ventilelementes 70 und des Ventilelementes 98 in
der Zeichnung dargestellt sind, auch andere Arten dieser Teile Verwendung
finden könnten,
die dieselbe Funktion ausüben
und damit in den Schutzumfang der Erfindung fallen. So könnten beispielsweise
Ventilteller oder -kegel benutzt werden.
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Das
erste elektrohydraulische Ventil 60 ist eine proportionale
Einrichtung, die die von dem Pilotdruckkanal 85 kommende
Hydraulikflüssigkeit
zumißt,
um die Lage der Spindel 16 und damit die Geschwindigkeit
bzw. Menge, mit der die Flüssigkeit
den Arbeitsöffnungen 18 und 20 zuströmt, zu steuern.
Die beiden Zustände
des zweiten elektrohydraulischen Ventils 95 bestimmen die
Bewegungsrichtung des Kolbens 42 und damit der Steuerspindel 16.
Die Bewegungsrichtung der Steuerspindel 16 bestimmt, ob die
Kolbenstange 39 aus der zurückgezogenen Lage in den hydraulischen
Antrieb geschoben wird, der von dem Zylinder 21 gebildet
wird.
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Die 1 und 3 zeigen
das Steuerventil 10 in der neutralen Lage, in der Nydraulikflüssigkeit weder
an den Zylinder 21 abgegeben wird noch von ihm weggeleitet
wird. In dieser Betriebsstufe wird das erste EH-Ventil 60 in
einem nicht erregten Zustand gehalten, so daß sein Ventilelement 70 die
Verbindung mit dem Pilotdruckkanal 85 schließt. Infolge dessen
befindet das Ventilelement 70 in einer Lage, in der der
Zweigkanal 90, der sich in die erste Kolbensteuerkammer 47 öffnet, mit
dem Pilotbehälterkanal 86 und
damit mit dem Behälter
verbunden ist. Somit steht die erste Kolbensteuerkammer 46 unter
Behälterdruck.
Infolge dessen befinden sich im neutralen Zustand des Steuerventils 10 beide
Kolbensteuerkammern 47 und 49 unter Behälterdruck,
was der dualen Federanordnung 15 ermöglicht, die Steuerspindel 16 in
der dargestellten Lage zu zentrieren, in der die beiden Arbeitsöffnungskanäle 22 und 23 von
den Kanälen
und Hohlräumen
isoliert sind, die mit der Spindelbohrung in Verbindung stehen.
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Wie
aus 5 ersichtlich, wird das zweite EH-Ventil 95 erregt,
um die Kolbenstange 39 aus dem Zylinder 21 auszufahren,
so daß der
Ventilkörper 98 dieses
Ventils den zweiten Querbehälterkanal 94 mit
der zweiten Kolbensteuerkammer 49 verbindet. Das erste
EH-Ventil 60 wird ebenfalls erregt, um das Ventilelement 70 in
eine Lage zu bewegen, in der die Ringnut 75 sich zwischen
einem Einlaß 87 und
einem Auslaß 89 des
Ventils erstreckt und dadurch Hydraulikflüssigkeit aus dem Pilotdruckkanal 85 proportional
zum Zweigkanal 90 und in die erste Kolbensteuerkammer 47 geschickt
wird. Somit enthält
die erste Kolbensteuerkammer 47 Hydraulikflüssigkeit, die
im Vergleich zum Druck in der zweiten Kolbensteuerkammer 49 unter
einem relativ hohen Druck steht. Diese Druckdifferenz drückt den
Kolben 42 in der Zeichnung nach links, um dadurch eine
entsprechende Bewegung des Strömungssteuerteils,
also der Spindel 16, zu erzeugen. Diese Linksbewegung der
Steuerspindel 16 verbindet den zweiten Arbeitsöffnungskanal 23 und
die zweite Arbeitsöffnung 20 mit
dem Behälterkanal 27.
Gleichzeitig werden die erste Arbeitsöffnung 18 und ihr
Kanal 22 mit dem Brückenkanal 38 verbunden,
der unter Pumpenausgangsdruck stehende Hydraulikflüssigkeit
empfängt. Als
Folge dessen bewegt sich der Kolben in dem Zylinder 21 in
der Zeichnung nach links, wodurch die Kolbenstange 39 aus
dem Zylinder ausfährt,
wie aus 1 ersichtlich.
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Wenn
der Kolben 42 des Kraftrückkopplungsantriebs 40 sich
in der Zeichnung nach links bewegt, läuft der Kraftrückkopplungsstift 80 auf
dem abgeschrägten
Abschnitt 54 des Kolbens auf, wodurch der Stift 80 in
das erste EH-Ventil 60 eingedrückt wird. Dadurch wird auf
das Ventilelement 70 eine nach oben wirkende Rückkopplungskraft
ausgeübt, die
der von der ersten Magnetspule 64 erzeugten Abwärtskraft
entgegen wirkt, wodurch die Spindel veranlaßt wird, sich in eine Richtung
zu bewegen, in der eine Verbindung zwischen dem Pilotdruckkanal 85 und
dem Zweigkanal 90 geschlossen wird. Diese Aufwärtsbewegung
des Pilotstiftes 80 preßt die erste Feder 74 (2)
zusammen, die auf das Ventilelement 70 einen nach oben
gerichteten Druck ausübt. Diese
Krafteinwirkung auf das Ventilelement 70 nach oben aufgrund
der Berührung
des Pilotstiftes 80 mit dem abgeschrägten Kolbenabschnitt 54 erzeugt
eine Spindelstellungs-Rückkopplungskraft,
die auf das EH-Ventil 60 wirkt.
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Somit
erzeugt die Höhe
des elektrischen Stroms, der der ersten Magnetspule 64 des
ersten EH-Ventils 60 zugeführt wird, eine Abwärtskraft,
die über
den Anker 66 auf das Ventilelement 70 einwirkt. Diese
Abwärtskraft
entspricht einer für
die Steuerspindel 16 gewünschten Stellung. Sobald die
Steuerspindel 16 die gewünschte Stellung erreicht, entspricht
die Aufwärtskraft,
die von dem Pilotstift 80 auf das Ventilelement 70 ausgeübt wird,
der von der ersten Magnetspule 64 erzeugten Abwärtskraft.
Somit erreicht der Kraftrückkopplungsantrieb 40 in
der gewünschten
Stellung der Steuerspindel 16, in der das Ventilelement 70 geschlossen
ist und der Pilotdruck Pilot nicht länger auf die erste Kolbensteuerkammer 74 einwirkt,
den Gleichgewichtszustand. Daher kompensiert der Kraftrückkopplungsantrieb 40,
wenn andere Kräfte,
die auf die Steuerspindel 16 einwirken, beispielsweise
als Reibung und Änderung
der Kraft der doppelt wirkenden Federanordnung 15 über der Zeit,
derartige Änderungen.
Insbesondere wird der Kraftrückkopplungsantrieb 40 ständig die
Steuerspindel 16 in die gewünschte Lage bewegen, in der
die von dem sich auf dem abgeschrägten Abschnitt 54 des
Kolbens 42 bewegenden Pilotstift 80 ausgeübte Kraft
der Kraft entgegenwirkt, die von dem elektrischen Strom in der ersten
Magnetspule 64 des ersten EH-Ventils 60 erzeugt
wird. Dieses Kraftgleichgewicht tritt auf, sobald die Spindel in
die gewünschte Lage
gekommen ist, und zwar unabhängig
von Veränderungen
in der Reibung oder der Kraft der doppelt wirkenden Feder 15.
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Wie
aus 6 ersichtlich, ergibt sich eine ähnliche
Wirkung, sobald die Kolbenstange 39 in den Zylinder 21 zurückgezogen
werden soll. Bei dieser Betriebsweise wird das zweite EH-Ventil 95 nicht
erregt, das den Ventilkörper 98 in
eine Stellung bringt, die eine Verbindung zwischen dem ersten Querkanal 21 und
der zweiten Kolbensteuerkammer 49 schafft. Somit wird,
sobald das erste EH-Ventil 60 erregt
wird, um aus dem Pilotdruckkanal 85 Hydraulikflüssigkeit proportional
in den Zweigkanal 90 und den ersten Querkanal 91 einzuführen, Hydraulikflüssigkeit
unter diesem Druck sowohl der ersten als auch der zweiten Kolbensteuerkammer 47 bzw. 49 zugeführt. Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Oberfläche des Kolbens 42,
die der ersten Kammer 47 ausgesetzt ist, kleiner als die
Kolbenoberfläche,
die der zweiten Kolbensteuerkammer 49 ausgesetzt ist. Vorzugsweise ist
der Kolbenoberflächenbereich
in der zweiten Kolbensteuerkammer 49 zweimal so groß wie der
der ersten Kolbensteuerkammer 47 ausgesetzte Bereich. Aufgrund
dieser Betriebsweise wirkt eine höhere Hydraulikkraft auf das
Ende des Kolbens ein, das von der Steuerspindel 16 entfernt
liegt, wodurch eine Bewegung des Kolbens 42 und der Steuerspindel
in der Zeichnung nach rechts veranlaßt wird. Diese Bewegung bringt
die Steuerspindel 16 in eine Lage, in der die erste Arbeitsöffnung 18 und
der Kanal 22 mit dem Behälterkanal 26 verbunden
sind. Dazu kommt, daß die
Steuerspindel 16 nunmehr einen Weg von der zweiten Arbeitsöffnung 20 und
ihrem Kanal 23 zu dem Brückenkanal 38 schafft,
der sich unter Pumpenzufuhrdruck befindet. Infolge dessen bewegt
sich der Kolben des Zylinders 21 in der Zeichnung nach rechts,
wobei die an ihm angebrachte Stange 39 in den Zylinder
hineingezogen wird.
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Diese
Rechtsbewegung des Kolbens 42 bewirkt, daß der Pilotstift 80 auf
den abgeschrägten
Abschnitt 53 auffährt,
um dadurch den Pilotstift in das erste EH-Ventil 60 hineinzustoßen. Diese
Bewegung des Pilotstiftes 80 übt auf das Ventilelement 70 eine aufwärts gerichtete
Kraft aus, die der abwärts
gerichteten Kraft des Ankers 66 entgegenwirkt, sobald die erste
Magnetspule 64 erregt wird. Wenn sich somit die Steuerspindel 16 und
der Kolben 42 in die gewünschte Lage bewegen, die der
Stärke
des elektrischen Stroms entspricht, welcher der ersten Magnetspule 64 des
ersten EH-Ventils 60 aufgedrückt wird, erreicht die von
dem Pilotstift 80 ausgehende Aufwärtskraft mit der Abwärtskraft
ein Gleichgewicht, die durch den Magnetspulenanker 66 ausgeübt wird. Wenn
dies geschieht, wird das Ventilelement 70 in einer Lage
plaziert, in der die Verbindung zwischen dem Pilotdruckkanal 85 und
dem Zweigkanal 90 sowie dem ersten Querkanal 91 geschlossen
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird weder der Drucksteuerkammer 47 noch
der Kammer 49 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit
länger
zugeführt,
und die Bewegung des Kolbens und der Steuerspindel 16 endet.
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Somit
bildet in der zurückgezogenen
Betriebsweise der Kolben 62, der den Pilotstift 80 berührt, einen
Kraftrückkopplungsmechanismus,
der anzeigt, sobald die Steuerspindel 16 die gewünschte Stellung
erreicht hat, die der Höhe
des elektrischen Stroms entspricht, welcher auf die erste Magnetspule 64 einwirkt.
Das Ventilelement 70 öffnet
die Verbindung zwischen dem Pilotdruckkanal 85 und den
beiden Kolbensteuerkammern 47 und 49 nur dann, wenn
sich die Steuerspindel aufgrund der auf sie einwirkenden äußeren Kräfte nach
links bewegt. Somit positioniert bei zurückgezogener Betriebsweise der Kraftrückkopplungsantrieb 40 die
Steuerspindel 16 genau, obgleich andere Kräfte, beispielsweise
die Reibung und die Kraft der doppelt wirkenden Feder 15,
die auf die Steuerspindel 16 einwirken, sich im laufe der
Zeit ändern
können.
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Aus 7 ist
ersichtlich, daß die
Steuerspindel 16 auch in einer schwimmenden Stellung angeordnet
werden kann, in der beide Arbeitsöffnungen 18 und 20 mit
den Behälterkanälen 26 und 27 verbunden
sind. Sobald die bedienende Person der Maschine, die mit dem Steuerventil 10 versehen
ist, eine die schwimmende Position betreffende Eingabeeinrichtung
betätigt,
wird dem ersten EH-Ventil 60 ein relativ hochgespannter
elektrischer Strom zugeführt. Das
zweite EH-Ventil 95 wird in den nicht erregten Zustand
versetzt, in dem der Ventilkörper 98 einen Weg
zwischen dem ersten Querkanal 91 und der zweiten Kolbensteuerkammer 49 herstellt.
Der auf die erste Magnetspule 64 des ersten EH-Ventils 60 aufgedrückte elektrische
Strom drückt
das Ventilelement 70 abwärts, um dadurch einen relativ
großen Weg
zwischen dem Pilotdruckkanal 85 und sowohl dem Zweigkanal 90 als
auch dem ersten Querkanal 91 herzustellen. Dadurch wird
hydraulisches Druckmittel den beiden Kolbensteuerkammern 47 und 49 zugeführt, wodurch
aufgrund der unterschiedlichen Kolbenoberflächenbereich in jeder Kammer
der Kolben und die verbundene Steuerspindel 16 in der Zeichnung
nach rechts bewegt werden. Da die erste Magnetspule 64 auf
das Ventilelement 70 eine relativ große Abwärtskraft ausübt, schließt die Aufwärtsbewegung
des Stiftes 80 auf der schrägen Oberfläche 58 die Verbindung
zwischen dem Pilotdruckkanal 85 und den anderen Kanälen 90 und 91 nicht.
Infolge dessen wird der Antriebskolben 42 über die
volle zur Verfügung
stehende Distanz nach rechts getrieben, wobei er die Steuerspindel 16 in
eine Lage drückt,
in der sowohl die erste als auch die zweite Arbeitsöffnung 18 und 20 durch
ihre entsprechenden Kanäle 22 und 23 mit
den Behälterkanälen 26 bzw. 27 verbunden
sind. Dies ermöglicht
dem Kolben des Zylinders 21 zu schwimmen, wobei er sich
in Abhängigkeit von
den äußeren Kräften bewegt,
die auf die Kolbenstange 39 einwirken.
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Die
obige Beschreibung wurde hauptsächlich
auf ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gerichtet. Obgleich
die Aufmerksamkeit auch auf gewisse Alternativen, die innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung liegen, gerichtet wurde, ist davon
auszugehen, daß der
Fachmann höchstwahrscheinlich
weitere Alternativen findet, die sich aus der Offenbarung der Ausführungsformen
der Erfindung ergeben. Obgleich der vorliegende Kraftrückkopplungsantrieb
im Zusammenhang mit dem Betrieb eines Steuerventils des Spulentyps
beschrieben wurde, kann der Antrieb auch für andere Vorrichtungen Verwendung
finden, so beispielsweise die Taumelscheibe einer mit veränderlicher
Verdrängung arbeitenden
Pumpe. Demzufolge ergibt sich der Schutzumfang der Erfindung aus
den folgenden Ansprüchen
und ist nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.