EP0799384B1 - Hydraulische steuerung in monoblockbauweise zum heben und senken einer last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren proportionalwegeventilelementen - Google Patents

Hydraulische steuerung in monoblockbauweise zum heben und senken einer last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren proportionalwegeventilelementen Download PDF

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EP0799384B1
EP0799384B1 EP95937771A EP95937771A EP0799384B1 EP 0799384 B1 EP0799384 B1 EP 0799384B1 EP 95937771 A EP95937771 A EP 95937771A EP 95937771 A EP95937771 A EP 95937771A EP 0799384 B1 EP0799384 B1 EP 0799384B1
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bore
hydraulic control
pressure
control
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Description

Stand der Technik:

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuerung in Monoblockbauweise zum Heben und Senken einer Last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren Proportionalwegeventilelementen, einem Rückschlagventil und einer Druckwaage zum lastdruckunabhängigen Heben der Last als Eingangselement, wobei die Elemente zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sind, das mindestens einen Pumpenanschluß, mindestens einen Verbraucheranschluß und mindestens einen Rücklaufanschluß aufweist, wie zum Beispiel aus Dokument DE-A-4 201 114 bekannt.

In der Regel werden bei hydraulischen Steuerungen in Monoblockbauweise die Antriebe, Betätigungselemente und Anschlüsse an fast allen Gehäuseseiten des Monoblocks angeordnet. Dabei ergeben sich nach dem Anbau der Antriebe, Anschlüsse und Einstellorgane für die Ventilfedern trotz kompakter Bauweise Steuerungen mit großen Außenabmessungen, da besonders die Antriebe oft gegenüberliegen oder über Eck angeordnet aus den Gehäusen herausragen. Außerdem haben derartige Steuerungen meist lange und kompliziert gestaltete Hydraulikkanäle, die den durch das Gehäuse fließenden Druckmittelstrom zusätzlich drosseln und dabei die Dynamik der Steuerung beeinträchtigen. Ferner ist bei einer kompakten Bauweise die Einstellung der Proportionalwegeventilelemente nur schwer oder überhaupt nicht durchführbar.

Vorteile der Erfindung:

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuerung ermöglicht bezüglich ihrer Gehäuseabmessungen und der Gesamtgröße des Monoblocks ein kleines Bauvolumen. Die einzelnen Ventilelemente sind eng nebeneinander angeordnet und sind über kurze Bohrungen oder Kanäle miteinander verbunden.

Die beweglichen Ventilelemente sitzen in fertigungsgünstig konstruierten und angeordneten Bohrungen, womit Gewicht und Bearbeitungszeit eingespart werden können. Dazu werden alle Ventilteile in nur drei Bohrungen untergebracht. In der einen Bohrung sitzt ein Proportionalwegeventilelement zum Heben einer Last neben einer Druckwaage. Die Bohrung, in der der Kolben der Druckwaage koaxial neben dem Längsschieber des Proportionalwegeventilelements angeordnet ist,
ist eine Durchgangsbohrung ohne jede Stufung. Zwischen dem Kolben und dem Längsschieber sitzt eine auf letzteren wirkende Rückstellfeder. Um die Rückstellfeder gegenüber dem Gehäuse bauraumsparend abstützen zu können, ist mindestens ein Bauteil zu ihrer Abstützung und Verstellung der Vorspannung durch den Kolben der Druckwaage hindurchgeführt.

In einer zweiten parallelen Bohrung in Form eines Sackloches ist ein Proportionalwegeventilelement zum Senken der zuvor genannten Last angeordnet. Sie endet zusammen mit der ersten Bohrung an einer ebenen Stirnseite des gemeinsamen Gehäuses. Auf dieser Stirnseite sind direkt nebeneinander die elektromagnetischen Antriebe angeordnet, wodurch die Antriebe mit einfachen Mitteln auch mechanisch ansteuerbar sind. In einer dritten Bohrung sitzt ein Rückschlagventil, das ein Zurückströmen des Druckmittels von einem Verbraucheranschluß in das Proportionalwegeventilelement zum Heben verhindert.

Um einen großen Volumenstrom durchsetzen zu können, sind teilweise einzelne Anschlüsse doppelt ausgeführt.

Zeichnungen:

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei vereinfacht dargestellten Ausführungsformen:

Figur 1:
Hydraulikschaltplan einer Steuervorrichtung für ein OC-Hydrauliksystem mit zwei elektromagnetisch betätigten Proportionalwegeventilelementen, einer Druckwaage und einem Rückschlagventil ohne Weiterlaufbelastbarkeit;
Figur 2:
Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Figur 1;
Figur 3:
Schnitt durch das Rückschlagventil nach Figur 1;
Figur 4:
Seitenansicht der Steuervorrichtung nach Figur 2 und 3;
Figur 5:
Hydraulikschaltplan wie in Figur 1, jedoch für eine weiterlaufbelastbare Steuervorrichtung;
Figur 6:
Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Figur 5;
Figur 7:
Schnitt durch das Rückschlagventil nach Figur 5;
Figur 8:
Seitenansicht der Steuervorrichtung nach Figur 6 und 7;
Figur 9:
Hydraulikschaltplan wie in Figur 1, jedoch für ein LS-Hydrauliksystem;
Figur 10:
Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach Figur 9
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

Der in Figur 1 dargestellte Hydraulikschaltplan zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer hydraulischen Steuervorrichtung (1) für ein OC-Hydrauliksystem mit zwei elektromagnetisch betätigbaren Proportionalwegeventilelementen (90) und (120), einer Druckwaage (70) und einem Rückschlagventil (170). Diese Steuervorrichtung (1) und auch die aus den Figuren 5 und 9 dienen jeweils der Ansteuerung eines einfach wirkenden Hydraulikzylinders (7), vgl. Figur 3, der bei> spielsweise Teil einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine ist.

Beide Proportionalwegeventilelemente (90) und (120) sind drosselnde Wegeventile, deren Längsschieber außer den beiden Endstellungen stufenlos beliebige Zwischenstellungen einnehmen können. Sie haben jeweils auf der einen Seite einen Proportionalmagneten (91, 121) und auf der anderen Seite eine Rückstellfeder (108, 155). Das erste Proportionalwegeventilelement (90) ist ein 3/2-Wegeventil und das zweite (120) ein 2/2-Wegeventil. Durch das 3/2-Wegeventil (90) fließt der Druckmittelstrom von einem Pumpenanschluß (49) kommend über ein separates Rückschlagventil (170) zu einem Verbraucheranschluß (50). Es steuert den Druckmittelstrom von einer Konstantpumpe (5), vgl. Figur 2, zum Verbraucher, einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder (7) zum Heben einer Last. Das Proportionalwegeventilelement (90) wird daher im folgenden Hebenmodul genannt. Das 2/2-Wegeventil (120) steuert den vom einfach wirkenden Hydraulikzylinder (7) unter Last über den Verbraucheranschluß (50) fließenden Druckmittelstrom über die Rücklaufleitung (16) zum Tank. Das zweite Proportionalwegeventilelement (120) wird demnach als Senkenmodul bezeichnet.

Zwischen dem Pumpenanschluß (49) und dem Hebenmodul (90) ist in einem Nebenzweig (10) die Druckwaage (70) angeordnet, die bei einem Neutralumlauf geöffnet ist und den nicht benötigten Druckmittelstrom nahezu ungedrosselt in eine zweite Rücklaufleitung (17) leitet. Die Rücklaufleitung (17) endet in einem Rücklaufanschluß (53). An der Druckwaage (70) ist neben einer Regelfeder (88) eine Lastmeldeleitung (12) mit einem Drosselventil (11) angeschlossen, die von der Verbindungsleitung (13) abzweigt.

Mit Hilfe einer Rücklaufquerleitung (14) ist die Lastmeldeleitung (12) bei unbetätigtem 3/2-Wegeventil (90) über dieses mit der Rücklaufleitung (16) verbunden.

Zum Heben einer Last wird der Proportionalmagnet (91) des Hebenmoduls (90) bestromt. Die Rücklaufquerleitung (14) wird gesperrt und Druckmittel wird über das Hebenmodul (90), die Verbindungsleitung (13) und das Rückschlagventil (170) zum Verbraucheranschluß (50) geleitet. Hierbei wird über die Lastmeldeleitung (12) die Druckwaage (70) auf ihrer federbelasteten Seite beaufschlagt, womit der Pumpenstrom auf den am Verbraucheranschluß (50) anliegenden Lastdruck angedrosselt wird.

Zum Senken einer Last wird bei einem in der Regel unbestromten Proportionalmagneten (91) der Proportionalmagnet (121) des Senkenmoduls (120) aktiviert. Das Druckmittel fließt vom Verbraucheranschluß (50) über das Senkenmodul (120) und die Rücklaufleitung (16) zum Rücklaufanschluß (52).

In Figur 2 wird die realisierte Steuervorrichtung (1) im Schnitt gezeigt. Sie hat ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse (30) mit zwei annähernd quadratischen, ebenen Flächen als Ober- und Unterseite (31) und (33), vgl. Figur 4. In die feinbearbeitete Unterseite (31) münden ein Rücklaufkanal (65) und eine Rücklaufbohrung (66), vgl. Figur 2. Ferner weisen Ober- und Unterseite (31) und (33) zwei Befestigungsbohrungen (69, 69') auf, vgl. Figur 6, die senkrecht zur Schnittebene das Gehäuse (30) durchdringen. Auf der Oberseite (31) hat das Gehäuse annähernd mittig eine Gehäuseerweiterung (32), vgl. Figur 4.

Die senkrecht zur Schnittfläche ausgerichteten Seitenflächen (34, 35, 38, 39) haben jeweils einen rechteckigen Umriß. Die Vorder- (34) und die Rückseite (35) sind zwei ebene, T-förmige und feinbearbeitete Flächen. An der Vorderseite (34) sind die beiden Proportionalmagnete (91) und (121) angeflanscht. Gegenüber dem ersten Proportionalmagneten (91) sitzt in der Rückseite (35) eine Verschlußschraube (114), vgl. Figur 2. Schräg über ihr befindet sich der Verbraucheranschluß (50), vgl. Figur 3.

Die beiden anderen Seitenflächen (38, 39) haben Ausbuchtungen, die um die Befestigungsbohrungen (69, 69') gebildet sind, vgl. Figur 6. Außerdem weist die in Figur 2 unten liegende Seitenfläche einen Stutzen zur Aufnahme des Pumpenanschlusses (49) auf.

Der Pumpenanschluß (49) mit Innengewinde geht im Gehäuse (30) in einen Zulaufringkanal (93) über. Der Ringkanal (93) durchdringt eine zylindrische Durchgangsbohrung (41), die sich von der Vorderseite (34) bis zur Rückseite (35) erstreckt. Im linken Bereich der Durchgangsbohrung (41) sitzt der Längsschieber (97) des Hebenmoduls (90). Dort treffen auf die Durchgangsbohrung (41) zwei weitere Kanäle (94, 95). Der linke (94) ist ein Rücklaufringkanal, der mit einer zum Senkenmodul (120) führenden Rücklaufquerbohrung (59) in Verbindung steht. Rechts von diesem Rücklaufringkanal (94) befindet sich der Verbindungsringkanal (95), vom dem der Verbindungskanal (56) annähernd tangential aus der Schnittebene heraus abzweigt.

Der Längsschieber (97) des Hebenmoduls (90) verbindet entweder - im unbetätigten Zustand bei Nullüberdeckung - den Verbindungsringkanal (95) mit dem Rücklaufringkanal (94) oder - im betätigten Zustand - mit dem Zulaufringkanal (93). Dazu weist die zylindrische Außenkontur des Längsschiebers (97) eine Ringnut (99) auf. Die Ringnut geht im Bereich ihres rechten Wellenbundes in Feinsteuerkerben (103) über, die im Zusammenhang mit der Druckwaage (70) die Funktion einer Meßdrossel haben. Die Öffnungsquerschnitte der Feinsteuerkerben (103) verringern sich in Richtung Zulaufringkanal (93), ohne ihn jedoch - bei unbestromtem Proportionalmagneten (91) - zu erreichen. Die Feinsteuerkerben (103) sind hier beispielsweise Rundkerben.

Am linken Rand der Außenkontur des Längsschiebers (97) befindet sich im Bereich des Dichtrings zwischen dem Proportionalmagneten (91) und dem Gehäuse (30) ein Einstich. Unterhalb dieses Einstichs weist der Längsschieber (97) eine zylindrische Vertiefung (104) auf, an deren Grund der Ankerstößel (92) des Proportionalmagneten (91) ansteht. Zwischen dem Einstich und der Ringnut (99) befinden sich in der Außenkontur mehrere Kurzschlußnuten.

Von seiner rechten Stirnseite (98) her ist der Längsschieber (97) gestuft aufgebohrt. Der rechte Bereich der Stufenbohrung (105) dient der Führung der Rückstellfeder (108). Der linke Bereich hat einen kleineren Durchmesser und verbindet über eine schräg verlaufende Ausgleichsbohrung (106) die Stufenbohrung (105) mit der Vertiefung (104). Den Übergang vom rechten zum linken Bereich der Stufenbohrung (105) bildet ein ebener Gehäusebund, auf dem sich die Rückstellfeder (108) abstützt.

Das andere Ende der Rückstellfeder (108) liegt an einem abgestuften Federteller (109) an. Der Federteller (109) ist im Querschnitt - senkrecht zur gedachten Mittellinie der Durchgangsbohrung - sternförmig ausgebildet, um für den Druckausgleich am Längsschieber (97) das Druckmittel ungedrosselt passieren zu lassen. Dazu weist er beispielsweise mehrere auf dem Umfang verteilte Kerben (113) auf. Der Querschnitt kann auch eine Kreisfläche haben, in der mindestens eine Entlastungsbohrung angeordnet ist. Der Federteller (109) sitzt auf einer Stange (110), deren Mittellinie mit der der Durchgangsbohrung (41) zusammenfällt. Der Federteller (109) ist entweder ein Teil der Stange (110) oder er sitzt auf ihr mittig zentriert, beispielsweise mit Hilfe eines Querpreßsitzes. Die Stange (110) ragt in den rechts neben dem Längsschieber (97) angeordneten topfförmigen Druckwaagenkolben (80) hinein, um dort auf einen Gewindestift (111) zu stoßen. Hierbei ist die Stange (110) in einer Bohrung (77) in der Stirnseite (81) des Druckwaagenkolbens (80) dichtgleitend geführt. Da der in Längsrichtung ortsfeste Federteller (109) zusammen mit der Stange (110) in den zwei längsbeweglichen Ventilteilen (97) und (80) gelagert ist, ist die äußere Hüllkontur des Federtellers (109) ballig ausgeführt. Auf diese Weise wird u.a bei Schiefstellung der Rückstellfeder (108) ein gegenseitiges Verkanten zwischen dem Längsschieber (97) und dem Federteller (109) vermieden.

Der Gewindestift (111) erstreckt sich in der Verlängerung der Stange (110) und endet in der Verschlußschraube (114). Um den Gewindestift (111) in der Längsrichtung verstellen zu können, weist die Verschlußschraube (114) ein Innengewinde (116) auf, in dem dieser eingeschraubt sitzt. Um die Baulänge der Steuervorrichtung (1) kurz zu gestalten, hat der Kopf der Verschlußschraube (114) eine zylindrische Vertiefung, die der Aufnahme einer Kontermutter (112) dient. Zum Verstellen und Kontern des Gewindestifts (111) weist er an seinem äußeren freien Ende einen Innensechskant (117) auf.

Die Durchgangsbohrung (41) geht an ihrem rechten Ende in eine Verschlußschraubenbohrung (42) über. Im Innengewinde der Bohrung (42) ist die Verschlußschraube (114) befestigt. Ein im Bereich zwischen Kopf und Gewinde sitzender Dichtring (118) dichtet die Verschlußschraubenbohrung (42) nach außen ab.

In der Durchgangsbohrung (41) sitzt zwischen der Verschlußschraube (114) und dem Längsschieber (97) dichtgleitend der topfförmige Druckwaagenkolben (80). Letzterer hat eine zylindrische Außenkontur, die an ihrem rechten Ende einen Halbrundeinstich (84) aufweist, in dem ein Federring (89) eingesetzt ist. Der Federring (89) liegt - beispielsweise bei nicht durchströmter Steuervorrichtung - an einem als Anschlag dienenden inneren Gehäusebund an, der zwischen der Durchgangsbohrung (41) und der im Durchmesser größeren Verschlußschraubenbohrung (42) gebildet ist. Einen rechten Anschlag für den Druckwaagenkolben (80) bildet die Verstellschraube (114). Am linken Rand der Außenkontur des Druckwaagenkolbens (80) befinden sich mehrere auf dem Umfang verteilte Feinsteuerkerben (83), die von der linken Stirnseite her in den Druckwaagenkolben (80) eingearbeitet sind.

Hinter dem Halbrundeinstich (84) ist der Druckwaagenkolben (80) angefast. Im Bereich vor dem Federring (89) trägt er eine Reihe von Kurzschlußnuten.

In den Druckwaagenkolben (80) ist von seiner rechten Stirnseite her eine Führungsbohrung (87) zur Aufnahme der Regelfeder (88) eingearbeitet. Die Führungsbohrung (87) ist in ihrem Grund verengt, um die Regelfeder (88) radial zu fixieren. Eine Bohrung (115) mit einer vergleichbaren Kontur befindet sich auch in der linken Stirnseite der Verstellschraube (114).

Im Bereich der Druckwaage (70) befinden sich im Gehäuse (30) zwei Ringkanäle (71) und (74). Benachbart zum Zulaufringkanal (93) liegt der Rücklaufringkanal (71). Dieser Ringkanal (71) ist beispielsweise beim Heben einer Last, wenn der Hebenstrom gleich dem Pumpenstrom ist, durch den Druckwaagenkolben (80) vollständig geschlossen, während er bei Neutralumlauf geöffnet ist.

Zwischen dem Rücklaufringkanal (71) und der Verstellschraube (114) ist der Lastmeldekanal (74) angeordnet. Er steht mit der Verbindungsbohrung (56) über eine zur Durchgangsbohrung (41) parallele Lastmeldeleitung (12) in Verbindung. In der Lastmeldeleitung (12) ist eine Drosselstelle (11) angeordnet.

Das Senkenmodul (120) hat eine, von der Vorderseite (34) her, in das Gehäuse (30) hineinführende Sacklochbohrung (45), die parallel zur Durchgangsbohrung (41) des Hebenmoduls ausgerichtet ist. Die Sacklochbohrung (45) ist - wie auch im Hebenmodul (90) - links mit Hilfe des Proportionalmagneten (121) druckmitteldicht verschlossen.

Im rechten Bereich der Sacklochbohrung (45) sitzt eine Ventilbüchse (130), die zwei ineinandergeschachtelte Längsschieber (140) und (147) aufnimmt. Die Ventilbüchse (130) ist in der Sacklochbohrung (45) zwischen einem Bohrungsende und einem links angeordneten Schraubring (156) mit einem innenliegenden, durchgehenden Innensechskant axial gesichert. Der linke Bereich der Sacklochbohrung (45) ist dazu mit einem Innengewinde (128) versehen.

Die Ventilbüchse (130) ist von einem Verbraucherringkanal (125) umgeben, der mit dem in Figur 3 gezeigten Verbraucheranschluß (50) hydraulisch in Verbindung steht. Dazu führt vom Verbraucherringkanal (125) im Bereich zwischen dem Senken- (120) und Hebenmodul (90) tangential eine Verbraucherbohrung (54) weg. Die Verbraucherbohrung (54) mündet in das, im Bezug auf Figur 2, höher liegende Rückschlagventil (170), vgl. Figur 3.

Das Rückschlagventil (170) hat eine Ventilbohrung (47) in der Form eines Sackloches, die ungefähr in der halben Bohrungstiefe von der Verbraucherbohrung (54) tangential geschnitten wird. Die Ventilbohrung (47) ist an ihrem linken Ende als kegelmantelförmiger Ventilsitz (171) und im Bereich ihres rechten Endes als Verbraucheranschluß (50) mit Innengewinde ausgebildet. Im mittleren, zylindrischen Bereich sitzt ein federbelasteter Rückschlagschieber (173). Letzterer hat einen rohrförmigen Schaft (174), an dessem linken Ende sich ein kegelstumpfförmiger Ventilteller (175) befindet. Auf dem Schaft ist eine Schraubenfeder (176) angeordnet, die den Rückschlagschieber (173) gegen den Ventilsitz (171) drückt. Dazu liegt die Schraubenfeder (176) links über eine Dichtungs- und eine Unterlagsscheibe auf der Rückseite des Ventiltellers (175) an. Rechts stützt sie sich an einer sternförmigen Scheibe (177) ab, die über mindestens eine Distanzscheibe an einem in der Ventilbohrung (47) sitzenden Sicherungsring (178) anliegt. Die Sternscheibe (177) hat einen zentralen, nach links kragenden Bolzen, auf dem der rohrförmige Schaft (174) des Rückschlagschiebers (173) geführt ist.

In Figur 2 ist links neben dem Schraubring (156) die Einstellschraube (150) dargestellt. Die Einstellschraube (150) sitzt im Innengewinde (128). Das Innengewinde ist zwischen der Einstellschraube (150) und dem Schraubring (156) von einem Rücklaufringkanal (126) unterbrochen. Der Rücklaufringkanal (126) steht mit der Unterseite (33) des Gehäuses (30) über die Rücklaufbohrung (66) und mit dem Rücklaufringkanal (94) des Hebenmoduls (90) über die Rücklaufquerbohrung (59) in Verbindung. Die Rücklaufquerbohrung (59) ist von der das Senkenmodul (120) begrenzenden Seitenfläche (39) her mittels eines Verschlußstopfens (61) druckmitteldicht verschlossen.

Das Senkenmodul (120), das primär die Einstellschraube (150) und die Ventilbüchse (130) mit den beiden Längsschiebern (140) und (147) umfaßt, ist mit Ausnahme einer auf der Einstellschraube (150) angeordneten Verzahnung (151) aus der DE 41 40 604 Al bekannt. Im folgenden wird daher der Aufbau des Senkenmoduls (120) ausschließlich anhand seiner Wirkungsweise beschrieben.

Das Senkenmodul (120) ist in Figur 2 in Sperrstellung dargestellt. Das Druckmittel, das am Verbraucheranschluß (50) und damit über die Verbraucherbohrung (54) am Verbraucherringkanal (125) ansteht, kann nicht in den Rücklaufringkanal (126) strömen. Der in der Ventilbüchse (130) direkt gelagerte Längsschieber, der Hauptsteuerschieber (140), steht mit seinem Hauptventilkegel (141) am Hauptventilsitz (132) der Ventilbüchse (130) an. Seine - an seinem linken Ende angeordneten - Hauptsteuerkerben (142) liegen verdeckt unter dem Zylindersitz (133) neben dem Ringraum (134). Um den Hauptsteuerschieber (140) auf dem Hauptventilsitz (132) zu halten, steht auf seiner rechten Stirnseite in einem Druckraum (135) Druckmittel unter Lastdruck an. Dorthin gelangt das Druckmittel aus dem Verbraucherringkanal (125) über Radialbohrungen (131) in der Ventilbüchse (130), sowie im Hauptsteuerschieber über eine Drosselbohrung (144) und eine daran anschließende Längsbohrung (145). Die Längsbohrung (145) durchdringt mit ihrem Bohrungsgrund eine Steuernut (143). Die Anpreßkraft wird vermindert durch die entgegengesetzt wirkende Kraft aufgrund des in einem Verbraucherdruckraum (136) anstehenden Druckes. Der Verbraucherdruckraum (136) liegt im Bereich der Außenkontur des Hauptsteuerschiebers (140) zwischen Hauptventilkegel (141) und Kurzschlußnuten. Bei geschlossenem Senkenmodul (120) stehen beide Druckräume (135) und (136) unter dem am Verbraucheranschluß (50) anliegenden Lastdruck.

Das Senkenmodul (120) öffnet mit der Bestromung des Proportionalmagneten (121). Sein Ankerstößel (122) schiebt den inneren Längsschieber, einen Vorsteuerschieber (147) geringfügig nach rechts. Dadurch gelangen seine Vorsteuerkerben (149) unter die Steuernut (143) des Hauptsteuerschiebers (140). Gleichzeitig hebt sein weiter links angeordneter Ventilkegel (148) von seinem im Hauptsteuerschieber (140) korrespondierenden Ventilsitz (146) ab. Der Druckraum (135) steht nun über die Längsbohrung (145), die Steuernut (143), die Vorsteuerkerben (149), den Ventilsitz (146) und den Rücklaufringkanal (126) mit der Rücklaufbohrung (66) in Verbindung. In Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt der Vorsteuerkerben (149) sinkt der Druck im Druckraum (135). Der dortige Druck stellt sich entsprechend dem Verhältnis des Querschnitts der Drosselbohrung (144) und dem Öffnungsquerschnitt der Vorsteuerkerben (149) ein. Fällt bei entsprechend weit nach rechts geschobenem Vorsteuerschieber (147) der Druck im Druckraum (135) so weit, daß die vom Druckmittel auf den Hauptsteuerschieber (140) im Bereich unterhalb der Radialbohrungen (131) nach rechts ausgeübte Kraft überwiegt, wird der Hauptsteuerschieber (140) ebenfalls nach rechts verschoben. Der Hauptventilkegel (141) hebt vom Hauptventilsitz (132) ab und die Hauptsteuerkerben (142) gelangen in den Bereich des Ringraumes (134). Das Druckmittel strömt, vom Verbraucher kommend, zwischen der Ventilbüchse (130) und dem Hauptsteuerschieber (140) in Richtung Rücklaufringkanal (126). Der Hauptsteuerschieber (140) eilt durch seine Öffnungsbewegung dem Vorsteuerschieber (147) nach, wodurch der Öffnungsquerschnitt an den Vorsteuerkerben (149) kleiner wird. Damit kann sich im Druckraum (135) über die Drosselbohrung (144) ein höherer Druck aufbauen. Folglich wird die Öffnungsbewegung des Hauptsteuerschiebers (140) gebremst, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.

Bewegt sich der Ankerstößel (122) nach links, folgt ihm aufgrund einer in der Einstellschraube (150) integrierten Rückstellfeder (155) der Vorsteuerschieber (147). Die Rückstellfeder (155) stützt sich am Vorsteuerschieber (147) und an der Einstellschraube (150) ab. Bei der Bewegung des Vorsteuerschiebers (147) werden die Vorsteuerkerben (149) verschlossen. Der Druck im Druckraum (135) steigt. Der Hauptventilkegel (141) legt sich am Hauptventilsitz (132) an. Das Senkenmodul (120) sperrt. Das Senkenmodul (120) arbeitet somit nach Art einer Folgesteuerung.

Um die Vorspannkraft der Rückstellfeder (155) bei montierter Steuervorrichtung einstellen zu können, weist die Einstellschraube (150) im mittleren Bereich ihrer Außenkontur eine Schrägverzahnung auf, in die zumindest zeitweise die Verzahnung einer Einstellschnecke (152) eingreift. Die Einstellschnecke sitzt dazu in einer Einstellbohrung (68), die sich hier von der Rückseite (35) bis in die Sacklochbohrung (45) erstreckt und die Rücklaufquerbohrung (59) sowie den Rücklaufringkanal (126) tangiert. Die Einstellschnecke (152) kann mit Hilfe einer Einstellspindel, deren freies Ende aus dem Gehäuse (30) ragt, oder einem Spezialwerkzeug, das zeitweise mit der Einstellschnecke (152) stirnseitig gekuppelt werden kann, in Drehung versetzt werden. Je nach Drehrichtung der Einstellspindel bzw. der Einstellschnecke (152) wird die Einstellschraube (150) in dem Innengewinde (128) nach rechts oder links geschraubt. Die Länge des Verstellbereiches entspricht weitgehend der Breite der Verzahnung (151) der Einstellschraube (150).

Beim Heben der Last strömt bei bestromtem Proportionalmagneten (91) Druckmittel über den Pumpenanschluß (49), den Zulaufringkanal (93), den Längsschieber (97) und die Verbindungsbohrung (56) in die Ventilbohrung (47) vor den Rückschlagschieber (173) des in Figur 3 gezeigten Rückschlagventils (170). Das Öffnen des Längsschiebers (97) erfolgt über seine Feinsteuerkerben (103). Sie bilden im Bezug auf die Druckwaage (70) die Meßdrossel. Das Druckmittel fließt auf dem Weg zum Rückschlagventil (170) über die Lastmeldeleitung (12) und den Lastmeldekanal (74) auf die Rückseite des Druckwaagenkolbens (80). Durch diese Beschaltung der Druckwaage (70) liegt vor und hinter den Feinsteuerkerben (103) immer ein konstantes Druckgefälle an, dessen Größe durch die Federkraft der Regelfeder (88) bestimmt ist. Sobald die Kraft auf der Vorderseite des Ventiltellers (175) aufgrund des anstehenden Pumpendrucks die Summe aus der Federkraft und dem Produkt aus Lastdruck und rückseitiger Ventiltellerfläche übersteigt, öffnet das Rückschlagventil (170) und die Last beginnt sich zu heben bzw. der Kolben (8) beginnt auszufahren. Der Längsschieber (97) und der Druckwaagenkolben (80) ermöglichen eine lastunabhängige Steuerung des Volumenstroms zum Verbraucheranschluß (50).

Zum Beenden des Hebens der Last wird der Proportionalmagnet (91) abgeschaltet. Der Längsschieber (97) und der Rückschlagschieber (173) gehen in ihre Schließstellungen, wie sie in Figur 2 gezeigt sind.

Figur 5 zeigt den Hydraulikschaltplan für eine mit der Steuervorrichtung (1) vergleichbare Steuervorrichtung (2). Die Druckwaage (70) in Figur 5 ist jedoch weiterlaufbelastbar. Dabei wird der bisherige Rücklaufanschluß (53) zu einem weiterlaufbelastbaren, zweiten Verbraucheranschluß (51). Ferner wird der vom 3/2-Wegeventil (90) zum Rückschlagventil (170) geleitete Druckmittelstrom steuerbar über den Druckwaagenkolben (80) der Druckwaage (70) geführt.

Die Weiterlaufbelastbarkeit der Druckwaage (70) führt zu einigen Änderungen an der Steuervorrichtung (1). Die Änderungen sind den Figuren 6 bis 8 in einer Steuervorrichtung (2) verwirklicht.

Am Gehäuse (30) der Steuervorrichtung (2) hat sich die Lage des Rückschlagventils (170) verändert, vgl. Figur 7 und 8. Die Mittellinie des Rückschlagventils (170) verläuft hier zwar immer noch parallel zu der aus den beiden Mittellinie des Heben- (90) und des Senkenmoduls (120) gebildeten Ebene, aber nicht parallel zu deren Mittellinien selbst, sondern senkrecht dazu. Folglich liegt der Verbraucheranschluß (50) auf der Seitenfläche (39), die nun T-förmig gestaltet ist.

Nach Figur 6 führt im Hebenmodul (90) von dem Verbindungsringkanal (95) ein Gehäusekanal (64) zumindest bereichsweise parallel zur Durchgangsbohrung (41) in einen Lastmelderingkanal (75), der sich zwischen der Verschlußschraube (114) und dem Druckwaagenkolben (80) befindet.

Im Bereich des Druckwaage (70) ist neben dem Rücklaufringkanal (71) ein Verbraucherringkanal (72) und ein Lastmelderingkanal (75) angeordnet. An den Rücklaufringkanal (71) können bei dieser Ausführungsform weitere Verbraucher angeschlossen werden, vgl. Figur 5, Verbraucheranschluß (51). Der Verbraucherringkanal (72) führt über einen Flachkanal (62) zur Ventilbohrung (47) des Rückschlagventils (170).

Die gegenüber der ersten Ausführungform geänderte Außenkontur des Druckwaagenkolbens (80) ist an ihrem linken Rand angefast. An ihrem rechten Ende weist sie eine Taille auf, die zur rechten Stirnseite hin in einen Anschlagflansch (85) übergeht. Der Anschlagflansch (85), dessen Durchmesser den Durchmesser des Druckwaagenkolbens in der Zone mit den Kurzschlußnuten übersteigt, weist eine Vielzahl von Durchbrüchen (86) auf. Über die Durchbrüche (86) gelangt das Druckmittel - sofern der Anschlagflansch an der linken Wandung des Lastmelderingkanals (75) anliegt - in den Bereich der Taille und über eine an sie anschließende, angefaste Steuerkante über den Verbraucherringkanal (72) in den Flachkanal (62). Die Steuerkante sitzt dazu annähernd mittig in dem Verbraucherringkanal (72). Die ebenfalls eine Steuerkante bildende Fase am linken Rand der Außenkontur endet kurz vor dem Rücklaufringkanal (71).

Bei der Steuervorrichtung (2) ist somit eine lastdruckunabhängige Steuerung des Volumenstroms zum ersten Verbraucheranschluß (50) auch dann möglich, wenn der Weiterlauf über den zweiten Verbraucheranschluß (51) druckbelastet ist, da der Druckwaagenkolben (80) eine zusätzliche Steuerkante aufweist.

Eine dritte Ausführungsform der hydraulischen Steuervorrichtung ist den Figuren 9 und 10 zu entnehmen. Die hier gezeigte Steuervorrichtung (3) ist für ein LS-Hydrauliksystem geeignet. Dazu sitzt die Druckwaage (70) im Gegensatz zu den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen, vgl. Figur 1 und 5, nicht mehr im Nebenzweig (10), sondern ist dem 3/2-Wegeventil (90) direkt vorgeschaltet. Die übrige Schaltung, einschließlich dem Lastmeldesystem entspricht der Schaltung aus Figur 1. Zusätzlich wird zur Ansteuerung der die Steuervorrichtung (3) versorgenden Verstellpumpe (6), vgl. Figur 10, eine Steuerleitung (19) aus der Lastmeldeleitung (12) zwischen der Drosselstelle (11) und der Druckwaage (70) abgezweigt, womit zwischen dem Pumpenanschluß (49) und der Steuerleitung (19) das Regeldruckgefälle des LS-Hydrauliksystems anliegt.

Die Figur 10 zeigt die dritte Steuervorrichtung (3) im Schnitt. Sie weicht konstuktiv im Bereich des Hebenmoduls (90) und der Druckwaage (70) von der Steuervorrichtung (1) ab.

Der Pumpenanschluß (49) führt zu einem Zwischenringkanal (73), der die Durchgangsbohrung (41) im mittleren Bereich des Druckwaagenkolbens (80) durchdringt. In der Mitte des Zwischenringkanals (73) beginnt - bei der in Figur 10 dargestellten Position des Druckwaagenkolbens - eine in der Außenkontur angeordnete Steuernut (82) mit ihrer rechten Wandung. Die Steuernut (82) erstreckt sich nach links bis hinein in den Zulaufringkanal (93). Dort geht die Steuernut (82) in Feinsteuerkerben (83) über. Die Feinsteuerkerben (83) enden vor der Stirnseite (81) des Druckwaagenkolbens (80).

Mit dem Öffnen des Hebenmoduls (90) fließt Druckmittel unter Stand-by-Druck von der Verstellpumpe (6) kommend in den Verbindungsringkanal (95) und von dort über die Lastmeldeleitung (12), den Lastmelderingkanal (75) und die Steuerleitung (19) zur Pumpenregelung. Der Pumpendruck steigt entsprechend der anstehenden Last an. Sobald Druckmittel zum Verbraucher strömt, bestimmt das Druckgefälle am Längsschieber (97) und der Öffnungsquerschnitt der Feinsteuerkerben (103) den Volumenstrom. Die Druckwaage (70) hält das Druckgefälle immer konstant. Dies gilt auch bei einer Parallelbetätigung von mehreren Verbrauchern.

Claims (14)

  1. Hydraulische Steuerung in Monoblockbauweise zum Heben und Senken einer Last mit mindestens zwei elektromagnetisch betätigbaren Proportionalwegeventilelementen, einem Rückschlagventil und einer Druckwaage zum lastdruckunabhängigen Heben der Last als Eingangselement, wobei die Elemente zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sind, das mindestens einen Pumpenanschluß, mindestens einen Verbraucheranschluß und mindestens einen Rücklaufanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Proportionalwegeventilelemente (90, 120) parallel zueinander angeordnet sind, wobei die elektromagnetischen Antriebe (91, 121) auf der gleichen Seite und insbesondere auf gleicher Höhe nebeneinander sitzen,
    daß ein Kolben (80) der Druckwaage (70) koaxial neben einem Längsschieber (97) des ersten Proportionalwegeventilelements (90) in einer, beide Ventilelemente (80) und (97) führenden und lagernden Bohrung (41) angeordnet ist,
    daß der Längsschieber (97) des ersten Proportionalwegeventilelements (90) federbelastet ist, wobei mindestens ein Bauteil (109, 110) zur Verstellung der Vorspannung und Abstützung einer Feder (108) am Gehäuse (30) der Steuerung (1, 2, 3) durch den Druckwaagenkolben (80) hindurchgeführt ist.
  2. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (109, 110) in einer Bohrung (105) des Längsschiebers (97) und einer Bohrung (77) des Druckwaagenkolbens (80) gelagert und geführt ist.
  3. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (109, 110) einen zylindrischen, stangenförmigen Abschnitt (110) aufweist, der in der Bohrung (77) geführt ist, und einen scheibenförmigen Abschnitt (109) umfaßt, der in der Bohrung (105) geführt ist.
  4. Hydraulische Steuerung gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Abschnitt (109), an dem die Feder (108) anliegt, im Kontaktbereich zur Bohrung (105) ein ballige Außenkontur aufweist, wobei die Außenkontur ein Zone eines Ellipsoids ist, dessen Rotationsachse auf der gedachten Mittellinie des Bauteils (110) liegt.
  5. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Abschnitt (109) in seinem Querschnitt senkrecht zur rotationssymmetrischen Mittellinie seiner Außenkontur Durch- oder Ausbrüche aufweist.
  6. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem scheibenförmigen Abschnitt (109) als Ausbrüche radial ausgerichtete Kerben (113) angeordnet sind.
  7. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (41) eine Durchgangsbohrung ist, deren Durchmesser zumindest im Bereich der Lagerung und Führung der Ventilelemente (80) und (97) konstant ist.
  8. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende der Bohrung (41) neben der Druckwaage (70) ein Verschlußelement (114) angeordnet ist, das ein Innengewinde (116) aufweist, in dem ein Gewindestift (111) als verstellbarer Anschlag für das Bauteil (109, 110) eingeschraubt ist.
  9. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführungsform (1) und (2) für OC-Hydraulikkreisläufe sowohl das zweite Proportionalwegeventilelement (120) als auch die Druckwaage (80) jeweils einen separaten, hydraulisch nachgeschalteten Anschluß (53) und (53 oder 51) aufweist.
  10. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Längsschieber (147) des zweiten Proportionalwegeventilelements (120) mit einer im Gehäuse (30) abgestützten Feder (155) belastet wird, wodurch er im Sperrzustand an einem Ventilsitz (146) im äußeren Längsschieber (140) anliegt.
  11. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (155) mit einer im Gehäuse (30) angeordneten Einstellschraube (150) einstellbar ist.
  12. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) im Bereich der Einstellschraube (150) eine Einstellbohrung (68) aufweist, deren Mittellinie sich windschief mit der Mittellinie der Längsschieber (140, 147) kreuzt, wobei der kürzeste Abstand der beiden Mittellinien dem Achsabstand zwischen der Einstellschraube (150) und einem in der Einstellbohrung (68) einsetzbaren Einstellrad entspricht.
  13. Hydraulische Steuerung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Proportionalwegeventilelemente (90) und (120) über ein separates Rückschlagventil (170) untereinander verknüpft sind, das bei der Senkenfunktion als Weiche geschaltet ist.
  14. Hydraulische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Proportionalwegeventilelement (90) ein einstufiges, direkt betätigtes Ventil ist, und das zweite Proportionalwegeventilelement (120) ein Ventil mit einer Vorstufe, dem inneren Längsschieber (147), und einer Hauptstufe, dem äußeren Längsschieber (140), ist, wobei auf der Außenkontur des Längsschiebers (140) ein Hauptventilkegel (141) und Hauptsteuerkerben (142) angeordnet sind, die in Serie in den Arbeitsstrom geschaltet sind.
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