EP0943057B1 - Wegeventil zur lastunabhängigen steuerung eines hydraulischen verbrauchers hinsichtlich richtung und geschwindigkeit - Google Patents

Wegeventil zur lastunabhängigen steuerung eines hydraulischen verbrauchers hinsichtlich richtung und geschwindigkeit Download PDF

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EP0943057B1
EP0943057B1 EP97953751A EP97953751A EP0943057B1 EP 0943057 B1 EP0943057 B1 EP 0943057B1 EP 97953751 A EP97953751 A EP 97953751A EP 97953751 A EP97953751 A EP 97953751A EP 0943057 B1 EP0943057 B1 EP 0943057B1
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EP
European Patent Office
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chamber
brake piston
load
bore
spool
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EP97953751A
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EP0943057A1 (de
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Armin Stellwagen
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/04—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed
    • F15B11/05—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed specially adapted to maintain constant speed, e.g. pressure-compensated, load-responsive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves

Definitions

  • the invention is based on a directional valve that is independent of the load Control of a hydraulic consumer with regard to Direction and speed is suitable and that Features from the preamble of claim 1.
  • Such a directional control valve is known from DE-OS 23 42 498. It has a control slide, which in a sliding bore of a Valve housing is axially displaceable and in a neutral position two consumer chambers on the slide bore to one Blocked inlet chamber and in two working positions either side of the neutral position either one of the two Consumer chambers with one inlet chamber and the other Connects consumer chamber with a return chamber.
  • a brake piston is arranged, the one Flow path between a consumer chamber and one Return chamber opens only so far that the hydraulic Consumers do not run ahead of the amount of fluid flowing to them can that there is no lack of filling in the lead between him and the other consumer chamber emerges.
  • the brake piston in the sense of a reduction in the opening cross section of the Flow paths from a spring and in the sense of an enlargement the opening cross-section of the pressure in the other consumer chamber applied.
  • the control slide has a slide longitudinal bore, which has a Cross hole is connectable to the other consumer chamber and into a pressure space between the bottom of a recording space and the brake piston located in this receiving space empties.
  • the longitudinal bore runs eccentrically in the control spool.
  • To pressurize the other brake piston another eccentrically extending longitudinal slide bore in the control spool and another cross hole.
  • the directional control valve runs centrally closed on both sides by the control spool Longitudinal hole, of the three cross holes or cross hole stars lead to the outside of the spool.
  • a first one The cross hole star is in the neutral position of the Control spool at a short distance from a consumer chamber between this and the inlet chamber.
  • the second Cross bore star is a short distance from the other Consumer chamber between this and the inlet chamber.
  • a third transverse bore finally opens into an annular groove on the Outside of the control spool, which is in the neutral position of the Control spool symmetrical to the mouth of the load signaling channel lies and in each position of the control slide the slide longitudinal bore connects to the load reporting channel.
  • the invention has for its object to provide a directional valve the features from the preamble of claim 1, ie a directional valve to develop with brake pistons in the spool so that it is constructed more simply and is cheaper to manufacture is.
  • This task is performed on a directional valve with the characteristics the preamble of claim 1 solved according to the invention, that there is a single slide longitudinal bore of the one pressure chamber on one brake piston to the other pressure chamber on the other Brake piston extends and that when the Control spool from the neutral position depending on the direction of displacement either with one consumer chamber or with the other Chamber of consumers is connectable.
  • the spool is simplified and made its manufacture cheaper.
  • the invention lies in the surprising finding that the control of a hydraulic Consumer is not affected if besides that Brake piston, the opening cross section of the flow path between a consumer chamber and a return chamber controls and pressurized in the other consumer chamber the other brake piston is also the pressure in the other Chamber of consumers is exposed. The other brake piston is lifted from the bottom of the mounting hole, the other The return chamber remains through the spool to the other Chamber of consumers closed.
  • the load reporting channel is also in a directional valve according to the invention in the sense of a short axial construction of the directional valve advantageously at one point to the side of all working chambers open towards the slide hole.
  • a brake piston with a load reporting longitudinal bore, the to the pressure chamber in front of one end of this brake piston open and to the spring chamber in front of the other end of this Brake piston is closed and via the slide longitudinal bore with the mouth of the load signaling channel in the slide hole communicates.
  • connection between the load reporting longitudinal bore in one brake piston and the load signaling channel expediently via a transverse bore in the brake piston and via a transverse bore in the jacket surrounding the brake piston Control spool manufactured.
  • An axial and / or a peripheral offset between the two cross holes is advantageous according to claim 4 compensated by an annular groove that is located between the brake piston and the jacket of the control spool preferably on the Outside of the brake piston.
  • each brake piston has an annular groove in the flow path between the consumer chamber and the return chamber lies and on each of its two sides there is a piston collar located.
  • the piston crown on the spring chamber side has a considerable length, around the connection between the load reporting longitudinal hole and to be able to establish the load reporting channel.
  • the other brake piston on its spring chamber side Piston collar as long as the brake piston with the Load reporting longitudinal bore formed. An unnecessary extension the spool is avoided.
  • the spring chamber is behind the brake piston the load reporting longitudinal bore via one inside the brake piston extending channel to a return chamber can be relieved. in principle this is also possible with the other brake piston.
  • FIG. 1 extends through a valve housing 10 a slide bore 11, which are constant throughout Has diameter and around which are spaced apart from each other Working chambers 12, 13, 14, 15 and 16 and control chambers 17, 18 and 19 circulate.
  • the working chambers 12 and 16 the the most distant from each other are return chambers, from each of which runs out of a return channel 20, each through an arrow is indicated. Both return channels are general known merged outside of the valve housing and connectable with a tank.
  • the inlet chamber 14 via a pressure channel 21, which is also shown in FIG an arrow is indicated, pressure medium from a hydraulic pump is feedable.
  • a first consumer chamber 13 and between the return chamber 16 and the inlet chamber 14 a second consumer chamber 15.
  • Each consumer chamber is over a consumer channel with a connection one not closer shown hydraulic consumer connectable.
  • the three control chambers 17, 18 and 19 are located on the side of the Return chamber 12.
  • the middle control chamber 18 is here as Designated load reporting chamber and is via a load reporting channel 22 with a control room on a load sensing controller of a variable displacement pump or with a control room one in the bypass to one Constant pressure pump arranged connectable, via the one Part of the volume of pressure medium delivered by the constant pump Tank is returned.
  • the two control chambers 17 and 19 are each with a pressure relief valve, not shown connected.
  • a control slide 30 guided axially movable.
  • This has a circumferential Annular groove 31, which is relatively deep in the radial direction and in Axial direction is wider than the inlet chamber 14 and the in the neutral position of the control slide shown in Figure 1 30 in a central position with respect to the inlet chamber 14 is located. From the annular groove 31 go axially to both sides to and over the circumference of the spool 30 distributed fine control grooves 32 from the neutral position of the spool 30 each at a short distance from the consumer chamber 13 or 15 ends.
  • a receiving space 33 or 34 is introduced.
  • the two floors 35 of the two receiving spaces 33 and 34 have a distance from each other that is approximately the clear distance ie the distance between the axial boundary walls on the inlet chamber side the consumer chambers 13 and 15 correspond to each other.
  • a slide longitudinal bore 36 therethrough.
  • a transverse bore 37 Just in front of you Bottom 35 opens into the longitudinal slide bore 36, a transverse bore 37, the 32 between two fine control grooves the outside of the spool 30 goes out. In its neutral position are both transverse holes 37 through the wall of the Slider bore 11 closed.
  • the Diameter is smaller than the diameter of the radial bores 38 and the outside in a flat annular groove 40 of the spool 30 open in the axial direction from the radial bores 39 extends outwards and ensures that the radial bores 39 when the control spool moves from the neutral position in one direction always to Return chamber 12 and 16 are open.
  • the annular groove 40 on the Return chamber 12 is axially longer than the other annular groove 40 and makes a connection in the neutral position of the control spool between the control chamber 17 and the return chamber 12 ago.
  • another ring groove 41 screwed in the Neutral position of the control spool all three control chambers 17, 18 and 19 bridged.
  • the piston section 42 between the ring grooves 40 and 41 is therefore axially shorter than the control chamber 17. It is in the neutral position of the spool 30 thus an open connection between the return chamber 12 and the three control chambers 17, 18 and 19, in which accordingly in the neutral position of the control slide 30, the low pressure is pending, which prevails in the return channel 20.
  • A is located in the receiving space 33 of the control slide 30 Brake piston 51 and in the receiving space 34 a brake piston 52. Both Brake pistons are axial within the respective receiving space slidable and are supported by a helical compression spring 53 on a locking screw closing the respective receiving space 54 supports, towards the bottom 35 of the respective recording room too charged.
  • Every brake piston has an annular groove 57, between two piston sections 55 and 56 the first radial bores 38 with the second radial bores 39 of the control slide 30 are connectable. The distance of the Annular groove 57 from the bottom 35 of a receiving space The front side of a brake piston is in both brake pistons equal.
  • a pressure chamber 58 is between the piston section 55 the floor 35 of a recording room and the respective Brake piston to the ring groove 57 completed.
  • the slide longitudinal bore 36 opens into both pressure chambers 58.
  • the brake pistons 51 and 52 are thus from the prevailing in the slide longitudinal bore 36 Pressure can be applied against the helical compression spring 53.
  • the brake piston 52 is shorter than the brake piston 51.
  • the receiving space 34 is also shorter than the receiving space 33.
  • the brake piston 51 is therefore longer than the brake piston 52 because it is used to move between the slide longitudinal bore 36 and the annular groove running around the outside of the slide 41 to establish a connection. He owns for this purpose centrally an axially extending blind bore 65, which at its the bottom 35 of the receiving space 30 facing end face open and extends into the piston section 56.
  • This piston section 56 of the brake piston 51 is longer than the piston section 56 of the other brake piston 52, which makes the larger Length of the brake piston 51 is conditional.
  • a return chamber 12 or 16 can Bores in the respective brake pistons 51 and 52 compensate of the pressure medium volume contained in a spring chamber occur.
  • the brake piston 52 has a spring chamber 72 open axial blind bore 73 and several outgoing from this radial bores 74 running in the piston section 56, which open out into a narrow annular groove 76 and in any position of the brake piston 52 to the second radial bores 39 of the Control spool 30 are open.
  • the blind bore 73 is caught a ball 75, the one with unspecified Seat in the blind bore 73 forms a check valve, the the return chamber 16 opens to the spring chamber 72.
  • the Brake piston 51 has to connect the spring chamber 72 with the Return chamber 12 the same short axial and central blind bore 73 like the brake piston 52 and a radial bore 74, which just outside the annular groove 57 into a narrow annular groove 76 opens at the brake piston and ends in front of the blind bore 65.
  • An oblique bore runs between the bores 73 and 74 77.
  • a ball 75 is again caught in the bore 73, that is part of a check valve that faces the spring chamber 72 opens.
  • a choke is in turn by a notch in the seat of the Check valve formed.
  • Each of the two control chambers 17 and 19 is not closer to one pressure relief valve shown connected.
  • the two Pressure relief valves limit the pressure in these control chambers and can be set to different maximum pressures his.
  • the control slide 30 is by means of two springs 80 in the Centered neutral and can be hydraulically in one or other direction to be shifted.
  • control slide 30 In the neutral position shown, the control slide 30 are all working chambers cordoned off from each other.
  • the cross holes 37, the slide longitudinal bore 36, the pressure chambers 58, the blind bore 65, the oblique bore 67, the annular groove 66, the transverse bore 68 and the three control chambers 17, 18 and 19 are for Return chamber 12 relieved of pressure.
  • the brake pistons 51 and 52 are pressed by the compression springs 53 against the bottom 35 of the respective Recording room 33 and 34 pressed. It is now assumed that the spool in the view of Figure 1 to the left is moved. This is between the inlet chamber 14 and the consumer chamber 13 opened a measuring aperture, the opening cross section on the degree of displacement of the control spool 30 depends.
  • One is opened to the consumer chamber 13 Cross bore 37 of the spool valve 30. While in the consumer chamber 13 the load pressure of the respective hydraulic Pending consumer, there is 14 pump pressure in the inlet chamber, of load sensing controls, within which the valve shown is used to make a certain difference in the height of 15 to 20 bar higher than the load pressure of the controlled hydraulic consumer or higher than the highest Load pressure of several hydraulic consumers controlled in parallel is. Via the open transverse bore 37 and the slide longitudinal bore 36 stands the prevailing in the consumer chamber 13 Load pressure in the pressure rooms 58 and presses Brake piston on the locking screws 54.
  • the load pressure is over the blind bore 65, the transverse bore 67 and the annular groove 66 of the brake piston 51 and via the transverse bore 68 and the annular groove 41 in the control slide 30 is given in the control chamber 18, due to the displacement of the control spool 30 through the piston portion 42 of the control chamber 17 and the return chamber 12 separately and only with the control chamber 19 is connected. From the control chamber 18 Load pressure via the load reporting channel 22 to the control valve one Variable pump or connected to a constant pump in the bypass Pressure compensator are reported.
  • the force of the compression springs 53 on the brake pistons 51 and 52 corresponds a pressure of e.g. 5 bar in the pressure rooms 58.
  • a pressure e.g. 5 bar in the pressure rooms 58.

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Wegeventil, das zur lastunabhängigen Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit geeignet ist und das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
Ein solches Wegeventil ist aus der DE-OS 23 42 498 bekannt. Es weist einen Steuerschieber auf, der in einer Schiebebohrung eines Ventilgehäuses axial verschiebbar ist und in einer Neutralstellung zwei Verbraucherkammern an der Schieberbohrung zu einer Zulaufkammer hin absperrt und in zwei Arbeitsstellungen zu beiden Seiten der Neutralstellung wahlweise eine der beiden Verbraucherkammern mit einer Zulaufkammer und die jeweils andere Verbraucherkammer mit einer Rücklaufkammer verbindet. In zwei sich einander gegenüberliegenden Aufnahmeräumen, die von den entgegengesetzten Enden des Steuerschiebers in diesen eingebracht sind, ist jeweils ein Bremskolben angeordnet, der einen Strömungspfad zwischen einer Verbraucherkammer und einer Rücklaufkammer jeweils nur so weit öffnet, daß der hydraulische Verbraucher nicht der ihm zufließenden Fluidmenge vorauseilen kann, daß also kein Füllungsmangel im Vorlauf zwischen ihm und der anderen Verbraucherkammer entsteht. Dazu wird der Bremskolben im Sinne einer Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts des Strömungspfades von einer Feder und im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts von dem Druck in der anderen Verbraucherkammer beaufschlagt. Für die Druckbeaufschlagung besitzt der Steuerschieber eine Schieberlängsbohrung, die über eine Querbohrung mit der anderen Verbraucherkammer verbindbar ist und die in einen Druckraum zwischen dem Boden eines Aufnahmeraums und dem sich in diesem Aufnahmeraum befindlichen Bremskolben mündet. Die Längsbohrung verläuft exzentrisch im SteuerSchieber. Zur Druckbeaufschlagung des anderen Bremskolbens sind eine weitere exzentrisch im Steuerschieber verlaufende Schieberlängsbohrung und eine weitere Querbohrung vorhanden.
Bei dem aus der DE-OS 23 42 498 bekannten Wegeventil laufen im Abstand zueinander zwei Zulaufkammern um die Schieberbohrung herum. Der Steuerschieber besitzt zwei axial voneinander beabstandete Ringnuten, von denen jede zur Verbindung jeweils einer der beiden Zulaufkammern mit einer Verbraucherkammer dient. In dem Kolbenbund zwischen den beiden Ringnuten besitzt der Steuerschieber zwei weitere, schmalere Ringnuten, die durch einen schmalen Steg voneinander getrennt sind. Durch eine erste Querbohrung ist die eine Schieberlängsbohrung mit der einen schmalen Ringnut und über eine zweite Querbohrung die andere Schieberlängsbohrung mit der anderen schmalen Ringnut verbunden. In die Schieberbohrung mündet ein Lastmeldekanal, der in der Neutralstellung des Steuerschiebers durch den schmalen Steg zwischen den beiden schmalen Ringnuten abgedeckt ist. Je nachdem in welche Richtung der Steuerschieber aus der Neutralstellung bewegt wird, wird der Lastmeldekanal zur einen oder zur anderen Ringnut hin geöffnet und damit der in der jeweiligen Verbraucherkammer herrschende Lastdruck in den Lastmeldekanal gemeldet.
Während bei dem Wegeventil nach der DE-OS 23 42 498 zwei Zulaufkammern vorhanden sind und ein Lastmeldekanal zwischen diesen beiden Zulaufkammern in die Schieberbohrung mündet, ist aus einem Prospekt 9129 8557-02 (GB) der Firma Voac Hydraulics AB ein als K170LS bezeichnetes Wegeventil bekannt, bei dem in einer Schieberbohrung eine Rücklaufkammer, eine Verbraucherkammer, eine einzige Zulaufkammer, wieder eine Verbraucherkammer und eine weitere Rücklaufkammer aufeinander folgen und ein Lastmeldekanal an einer Stelle seitlich, also von einer Verbraucherkammer aus gesehen, jenseits der benachbarten Rücklaufkammer in die Schieberbohrung mündet. Mit einer solchen Anordnung kann das Wegeventil in Achsrichtung des Steuerschiebers kürzer als dasjenige aus der DE-OS 23 42 408 gestaltet werden. Bei dem Wegeventil nach dem genannten Prospekt verläuft zentrisch durch den Steuerschieber eine beidseits geschlossene Längsbohrung, von der drei Querbohrungen bzw. Querbohrungssterne auf die Außenseite des Steuerschiebers führen. Ein erster Querbohrungsstern befindet sich in der Neutralstellung des Steuerschiebers in einem geringen Abstand zur einen Verbraucherkammer zwischen dieser und der Zulaufkammer. Der zweite Querbohrungsstern befindet sich im geringen Abstand zur anderen Verbraucherkammer zwischen dieser und der Zulaufkammer. Eine dritte Querbohrung schließlich mündet in eine Ringnut auf der Außenseite des Steuerschiebers, die in der Neutralstellung des Steuerschiebers symmetrisch zur Mündung des Lastmeldekanals liegt und in jeder Stellung des Steuerschiebers die Schieberlängsbohrung mit dem Lastmeldekanal verbindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1, also ein Wegeventil mit Bremskolben im Steuerschieber so weiterzuentwikkeln, daß es einfacher aufgebaut und in seiner Herstellung verbilligt ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich eine einzige Schieberlängsbohrung von dem einen Druckraum am einen Bremskolben bis zum anderen Druckraum am anderen Bremskolben erstreckt und daß sie bei einer Verschiebung des Steuerschiebers aus der Neutralstellung je nach Verschieberichtung entweder mit der einen Verbraucherkammer oder mit der anderen Verbraucherkammer verbindbar ist. Durch das Vorhandensein nur einer Schieberlängsbohrung, die zu beiden Druckräumen an beiden Bremskolben führt, ist der Steuerschieber vereinfacht und seine Herstellung verbilligt. Der Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers nicht beeinflußt wird, wenn außer dem Bremskolben, der den Öffnungsquerschnitt des Strömungspfades zwischen der einen Verbraucherkammer und einer Rücklaufkammer steuert und vom Druck in der anderen Verbraucherkammer beaufschlagt wird, auch der andere Bremskolben dem Druck in der anderen Verbraucherkammer ausgesetzt ist. Der andere Bremskolben wird zwar vom Boden der Aufnahmebohrung abgehoben, die andere Rücklaufkammer bleibt jedoch durch den Steuerschieber zur anderen Verbraucherkammer verschlossen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Wegeventils kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Auch bei einem erfindungsgemäßen Wegeventil ist der Lastmeldekanal im Sinne einer kurzen axialen Bauweise des Wegeventils vorteilhafterweise an einer Stelle seitlich aller Arbeitskammern zur Schieberbohrung hin offen. Um eine solche Anordnung des Lastmeldekanals zu ermöglichen, ist gemäß Anspruch 2 der eine Bremskolben mit einer Lastmeldelängsbohrung versehen, die zu dem Druckraum vor der einen Stirnseite dieses Bremskolbens offen und zum Federraum vor der anderen Stirnseite dieses Bremskolbens verschlossen ist und über die die Schieberlängsbohrung mit der Mündung des Lastmeldekanals in die Schieberbohrung in Verbindung steht.
Gemäß Anspruch 3 wird die Verbindung zwischen der Lastmeldelängsbohrung in dem einen Bremskolben und dem Lastmeldekanal zweckmäßigerweise über eine Querbohrung in dem Bremskolben und über eine Querbohrung in den Bremskolben umgebenden Mantel des Steuerschiebers hergestellt.
Ein axialer und/oder ein peripherialer Versatz zwischen den beiden Querbohrungen wird gemäß Anspruch 4 vorteilhafterweise durch eine Ringnut ausgeglichen, die sich zwischen dem Bremskolben und dem Mantel des Steuerschiebers vorzugsweise auf der Außenseite des Bremskolbens befindet.
Üblicherweise sind, sofern im Steuerschieber zwei Bremskolben untergebracht sind, diese beiden Bremskolben im Sinne einer geringen Teilevielfalt gleich oder zumindest sehr ähnlich ausgebildet. Jeder Bremskolben besitzt eine Ringnut, die im Strömungspfad zwischen der Verbraucherkammer und der Rücklaufkammer liegt und zu deren beiden Seiten sich jeweils ein Kolbenbund befindet. Bei einem erfindungsgemäßen Wegeventil, bei dem der eine Bremskolben eine Lastmeldelängsbohrung aufweist, kann nun der federraumseitige Kolbenbund eine beträchtliche Länge erreichen, um die Verbindung zwischen der Lastmeldelängsbohrung und dem Lastmeldekanal herstellen zu können. Gemäß Anspruch 6 ist nun nicht auch der andere Bremskolben an seinem federraumseitigen Kolbenbund genauso lang wie der Bremskolben mit der Lastmeldelängsbohrung ausgebildet. Eine unnötige Verlängerung des Steuerschiebers wird dadurch vermieden.
Gemäß Anspruch 7 ist der Federraum hinter dem Bremskolben mit der Lastmeldelängsbohrung über einen innerhalb des Bremskolbens verlaufenden Kanal zu einer Rücklaufkammer entlastbar. Grundsätzlich ist dies auch beim anderen Bremskolben möglich.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wegeventils ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der beiden Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1
in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel, der durch die Achse des Steuerschiebers geht, und
Figur 2
ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels.
Gemäß Figur 1 erstreckt sich durch ein Ventilgehäuse 10 hindurch eine Schieberbohrung 11, die durchgehend konstanten Durchmesser hat und um die herum verschiedene voneinander beabstandete Arbeitskammern 12, 13, 14, 15 und 16 und Steuerkammern 17, 18 und 19 umlaufen. Die Arbeitskammern 12 und 16, die am weitesten voneinander entfernt sind, sind Rücklaufkammern, von denen jeweils ein Rücklaufkanal 20 ausgeht, der jeweils durch einen Pfeil angedeutet ist. Beide Rücklaufkanäle sind in allgemein bekannter Weise außerhalb des Ventilgehäuses zusammengeführt und mit einem Tank verbindbar. Mittig zwischen den beiden Rücklaufkammern 12 und 16 befindet sich die Zulaufkammer 14, der über einen Druckkanal 21, der in Figur 1 ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist, Druckmittel von einer Hydropumpe zuführbar ist. Zwischen der Rücklaufkammer 12 und der Zulaufkammer 14 befindet sich eine erste Verbraucherkammer 13 und zwischen der Rücklaufkammer 16 und der Zulaufkammer 14 eine zweite Verbraucherkammer 15. Jede Verbraucherkammer ist über einen Verbraucherkanal mit einem Anschluß eines nicht näher dargestellten hydraulischen Verbrauchers verbindbar.
Die drei Steuerkammern 17, 18 und 19 befinden sich seitlich der Rücklaufkammer 12. Die mittlere Steuerkammer 18 wird hier als Lastmeldekammer bezeichnet und ist über einen Lastmeldekanal 22 mit einem Steuerraum an einem Load-sensing-Regler einer Verstellpumpe oder mit einem Steuerraum einer im Bypass zu einer Konstantpumpe angeordneten Druckwaage verbindbar, über die ein Teil der von der Konstantpumpe geförderten Druckmittelmenge zum Tank zurückgeführt wird. Die beiden Steuerkammern 17 und 19 sind jeweils mit einem nicht näher dargestellten Druckbegrenzungsventil verbunden.
In der Schieberbohrung 11 des Ventilgehäuses 10 ist ein Steuerschieber 30 axial beweglich geführt. Dieser besitzt eine umlaufende Ringnut 31, die in radialer Richtung relativ tief und in axialer Richtung breiter als die Zulaufkammer 14 ist und die sich in der in Figur 1 gezeigten Neutralstellung des Steuerschiebers 30 in einer mittigen Lage bezüglich der Zulaufkammer 14 befindet. Von der Ringnut 31 gehen axial nach beiden Seiten hin und über den Umfang des Steuerschiebers 30 verteilt Feinsteuernuten 32 aus, die in der Neutralstellung des Steuerschiebers 30 jeweils in einem kurzen Abstand vor der Verbraucherkammer 13 bzw. 15 enden.
Von jeder Stirnseite des Steuerschiebers 30 aus ist in diesen in Form einer Sackbohrung ein Aufnahmeraum 33 bzw. 34 eingebracht. Die beiden Böden 35 der beiden Aufnahmeräume 33 und 34 haben einen Abstand voneinander, der in etwa dem lichten Abstand also dem Abstand der zulaufkammerseitigen axialen Begrenzungswände der Verbraucherkammern 13 und 15 voneinander entspricht. Von Boden 35 zu Boden 35 geht durch den Steuerschieber 30 eine Schieberlängsbohrung 36 hindurch. Jeweils knapp vor einem Boden 35 mündet in die Schieberlängsbohrung 36 eine Querbohrung 37, die im Bereich zwischen zwei Feinsteuernuten 32 von der Außenseite des Steuerschiebers 30 ausgeht. In dessen Neutralstellung sind beide Querbohrungen 37 durch die Wand der Schieberbohrung 11 verschlossen.
Im Abstand zum Boden 35 gehen durch den Mantel des Steuerschiebers 30 zwischen dem Aufnahmeraum 33 bzw. 34 und der Außenseite zwei sich einander diametral gegenüberliegende erste Radialbohrungen 38 hindurch, die in der Neutralstellung des Steuerschiebers 11 durch sich axial zwischen der jeweiligen Verbraucherkammer und der jeweiligen Rücklaufkammer befindliches Material des Ventilgehäuses 10 abgedeckt sind. In einem größeren Abstand zum Boden 35 gehen durch den Mantel zwei sich einander diametral gegenüberliegende zweite Radialbohrungen 39 hindurch, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Radialbohrungen 38 und die außen in eine flache Ringnut 40 des Steuerschiebers 30 münden, die sich in axialer Richtung von den Radialbohrungen 39 nach außen hin erstreckt und sicherstellt, daß die Radialbohrungen 39 bei einer Verschiebung des Steuerschiebers aus der Neutralstellung in die eine Richtung immer zur Rücklaufkammer 12 bzw. 16 hin offen sind. Die Ringnut 40 an der Rücklaufkammer 12 ist axial länger als die andere Ringnut 40 und stellt in der Neutralstellung des Steuerschiebers eine Verbindung zwischen der Steuerkammer 17 und der Rücklaufkammer 12 her. Im Abstand zu dieser längeren Ringnut 40 ist in den Steuerschieber 30 eine weitere Ringnut 41 eingedreht, die in der Neutralstellung des Steuerschiebers alle drei Steuerkammern 17, 18 und 19 überbrückt. Der Kolbenabschnitt 42 zwischen den Ringnuten 40 und 41 ist demzufolge axial kürzer als die Steuerkammer 17. Es besteht in der Neutralstellung des Steuerschiebers 30 also eine offene Verbindung zwischen der Rücklaufkammer 12 und den drei Steuerkammern 17, 18 und 19, in denen demzufolge in der Neutralstellung des Steuerschiebers 30 der niedere Druck ansteht, der in dem Rücklaufkanal 20 herrscht.
In dem Aufnahmeraum 33 des Steuerschiebers 30 befindet sich ein Bremskolben 51 und im Aufnahmeraum 34 ein Bremskolben 52. Beide Bremskolben sind innerhalb des jeweiligen Aufnahmeraumes axial verschiebbar und werden von einer Schraubendruckfeder 53, die sich an einer den jeweiligen Aufnahmeraum verschließenden Verschlußschraube 54 abstützt, in Richtung auf den Boden 35 des jeweiligen Aufnahmeraums zu belastet. Jeder Bremskolben besitzt zwischen zwei Kolbenabschnitten 55 und 56 eine Ringnut 57, über die die ersten Radialbohrungen 38 mit den zweiten Radialbohrungen 39 des Steuerschiebers 30 verbindbar sind. Der Abstand der Ringnut 57 von der dem Boden 35 eines Aufnahmeraums zugewandten Stirnseite eines Bremskolbens ist bei beiden Bremskolben gleich. Durch den Kolbenabschnitt 55 ist ein Druckraum 58 zwischen dem Boden 35 eines Aufnahmeraums und dem jeweiligen Bremskolben zu der Ringnut 57 abgeschlossen. Die Schieberlängsbohrung 36 mündet in beide Druckräume 58. Die Bremskolben 51 und 52 sind also von dem in der Schieberlängsbohrung 36 herrschenden Druck gegen die Schraubendruckfeder 53 beaufschlagbar. Durch eine spiralförmige oder durch eine oder mehrere radial verlaufende Vertiefungen in den Stirnseiten der Bremskolben ist dafür gesorgt, daß der Druck an einem Bremskolben auch dann wirken kann, wenn dieser von der Schraubendruckfeder 53 gegen den Boden 35 eines Aufnahmeraums gedrückt wird.
Der Bremskolben 52 ist kürzer als der Bremskolben 51. Entsprechend ist auch der Aufnahmeraum 34 kürzer als der Aufnahmeraum 33. Der Bremskolben 51 ist deshalb länger als der Bremskolben 52, weil er dazu benutzt wird, um zwischen der Schieberlängsbohrung 36 und der außen um den Schieber herumlaufenden Ringnut 41 eine Verbindung herzustellen. Er besitzt zu diesem Zweck zentral eine axial verlaufende Sackbohrung 65, die an seiner dem Boden 35 des Aufnahmeraums 30 zugewandten Stirnseite offen ist und bis in den Kolbenabschnitt 56 hineinreicht. Dieser Kolbenabschnitt 56 des Bremskolbens 51 ist länger als der Kolbenabschnitt 56 des anderen Bremskolbens 52, wodurch die größere Länge des Bremskolbens 51 bedingt ist. Außen läuft um den Kolbenabschnitt 56 eine flache Ringnut 66 herum, die sich schon in der gezeigten Ruhestellung des Bremskolbens 51, in der dieser sich am Boden 35 des Aufnahmeraums 33 abstützt, axial außerhalb der zweiten Radialbohrungen 39 des Steuerschiebers 30 befindet, also nicht durch die Radialbohrungen 39 mit der Rücklaufkammer 12 verbunden werden kann. Zwischen der Ringnut 66 und der Sackbohrung 65 ist durch eine Schrägbohrung 67 eine Verbindung hergestellt. Andererseits besteht über eine Schrägbohrung 68 im Steuerschieber 30 in jeder Position des Bremskolbens 51 eine Verbindung zwischen dessen Ringnut 66 und der außen um den Steuerschieber 30 umlaufenden Ringnut 41. Somit ist in jeder Position des Bremskolbens 51 die Schieberlängsbohrung 36 über den einen Druckraum 58, die Sackbohrung 65, die Schrägbohrung 67, die Ringnut 66 und die Schrägbohrung 68 mit der Ringnut 41 verbunden. Die Ringnut 66 am Bremskolben 51 gleicht einen axialen und peripheralen Versatz zwischen den Schrägbohrungen 67 und 68 aus.
Zwischen einem Federraum 72, in dem sich eine Schraubendruckfeder 53 befindet, und einer Rücklaufkammer 12 bzw. 16 kann über Bohrungen in dem jeweiligen Bremskolben 51 bzw. 52 ein Ausgleich des in einem Federraum enthaltenen Druckmittelvolumens stattfinden. Der Bremskolben 52 besitzt dazu eine zum Federraum 72 hin offene axiale Sackbohrung 73 und mehrere von dieser ausgehenden im Kolbenabschnitt 56 verlaufenden Radialbohrungen 74, die außen in eine schmale Ringnut 76 münden und in jeder Position des Bremskolbens 52 zu den zweiten Radialbohrungen 39 des Steuerschiebers 30 hin offen sind. In der Sackbohrung 73 ist eine Kugel 75 gefangen, die mit einem nicht näher bezeichneten Sitz in der Sackbohrung 73 ein Rückschlagventil bildet, das von der Rücklaufkammer 16 zum Federraum 72 hin öffnet. Somit kann bei einer Vergrößerung des Federraums 72, also bei einer Bewegung des Bremskolbens in Richtung auf den Boden 35 des Aufnahmeraums 34 zu, schnell Druckmittel aus der Rücklaufkammer 16 in den Federraum 72 hineinfließen. Ein Druckmittelfluß vom Federraum 72 zur Rücklaufkammer 16 ist unter Umgehung des Rückschlagventils über eine nicht näher bezeichnete Drossel möglich. Diese kann z.B. durch eine Kerbe in den Sitz für die Kugel 75 gebildet sein. Der Bremskolben 52 ist also in seiner Bewegung in Richtung auf die Verschlußschraube 54 zu gedämpft.
Gleiches gilt auch für eine Bewegung des Bremskolbens 51 in Richtung auf die entsprechende Verschlußschraube 54 zu. Der Bremskolben 51 besitzt zum Verbinden des Federraums 72 mit der Rücklaufkammer 12 die gleiche kurze axiale und zentrale Sackbohrung 73 wie der Bremskolben 52 und eine Radialbohrung 74, die knapp vor der Ringnut 57 außen in eine schmale Ringnut 76 am Bremskolben mündet und nach innen vor der Sackbohrung 65 endet. Zwischen den Bohrungen 73 und 74 verläuft eine Schrägbohrung 77. In der Bohrung 73 ist wiederum eine Kugel 75 gefangen, die Teil eines Rückschlagventils ist, das zum Federraum 72 hin öffnet. Eine Drossel ist wiederum durch eine Kerbe im Sitz des Rückschlagventils gebildet.
Jede der beiden Steuerkammern 17 und 19 ist an ein nicht näher dargestelltes Druckbegrenzungsventil angeschlossen. Die beiden Druckbegrenzungsventile begrenzen den Druck in diesen Steuerkammern und können dazu auf unterschiedliche Maximaldrücke eingestellt sein.
Der Steuerschieber 30 wird mit Hilfe zweier Federn 80 in der Neutralstellung zentriert und kann hydraulisch in die eine oder andere Richtung verschoben werden.
In dem Schaltbild nach Figur 2 sind für die Arbeitskammern 12, 13, 14, 15 und 16 auch die üblichen Buchstabenbezeichnungen A, B, P und T angegeben. Für die Steuerkammer 18 ist auch die Bezeichnung LS verwendet. Die Steuerkammern 17 und 19 schließlich tragen auch die Bezeichnung LSB bzw. LSA. Das Rückschlagventil in der Verbindung zwischen einer Rücklaufkammer 12 bzw. 16 und einem Federraum 72 trägt die Bezugszahl 80, die parallel geschaltete Drossel die Bezugszahl 81. Zwischen dem Lastmeldekanal 22 und dem jeweiligen Hauptströmungspfad in einer Arbeitsstellung des Steuerschiebers 30 ist eine Drossel eingefügt, die mit der Bezugszahl 67 versehen ist, also durch die entsprechende Querbohrung im Bremskolben 51 gebildet wird.
In der gezeigten Neutralstellung des Steuerschiebers 30 sind alle Arbeitskammern gegeneinander abgesperrt. Die Querbohrungen 37, die Schieberlängsbohrung 36, die Druckräume 58, die Sackbohrung 65, die Schrägbohrung 67, die Ringnut 66, die Querbohrung 68 sowie die drei Steuerkammern 17, 18 und 19 sind zur Rücklaufkammer 12 hin von Druck entlastet. Die Bremskolben 51 und 52 werden von den Druckfedern 53 gegen den Boden 35 des jeweiligen Aufnahmeraums 33 bzw. 34 gedrückt. Es sei nun angenommen, daß der Steuerschieber in der Sicht der Figur 1 nach links verschoben wird. Dadurch wird zwischen der Zulaufkammer 14 und der Verbraucherkammer 13 eine Meßblende geöffnet, deren Öffnungsquerschnitt vom Maß der Verschiebung des Steuerschiebers 30 abhängt. Geöffnet zur Verbraucherkammer 13 wird auch die eine Querbohrung 37 des Steuerschiebers 30. Während in der Verbraucherkammer 13 der Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers ansteht, herrscht in der Zulaufkammer 14 Pumpendruck, der bei Load-sensing-Steuerungen, innerhalb derer das gezeigte Ventil verwendet wird, um eine bestimmte Differenz in der Höhe von 15 bis 20 bar höher als der Lastdruck des angesteuerten hydraulischen Verbrauchers bzw. höher als der höchste Lastdruck mehrerer parallel angesteuerter hydraulischer Verbraucher ist. Über die geöffnete Querbohrung 37 und die Schieberlängsbohrung 36 steht der in der Verbraucherkammer 13 herrschende Lastdruck auch in den Druckräumen 58 an und drückt die Bremskolben an die Verschlußschrauben 54 an. Dadurch öffnet der Bremskolben 52 die Verbindung zwischen der Verbraucherkammer 15 und der Rücklaufkammer 16, wobei das Druckmittel aus der Verbraucherkammer 15 durch die ersten Radialbohrungen 38 des Steuerschiebers 30, die Ringnut 57 des Bremskolbens 52 und die zweiten Radialbohrungen 39 des Steuerschiebers 30 zur Rücklaufkammer 16 fließt. Die Bewegung des Bremskolbens 51 hat weder einen Einfluß auf die Verbindung der Arbeitskammern noch auf die Verbindung der Steuerkammern miteinander. Der Lastdruck wird über die Sackbohrung 65, die Querbohrung 67 und die Ringnut 66 des Bremskolbens 51 sowie über die Querbohrung 68 und die Ringnut 41 im Steuerschieber 30 in die Steuerkammer 18 gegeben, die aufgrund der Verschiebung des Steuerschiebers 30 durch dessen Kolbenabschnitt 42 von der Steuerkammer 17 und von der Rücklaufkammer 12 getrennt und nur noch mit der Steuerkammer 19 verbunden ist. Von der Steuerkammer 18 kann der Lastdruck über den Lastmeldekanal 22 an das Regelventil einer Verstellpumpe oder an die im Bypass zu einer Konstantpumpe geschaltete Druckwaage gemeldet werden.
Der Kraft der Druckfedern 53 an den Bremskolben 51 und 52 entspricht ein Druck von z.B. 5 bar in den Druckräumen 58. Sobald der Druck in der Verbraucherkammer 13 wegen eines Voreilens des hydraulischen Verbrauchers unter diesen Wert absinkt, bewegt sich der Bremskolben 52 in Richtung auf den Boden 35 seines Aufnahmeraums 34 zu und verringert den Öffnungsquerschnitt zwischen den zweiten Radialbohrungen 39 des Steuerschiebers 30 und seiner Ringnut 57. Er verkleinert den Querschnitt dabei so weit, daß sich in der Verbraucherkammer 13 und damit im Druckraum 58 ein Druck einstellt, der der Kraft der Feder 53 das Gleichgewicht hält. Der Druck beträgt also etwa 5 bar.
Bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 30 aus der Neutralstellung nach rechts wird die Verbraucherkammer 15 mit der Zulaufkammer 14 und die Verbraucherkammer 13 über den Bremskolben 51 mit der Rücklaufkammer 12 verbunden. Nun sorgt der Bremskolben 51 dafür, daß in der Verbraucherkammer 15 ein Mindestdruck aufrechterhalten wird. Im übrigen ist nun die andere Querbohrung 37 zur Verbraucherkammer 15 hin offen, so daß sich der in dieser herrschender Lastdruck des hydraulischen Verbrauchers in die Steuerkammer 18 fortsetzen kann. Diese ist nun mit der Steuerkammer 17 verbunden, wobei beide Steuerkammern 17 und 18 durch den Kolbenabschnitt 42 zur Rücklaufkammer 12 hin abgesperrt sind.

Claims (7)

  1. Wegeventil zur lastunabhängigen Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit mit einem in einer Schieberbohrung (11) eines Ventilgehäuses (10) axial verschiebbaren Steuerschieber (30), der in einer Neutralstellung zwei Verbraucherkammern (13, 15) zu einer Zulaufkammer (14) hin absperrt und in zwei Arbeitsstellungen wahlweise eine der beiden Verbraucherkammern (13, 15) mit einer Zulaufkammer (14) und die jeweils andere Verbraucherkammer (15, 13) mit einer Rücklaufkammer (12, 16) verbindet,
    in dem in zwei sich einander gegenüberliegenden Aufnahmeräumen (33, 34) jeweils ein Bremskolben (51, 52) angeordnet ist, der im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts eines über den jeweiligen Aufnahmeraum (33, 34) von einer Verbraucherkammer (13, 15) zu einer Rücklaufkammer (12, 16) führenden Strömungspfads vom Druck in der anderen Verbraucherkammer (15, 13) und im Gegensinne von einer in einem Federraum (72) untergebrachten Feder (53) beaufschlagbar ist, und der eine Schieberlängsbohrung (36) aufweist, die mit der anderen Verbraucherkammer (15, 13) und mit einem Lastmeldekanal (22) des Ventilgehäuses (10) verbindbar ist und in einen Druckraum (58) zwischen dem Boden (35) eines Aufnahmeraums (33, 34) und dem sich in diesem Aufnahmeraum (33, 34) befindlichen Bremskolben (51, 52) mündet,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schieberlängsbohrung (36) von dem einen Druckraum (58) am einen Bremskolben (51, 52) bis zum anderen Druckraum (58) am anderen Bremskolben (52, 51) erstreckt und daß die Schieberlängsbohrung (36) bei einer Verschiebung des Steuerschiebers (30) aus der Neutralstellung je nach Verschieberichtung entweder mit der einen Verbraucherkammer (13) oder mit der anderen Verbraucherkammer (15) verbindbar ist.
  2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastmeldekanal (22) an einer Stelle seitlich aller Arbeitskammern (12, 13, 14, 15, 16) zur Schieberbohrung (11) hin offen ist, daß der eine Bremskolben (51) mit einer Lastmeldebohrung (65) versehen ist, die zu dem Druckraum (58) vor der einen Stirnseite des Bremskolbens (51) offen und zum Federraum (72) vor der anderen Stirnseite des Bremskolbens (51) verschlossen ist und über die die Schieberlängsbohrung (36) mit der Mündung (18) des Lastmeldekanals (22) in die Schieberbohrung (11) in Verbindung steht.
  3. Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmeldebohrung (65) in dem einen Bremskolben (51) über eine Querbohrung (67) in dem Bremskolben (51) und über eine Querbohrung (68) im den Bremskolben (51) umgebenden Mantel des Steuerschiebers (30) mit dem Lastmeldekanal (22) verbunden ist.
  4. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich der Querbohrungen (67, 68) zwischen dem Bremskolben (51) und dem Mantel des Steuerschiebers (30) eine Ringnut (66) befindet, mit der ein axialer und ein peripheraler Versatz der Querbohrungen (67, 68) zueinander ausgleichbar ist.
  5. Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ringnut (66) auf der Außenseite des Bremskolbens (51) befindet.
  6. Wegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskolben (51) mit der Lastmeldebohrung (65) federraumseitig länger als der andere Bremskolben (52) ausgebildet ist.
  7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (72) hinter dem Bremskolben (51), der die Lastmeldebohrung (65) aufweist, über einen innerhalb des Bremskolbens (51) verlaufenden Kanal (73, 74, 77) zu einer Rücklaufkammer (12) entlastbar ist.
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