EP1381779B1

EP1381779B1 - Wegeventil mit innenliegender druckwaage

Info

Publication number: EP1381779B1
Application number: EP02727817A
Authority: EP
Inventors: Winfried RÜB
Original assignee: Bucher Hydraulics GmbH
Current assignee: Bucher Hydraulics GmbH
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: US20040094210A1; ATE326636T1; US6860291B2; DE50206817D1; WO2002088550A1; EP1381779A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wegeventil mit innenliegender Druckwaage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Wegeventile werden vorteilhaft in der Mobilhydraulik zur Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern bei Landwirtschafts- und Baufahrzeugen verwendet.
Ein Wegeventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE-A1-198 55 187 bekannt. Das Wegeventil weist eine innenliegende Druckwaage auf, die als Hohlschieber ausgebildet ist. Dieser weist einen Radialdurchbruch auf, der dauernd mit einem Radialdurchbruch des Ventilkolbens in Verbindung steht. Außerdem weist das Ventil einen Load-Sensing-Ringkanal auf, der dauernd mit einem Federraum der Druckwaage in Verbindung steht. Durch die Ausbildung des Wegeventils kann der Druckabfall über einer Meßblende konstant gehalten werden.
Ein ähnliches Wegeventil ist auch aus DE-A1-198 36 564 bekannt. Auch hier ist innerhalb des als Hohlkolben ausgebildeten Schieberkolbens eine Druckwaage angeordnet. Um das bestehende Problem der Wirkung von Strömungskräften auf das Verhalten des Wegeventils zu lösen, wird hier vorgeschlagen, am Druckwaagekolben eine zweite Steuerkante vorzusehen, mit der eine zusätzliche Druckmittelströmung zum Arbeitsanschluß erzeugbar ist. Durch diese Kompensationsströmung sollen die Strömungskräfte auf den Druckwaagekolben und auf den Schieberkolben minimiert werden. Damit soll insbesondere das Ansprechverhalten des Wegeventils, etwa beim Einleiten von Hebe- und Senkvorgängen bei Krafthebern, verbessert werden.
Grundsätzlich bedeutet die Verwirklichung einer zusätzlichen Steuerkante einen fabrikatorischen Mehraufwand. Die Kompensation von Strömungskräften ist immer dann auch unvollkommen, wenn die Strömungen hinsichtlich ihrer Größe unterschiedlich sind. So ist beispielsweise dann, wenn der hydraulische Verbraucher ein Differentialzylinder ist, zwangsläufig der Mengenstrom des Hydraulikmediums an den beiden Arbeitsanschlüssen A und B des Wegeventils unterschiedlich. Hinzu kommt, daß ihrerseits solche Differentialzylinder unterschiedliche Verhältnisse der Mengenströme im Zu- und Abfluß aufweisen können. Daneben besteht aber noch ein weiteres Problem: In der Stellung "Neutral" soll der Druckwaagekolben eine eindeutige Schließstellung einnehmen. Diese wird aber oftmals dadurch verhindert, daß sich infolge von Leckagen unbeherrschbare Drücke aufbauen. Leckagen zwischen jenen Ringkanälen des Wegeventils, die unterschiedliche Drücke aufweisen, sind unvermeidlich und infolge von Fabrikationstoleranzen in ihrer Größe nicht vorhersehbar. Im schlimmsten Fall kann es folglich zu einer Bewegung des Verbrauchers kommen, obwohl dieser still stehen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil zu schaffen, dessen Druckwaage unempfindlich gegen durch unterschiedliche Mengenströme verursachte unterschiedliche Strömungskräfte ist und gleichzeitig sicherstellt, daß es in der Stellung "Neutral" nicht zu einer Bewegung des hydraulischen Verbrauchers kommen kann.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung eines Wegeventilkolbens mit innenliegender Druckwaage in einem Ventilgehäuse,
Fig. 2: eine teilgeschnitte Ansicht eines Druckwaagekolbens,
Fig. 3: eine Darstellung analog der Fig. 1, jedoch in einer Arbeitstellung des Wegeventils,
Fig. 4: ein Detail einer Stirnfläche im Wegeventilkolben,
Fig. 5: eine alternative Ausführung eines Endes des Druckwaagekolbens, und
Fig. 6a bis c: weitere Ausgestaltungsformen dazu.

In der Fig. 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Teil eines Ventilgehäuses gezeigt, das ein Längsbohrung 2 aufweist. Mit einer waagerechten Symmetrieachse S_w und einer senkrechten Symmetrieachse S_s ist angedeutet, daß das Ventilgehäuse 1 und auch ein in der Längsbohrung 2 verschiebbarer Wegeventilkolben 3 zweiachsig symmetrisch aufgebaut sind. Der Wegeventilkolben 3 ist ein Hohlschieber. Im Ventilgehäuse 1 sind von der Längsbohrung 2 her verschiedene Ringkanäle eingestochen, nämlich im Symmetriemittelpunkt ein Tankanschluß-Ringkanal T, dem von der senkrechten Symmetrieachse S_s in Richtung auf die Stirnseite des Ventilgehäuses 1 weitere Ringkanäle folgen, nämlich nach links ein Arbeitsanschluß-Ringkanal A und nach rechts ein Arbeitsanschluß-Ringkanal B. Diese beiden Arbeitsanschluß-Ringkanäle A, B stehen in Verbindung mit den Lastanschlüssen des Wegeventils, die üblicherweise mit "A" und "B" bezeichnet werden.
Nach rechts anschließend folgt auf den Arbeitsanschluß-Ringkanal B ein Pumpendruck-Ringkanal P, dann ein Load-Sensing-Ringkanal LS und schließlich ein Endraum-Ringkanal E. Die gleiche Aufeinanderfolge von Ringkanälen ist auch nach links vorhanden, in der Fig. 1 aber nicht dargestellt.
Der Wegeventilkolben 3 weist seinerseits eine Axialbohrung 4 auf, in der ein Druckwaagekolben 5 gegen eine Druckwaagefeder 6 axial verschiebbar ist. Die Darstellung der Fig. 1 zeigt den Wegeventilkolben 3 in der Neutralstellung, bei der von den Arbeitsanschluß-Ringkanälen A und B weder eine Verbindung zum Tankanschluß-Ringkanal T noch zum Pumpendruck-Ringkanal P besteht. Der an die Lastanschlüssen des Wegeventils, die wie erwähnt mit "A" und "B" bezeichnet sind, angeschlossene hydraulische Verbraucher steht damit still.
Der Druckwaagekolben 5 ist ebenfalls ein Hohlschieber, umschließt also einen Innenraum 7, der gegen die senkrechte Symmetrieachse S_s offen ist, auf der anderen Seite aber eine geschlossene Stirnwand 8 aufweist.
Der Wegeventilkolben 3 ist stirnseitig ebenfalls verschlossen, beispielsweise mittels einer einschraubbaren Verschlußkappe 9. Zwischen der Verschlußkappe 9 des Wegeventilkolbens 3 und der Stirnwand 8 des Druckwaagekolbens 5 ist die schon erwähnte Druckwaagefeder 6 angeordnet.
Auf der linken offenen Seite weist der Druckwaagekolben 5 Steuerrippen 10 auf. Diese bilden Fortsätze des zylindrischen Teils der Druckwaagekolbens 5. Um deren Form und Lage zu verdeutlichen, ist eine Schnittlinie II-II eingezeichnet, wobei der entsprechende Schnitt in der Fig. 2 dargestellt ist. In der Fig. 2 sind die Steuerrippen 10 geschnitten, während die dazwischen liegenden Stirnflächen des Druckwaagekolbens 5 in der Aufsicht gezeigt sind. Die ringabschschnittsförmigen Zwischenräume zwischen den Steuerrippen 10 werden als Feinsteuerkerben bezeichnet und sind mit der Bezugszahl 11 versehen.
Auf die Bedeutung der Form der Stirnfläche 12 der Axialbohrung 4 mit einer anschließenden Querschnittserweiterung 13 in der Axialbohrung 4 wird später eingegangen werden.
Für die Funktion des Wegeventils wesentliche Elemente sind zusätzlich in der Fig. 1 eingezeichnet. Mit der Bezugszahl 19 ist eine Steuerfeder bezeichnet, die von einem nicht dargestellten Antrieb her auf den Wegeventilkolben 3 einwirkt. Funktionswesentlich sind Tanksteuernuten 20, die in der Mantelfläche des Wegeventilkolbens 3 eingefräst sind und dazu dienen, bei entsprechender relativer Lage des Wegeventilkolbens 3 zum Ventilgehäuse 1 den Fluß des Hydraulikmediums vom Arbeitsanschluß-Ringkanal B bzw. Arbeitsanschluß-Ringkanal A zum Tankanschluß-Ringkanal T zu ermöglichen, was die beiden Arbeitsstellungen des Wegeventils charakterisiert. Wird beispielsweise der Wegeventilkolben 3 aus der in der Fig. 1 gezeigten Position nach rechts verschoben, so entsteht über die Tanksteuernuten 20 die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß-Ringkanal B und dem Tankanschluß-Ringkanal T.
Funktionswesentlich sind weiter ein erster Ventilkolben-Radialdurchbruch 21 und ein zweiter Ventilkolben-Radialdurchbruch 22, auf deren funktionelle Bedeutung noch eingegangen wird. Im zylindrischen Mantel des Wegeventilkolbens 3 sind außerdem Verbindungsbohrungen 23 angeordnet, durch die eine dauernde Verbindung zwischen dem Load-Sensing-Ringkanal LS und dem die Druckwaagefeder 6 umgebenden Raum, der als Druckwaagen-Federraum 24 bezeichnet ist, hergestellt ist. Damit diese Verbindung bei allen Stellungen des Druckwaagekolbens 5 innerhalb des Wegeventilkolben 3 besteht, ist beispielsweise der Innendurchmesser des Wegeventilkolbens 3 im Bereich des Druckwaagen-Federraum 24 größer als der Außendurchmesser des Druckwaagekolbens 5. Es können aber auch andere Mittel, etwa Längsnuten, vorhanden sein, um diese dauernde Verbindung zwischen dem Load-Sensing-Ringkanal LS und dem Druckwaagen-Federraum 24 zu garantieren. Dadurch wirkt im Druckwaagen-Federraum 24 unter allen Umständen der im Load-Sensing-Ringkanal LS herrschende Druck, was im Zusammenwirken mit der Druckwaagefeder 6 erfindungsgemäß garantiert, daß der Druckwaagekolben 5 eine eindeutige Lage einnimmt, bei der der Druckwaagekolben 5 den Arbeitsanschluß-Ringkanal B sicher absperrt, womit jener Teil der Aufgabe gelöst wird, daß es in der Stellung "Neutral" nicht zu einer Bewegung des hydraulischen Verbrauchers kommen kann. Der Druckwaagen-Federraum 24 ist funktionell ein Steuerdruckraum. Erfindungswesentlich ist, daß zwischen dem Load-Sensing-Ringkanal LS und dem Druckwaagen-Federraum 24 keine Steuerkante liegt, die den Druck im Druckwaagen-Federraum 24 in ungünstiger Weise beeinflussen könnte. Als erste Steuerkante des Druckwaagekolben 5 wirkt die Umfangslinie des Druckwaagekolbens 5 im Bereich der Feinsteuerkerben 10. Diese Steuerkante ist in den Fig. 1 und 2 mit der Bezugszahl 30 versehen. Erfindungswesentlich ist ein an sich aus dem Stand der Technik bekanntes Merkmal, nämlich, daß der Druckwaagekolben 5 in seinem zylindrischen Mantel mindestens einen Radialdurchbruch 31 aufweist. Vorteilhaft jedoch mehrere solcher Radialdurchbrüche 31 vorhanden, die gleichmäßig über den Umfang des Druckwaagekolbens 5 verteilt sind. Jeder der Radialdurchbrüche 31 hat die Gestalt eines länglichen Schlitzes.
Als zweite Steuerkante des Druckwaagekolben 5 wirken die Radialdurchbrüche 31. Sie stehen in dauernder Verbindung mit dem Ventilkolben-Radialdurchbruch 22. Steigt der Druck in der Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 und im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 so hoch, daß die durch diesen Druck entstehende, auf den Druckwaagekolben 5 wirkende Kraft größer wird als die Summe der Kraft der Druckwaagefeder 6 und der aus dem Druck im Druckwaagen-Federraum 24 auf den Druckwaagekolben 5 wirkenden Kraft, so bewegt sich der Druckwaagekolben 5 so weit nach rechts gegen die Druckwaagefeder 6, bis wieder Kraftgleichgewicht besteht. Bei genügend hohem Druck in der Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 und im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 bewegt sich der Druckwaagekolben 5 so weit nach rechts gegen die Druckwaagefeder 6, bis die Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 und der Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 mit dem Druckwaagen-Federraum 24 verbunden sind, was noch gezeigt werden wird.
In den Fig. 1 und 2 ist zudem noch ein Durchmesser d_Dw eingezeichnet, der den Außendurchmesser des Druckwaagekolbens 5 bezeichnet. Dieser Durchmesser d_Dw bestimmt die hydrostatische Kraftwirkung, die aufgrund des im Druckwaagen-Federraum 24 herrschenden Druckes aufgrund der Fläche d_Dw ² · π/4 entsteht, denn diese Fläche ist die wirksame Steuerdruckfläche. In der Fig. 2 ist zudem der Innendurchmesser des Druckwaagekolbens 5 eingezeichnet und mit d_I bezeichnet. Inwieweit dieser Innendurchmesser d_I bedeutsam ist, wird noch erläutert werden.
In der Fig. 3 ist eine Arbeitsstellung des Wegeventilkolbens 3 gezeigt. Durch einen bei solchen Wegeventilen vorhandenen Antrieb, der in allen Figuren nicht gezeigt ist, ist der Wegeventilkolben 3 innerhalb des Ventilgehäuses 1 nach links verschoben. Damit besteht Durchfluß vom Pumpendruck-Ringkanal P zum Arbeitsanschluß-Ringkanal B. Hydraulikmedium kann nun vom Pumpendruck-Ringkanal P durch den zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 des Wegeventilkolbens 3 und durch den Radialdurchbruch 31 des Druckwaagekolbens 5 in Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 strömen und von dort weiter in die Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 und weiter durch den ersten Ventilkolben-Radialdurchbruch 21 in den Arbeitsanschluß-Ringkanal B. Der mögliche Fluß des Hydraulikmediums ist durch drei punktierte Linien gekennzeichnet, woraus ersichtlich wird, daß der Fluß des Hydraulikmediums sich über den ganzen freien Querschnitt im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 und in der Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 verteilt. Der Übersichtlichkeit wegen sind in diesem Schnittbild nur die vom unten gezeigten Teil des Pumpendruck-Ringkanals P ausgehenden Flußlinien gezeigt. Da es sich aber bei den im Ventilgehäuse 1 vorhandenen Kanälen immer um umlaufende Ringkanäle handelt, verteilt sich der Fluß des Hydraulikmediums auf die ganzen Ringflächen. Hier ist nun bedeutungsvoll, daß der innere Durchmesser D_I des Druckwaagekolbens 5 relativ groß ist, was zur Folge hat, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 relativ klein ist. Das gilt auch für den Fluß in der Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3. Wegen der kleinen Strömungsgeschwindigkeit sind die hydrodynamischen Kräfte klein. Dies bewirkt in Übereinstimmung mit der gestellten Aufgabe, daß die Druckwaage unempfindlich gegen durch unterschiedliche Mengenströme verursachte unterschiedliche Strömungskräfte ist.
Durch das Öffnen des zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 des Wegeventilkolbens 3 zum Pumpendruck-Ringkanals P entsteht im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 ein Druck, der etwa dem Pumpendruck entspricht. Dieser Druck wirkt nun gegen den im Druckwaagen-Federraum 24 herrschenden Druck, der mit dem Druck im Load-Sensing-Ringkanal LS korreliert. Entsprechend wird der Druckwaagekolben 5 gegen die Druckwaagefeder 6 bewegt, so daß sich die in der Fig. 3 gezeigte Position des Druckwaagekolbens 5 innerhalb des Wegeventilkolbens 3 ergibt, wie dies zuvor schon angedeutet worden ist. Die tatsächliche Position des Druckwaagekolbens 5 innerhalb des Wegeventilkolbens 3 regelt sich ein entsprechend der Differenz der Kraftwirkungen, die aus den Drücken im Pumpendruck-Ringkanal P und im Load-Sensing-Ringkanal LS entstehen.
Im ersten Schritt öffnet der Druckwaagekolben 5 über seine Steuerrippen 10 die Verbindung zwischen dem Ventilkolben-Radialdurchbruch 21 und der Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3, so daß sich am Ventilkolben-Radialdurchbruch 21 ein bestimmter Abflußquerschnitt ergibt. Wenn der Druck im Arbeitsanschluß-Ringkanal B, entsprechend dem Druck am entsprechenden Lastanschluß des Verbrauchers, hoch ist und die resultierende Druckkraft am Druckwaagekolben 5 die Summe aus dem Druck im Druckwaagen-Federraum 24 und der Kraft der Druckwaagefeder 6 überwindet, dann staut sich der Druck im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 auf den Druck im Arbeitsanschluß-Ringkanal B an und bewegt den Druckwaagekolben 5 gegen die Druckwaagefeder 6 so weit nach rechts, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist. Dabei ist dann der Druckwaagen-Federraum 24 mit dem Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 verbunden. Der Druck im Load-Sensing-Ringkanal LS folgt diesem Wert wegen der Verbindung vom Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 über die Verbindungsbohrungen 23 zum Load-Sensing-Ringkanal LS. Die Bewegung des Verbrauchers erfolgt nun in bekannter Weise durch die Wirkung eines nicht dargestellten Pumpenreglers. Der Pumpenregler hebt den Pumpendruck genau so viel an, daß über den eingestellten Drosselquerschnitt des zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 des Wegeventilkolbens 3 wegen der bestimmten Durchflußmenge des Hydraulikmediums der Druckabfall genau so hoch ist wie die am Pumpenregler vorgegebene Differenz "Pumpendruck minus Steuerdruck".
Ein zweiter Schritt der Druckwaagen-Regelung findet dann statt, wenn der Druck im Arbeitsanschluß-Ringkanal B, entsprechend dem Druck am entsprechenden Lastanschluß des Verbrauchers, kleiner als der Pumpendruck ist. Durch das abfließende Hydraulikmedium sinkt der Druck im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 so weit, daß sich der Druckwaagekolben 5 unter dem Einfluß der Druckwaagefeder 6 in Verbindung mit dem Druck im Druckwaagen-Federraum 24 so lange nach links bewegt, bis die Steuerrippen 10 den Abflußquerschnitt am Ventilkolben-Radialdurchbruch 21 so weit verringert haben, bis sich der jetzt wieder aufgestaute Druck im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 im Kraftgleichgewicht befindet mit den Kräften, die aus der Wirkung des Druckes im Druckwaagen-Federraum 24 und der Druckwaagefeder 6 resultieren.
Es wurde schon erwähnt, daß der Innendurchmesser d_I des Druckwaagekolbens 5 bedeutungsvoll ist. Der maximale Durchfluß des Hydraulikmediums durch die Druckwaage ergibt sich dann, wenn durch die relative Lage des zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruchs 22 des Wegeventilkolbens 3 zum Pumpendruck-Ringkanal P der größte wirksame Öffnungsquerschnitt für den Radialdurchbruch 22 gegeben ist. Ist der Innendurchmesser d_I des Druckwaagekolbens 5 groß, ergibt sich dabei eine kleine axiale Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 mit entsprechend geringen Strahlkräften. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Innendurchmesser d_I so bemessen ist, daß die Fläche d_I ² · π/4 etwa das Drei- bis Fünffache der Fläche des Radialdurchbruchs 22 beträgt.
Erfindungsgemäß steht der Druckwaagen-Federraum 24 grundsätzlich und immerwährend mit dem Load-Sensing-Ringkanal LS in Verbindung. Der Druck im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 kann je nach Arbeitsstellung des Wegeventilkolbens 3 unterschiedlich sein. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Neutralstellung ist er unbestimmt. Um zu erreichen, daß auch in dieser Stellung der Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 einen definierten Druck aufweist, ist es vorteilhaft, eine Druckentlastungsbohrung 40 vorzusehen, durch die in der Neutralstellung des Wegeventilkolbens 3 die Axialbohrung 4 des Wegeventilkolbens 3 und somit auch der Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 mit dem Tankanschluß-Ringkanal T verbunden ist. Durch die Druckentlastungsbohrung 40 ist der Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 also mit dem Tankanschluß-Ringkanal T verbindbar, aber nur in der Neutralstellung verbunden. Weil der Druck im Tankanschluß-Ringkanal T beim Betrieb des Verbrauchers grundsätzlich kleiner ist als der Druck im Load-Sensing-Ringkanal LS, wird also erreicht, daß Druckwaagekolben 5 nicht allein aufgrund der Wirkung der Druckwaagefeder 6 die gewünschte eindeutige Lage einnimmt, sondern durch die Druckdifferenz zwischen Load-Sensing-Ringkanal LS und Tankanschluß-Ringkanal T noch unterstützt wird. Probleme durch Leckage-Druckverluste können so nicht entstehen.
Eine alternative Möglichkeit, in der Neutralstellung die gewünschte eindeutige Lage des Druckwaagekolbens 5 durch eindeutige Festlegung des Druckes im Innenraum 7 des Druckwaagekolbens 5 zu erreichen, besteht darin, in der Neutralstellung den Innenraum 7 mit dem Load-Sensing-Ringkanal LS zu verbinden. Dann bestimmt die Druckwaagefeder 6 allein die eindeutige Lage des Druckwaagekolbens 5 in der Neutralstellung. Probleme durch Leckage-Druckverluste können auch so nicht entstehen. Die Verbindung des Innenraums 7 mit dem Load-Sensing-Ringkanal LS wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 eine andere Gestalt gegeben wird. In den Fig. 1 und 3 ist durch gestrichelte Linien eine Ringnut 41 gezeigt, die unmittelbar an den Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 anschließt. Aus der Fig. 1 ist erkennbar, daß durch diese an den Ventilkolben-Radialdurchbruch 22 anschließende Ringnut 41 eine Verbindung vom Innenraum 7 zum Load-Sensing-Ringkanal LS besteht, während der der Fig. 3 erkennbar ist, daß diese Ringnut 41 in der Arbeitsstellung des Wegeventilkolbens 3 wirkungslos ist. Vorteilhaft ist diese erfindungsgemäße Lösung mit der Ringnut 41 insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten.
In der Fig. 4 ist eine besondere Form der Stirnfläche 12 mit der Querschnittserweiterung 13 der Axialbohrung 4 im Wegeventilkolben 3 gezeigt. Der zentrische Teil der Stirnfläche 12 hat die Form eines sehr flachen Kegels 50 mit einem Spitzenwinkel von 150 bis 170 Grad. An den kegeligen Teil schließt eine zur Symmetrieachse S_s parallele Ringfläche 51 an, die dann in eine Rotationsellipsoid-Fläche 52 übergeht, die die Querschnittserweiterung 13 umgibt. Diese besondere Form hat vorteilhaften Einfluß auf die Strömung in der Axialbohrung 4 und stellt Mittel zur Umlenkung der Strömung dar. Bekanntermaßen erzeugt ein ein- bzw. ausströmender Strahl eine unerwünschte resultierende axiale Kraftkomponente, wenn die Ein- und Ausstrittsrichtungen verschiedenen sind. Wegen der je nach Öffnungsquerschnitten an der Druckwaage und am Wegeventilkolben 3 unterschiedlich größen Mengenströme ist der ein- bzw. ausströmender Strahl unterschiedlich stark. Durch die dargestellte und zuvor beschriebene Form wird eine Minimierung der unerwünschten Kraftkomponente erreicht.
In der Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante für jenes Ende des Druckwaagekolbens 5 gezeigt, an dem sich die Steuerkante 30 befindet. Hier sind keine Steuerrippen 10 (Fig. 2) und Feinsteuerkerben 11 vorhanden. Stattdessen ist das das Ende des Druckwaagekolbens 5 kegelig angefast. Von der Steuerkante 30 her nimmt also der Außendurchmesser des Druckwaagekolbens 5 stetig ab. Es entsteht also ein Steuerspalt, der bei zunehmender Verschiebung des Druckwaagekolbens 5 aus der Neutralstellung immer größer wird.
Alternative Ausgestaltungen sind in den Fig. 6 a) bis 6 c) gezeigt. In diesen Figuren ist die 360°-Abwicklung der Mantelfläche des Druckwaagekolbens 5 im Bereich der Feinsteuerkerben 11 gezeigt. Dabei entspricht die Fig. 6 a) der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3, während die Fig. 6 b) und 6 c) alternative Ausführungsformen zeigen. Die Fig. 6 b) zeigt dreieckförmige Zwischenräume und die Fig. 6 c) kreissegmentförmige Zwischenräume. Die Ausführungsformen nach den Fig. 5 und 6 a) bis 6 c) zeigen also Mittel an der Steuerkante 30 des Druckwaagekolbens 5, mit denen sich die Abhängigkeit des wirksamen Öffnungsquerschnitts beim Verschieben des Druckwaagekolbens 5 in vorteilhafter Weise beeinflussen läßt. Um besondere Öffnungs-Charakteristika zu erreichen, lassen sich die verschiedenen Möglichkeiten auch kombinieren.
In den Fig. 1 und 3 ist jeweils nur die eine Hälfte des Ventilgehäuses 1 und des Wegeventilkolbens 3 gezeigt. Aus der Symmetrie hinsichtlich der senkrechten Symmetrieachse S_s ergibt sich, daß auch in der nicht dargestelten zweiten Hälfte des Wegeventilkolbens 3 ein Druckwaagekolben 5 genau gleicher Bauart enthalten ist. Daraus folgt, daß beim hydraulischen Verbraucher mit zwei Arbeitsauschlüssen jedem der Arbeitsanschlüsse eine individuelle Druckwaage zugeordnet ist.

Claims

Wegeventil mit innenliegender Druckwaage, dessen Ventilgehäuse (1) eine Längsbohrung (2) aufweist, in die Ringkanäle (A, T, B, P, LS, E) eingestochen sind, bei dem in dieser Längsbohrung (2) ein Wegeventilkolben (3) axial verschiebbar ist, wobei dieser Wegeventilkolben (3) als mit einem ersten und einem zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch (21, 22) ausgestatteter Hohlschieber ausgebildet ist und eine Axialbohrung (4) aufweist, in der ein mit einer Steuerkante (30) ausgestatteter Druckwaagekolben (5) gegen eine Druckwaagefeder (6) axial verschiebbar ist, wobei der Druckwaagekolben (5) als Hohlschieber mit einem einen Innendurchmesser D_I aufweisenden Innenraum (7) ausgebildet ist und wenigstens einen Radialdurchbruch (31) aufweist, der so angeordnet ist, daß er dauernd mit dem zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch (22) in Verbindung steht, und außerdem Mittel vorhanden sind, durch die ein Druckwaagen-Federraum (24) dauernd mit dem Load-Sensing-Ringkanal (LS) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Radialdurchbruch (31) des Druckwaagekolbens (5) so angeordnet ist, daß durch diesen Radialdurchbruch (31) und den zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch (22) eine Verbindung vom Innenraum (7) zum Pumpendruck-Ringkanal (P) aufsteuerbar ist,

- daß der zweite Ventilkolben-Radialdurchbruch (22) eine Steuerkante darstellt, über die eine Verbindung vom Innenraum (7) zum Load-Sensing-Ringkanal (LS) aufsteuerbar ist, und

- daß unmittelbar an den zweiten Ventilkolben-Radialdurchbruch (22) eine Ringnut (41) anschließt, die in der Neutralstellung eine Verbindung vom Innenraum (7) zum Load-Sensing-Ringkanal (LS) herstellt.
Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilkolben-Radialdurchbruch (22) am Ende des Druckwaagekolbens (5) angeordnet ist.
Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (30) des Druckwaagekolbens (5) an jenem stirnseitigen Ende des Druckwaagekolbens (5) angeordnet ist, das dem stirnseitigen Ende des Druckwaagekolbens (5) gegenüber liegt, an dem die Druckwaagefeder (6) angreift und der Druck im Druckwaagen-Federraum (24) wirksam ist.
Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Wegeventilkolben (3) eine Druckentlastungsbohrung (40) angeordnet ist, durch die die Axialbohrung (4) des Wegeventilkolbens (3) und somit der Innenraum (7) des Druckwaagekolbens (5) mit dem Tankanschluß-Ringkanal (T) verbindbar ist, aber nur in der Neutralstellung des Wegeventils verbunden ist.
Wegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stirnfläche (12) der Axialbohrung (4) des Wegeventilkolbens (3) Mittel (13, 50, 51, 52) zur Umlenkung der Strömung angeordnet sind.
Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (13, 50,51, 52) zur Umlenkung der Strömung gebildet werden von einem sehr flachen Kegel (50), der den zentrische Teil der Stirnfläche (12) bildet, einer daran anschließenden Ringfläche (51), die parallel zu einer Symmetrieachse S_s liegt und übergeht in eine Rotationsellipsoid-Fläche (52), die eine Querschnittserweiterung (13) umgibt.
Wegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser D_I des Druckwaagekolben (5) so bemessen ist, daß die Fläche d_I ² · π/4 etwa das Drei- bis Fünffache der Fläche des Radialdurchbruchs 22 beträgt.
Wegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (30) am Druckwaagekolben (5) durch besondere Mittel so gestaltet ist, daß die Abhängigkeit des wirksamen Öffnungsquerschnitts beim Verschieben des Druckwaagekolbens (5) beeinflußbar ist.