EP1407086B1

EP1407086B1 - Hydraulische steueranordnung

Info

Publication number: EP1407086B1
Application number: EP02747163A
Authority: EP
Inventors: Edwin Harnischfeger
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP2004534188A; EP1407086A1; DE50204694D1; ATE307929T1; KR20040022221A; WO2003006753A1; DE10133616A1; US20040216455A1; US6938413B2; KR100897027B1; JP4204463B2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Steueranordnungen werden beispielsweise als Stabilisierungsmodul bei Radladern verwendet, um die beim Fahren auftretenden Nickschwingungen zu dämpfen. Aus der DE 197 54 828 C2 der Anmelderin ist ein Stabilisierungsmodul für Radlader bekannt, bei dem ein Ausleger über Hydrozylinder abgestützt ist. Während der Fahrt sind die in Abstützrichtung wirksamen Zylinderräume der Hydrozylinder mit einem Hydrospeicher verbunden. Zwischen den Zylinderräumen und dem Hydrospeicher ist eine Ventilanordnung mit einem Logikventil angeordnet, das in seiner Schließstellung die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher und den Hydrozylindern sperrt. Eine in Schließrichtung wirksame Stirnfläche eines Ventilkörpers des Logikventils lässt sich über ein elektrisch betätigtes Wegeventil entlasten, so dass das Logikventil durch den in Öffnungsrichtung wirksamen Druck im Hydrospeicher und in den Zylinderräumen der Hydraulikzylinder in seine Öffnungsstellung bringbar ist. Die stangenseitigen Ringräume der Hydrozylinder sind über ein weiteres Logikventil mit dem Tank verbunden.

Die Absicherung des Hydrospeichers gegen Drucküberhöhungen in den Hydrozylindern erfolgt über ein weiteres Wegeventil, das durch den Druck im Hydrospeicher in eine Schaltposition verstellbar ist, in der die in Schließrichtung wirksame Stirnfläche des Ventilkörpers mit dem Druck im Hydrospeicher beaufschlagbar ist, so dass das Logikventil in seine Sperrstellung zurückgefahren und der Hydrospeicher gegen Überlastung geschützt ist. In diesem Modus wird das elektrisch betätigte Wegeventil gegen die Kraft des Elektromagneten über ein Pilotventil in seine Grundstellung zurückgefahren.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass zur Absicherung des Hydrospeichers ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand mit einem über ein Pilotventil vorgesteuerten elektrisch betätigten Wegeventil, einem weiteren Wegeventil zur Absicherung und zwei den Zylinderräumen bzw. den Ringräumen der Hydraulikzylinder zugeordneten Logikventilen erforderlich ist. Problematisch ist es desweiteren, dass das Ansprechverhalten dieses bekannten Stabilisierungsmodus, insbesondere das Ansprechverhalten des dem elektrisch betätigbaren Wegeventil vorgeschalteten Pilotventils zu langsam ist um eine Überlastung des Hydrospeichers zu verhindern. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung liegt darin, dass das den Ringräumen der Hydraulikzylinder zugeordnete Logikventil beim Einfahren des Hydrozylinders geschlossen wird, so dass es aufgrund des Unterdrucks im Ringraum zu Kavitationserscheinungen kommen kann.

In der DE 39 09 205 C1 ist eine hydraulische Steueranordnung gezeigt, bei der im Fahrzustand einer Arbeitsmaschine die Zylinderräume der Hydrozylinder über ein elektrisch betätigbares Wegeventil mit einem Hydrospeicher und die stangenseitigen Ringräume der Hydrozylinder mit dem Tank verbunden sind. Zur Begrenzung des Druckes im Hydrospeicher ist zwischen diesen und den Hydrozylindern ein Druckminderventil angeordnet, über das der Druck im Hydrospeicher auf einen Maximalwert begrenzbar ist. Zwischen Druckminderventil und Hydrospeicher ist ein Rückschlagventil vorgesehen, über das eine Entladung des Hydrospeichers über das Druckminderventil verhindert ist. Dieses Druckminderventil ist in einer zu dem Hydrospeicher führenden Füllleitung angeordnet, an die auch andere Verbraucher angeschlossen sind. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen kann es vorkommen, dass diese anderen Verbraucher Druckspitzen erzeugen, die aufgrund einer zu trägen Reaktion des Druckminderventils in den Hydrospeicher weitergeleitet werden. Ein Abbau dieser Druckspitzen ist nicht möglich, so dass auch bei dieser Konstruktion eine Schädigung der Hydrospeicher nicht ausgeschlossen ist.

In der nachveröffentlichten Patentanmeldung WO 01/86153 (& DE 101 04 298.1), welche einen Stand der Technik im Sinne von Artikel 54(3) EPÜ darstellt, ist eine verbesserte Steueranordnung gezeigt, bei der im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Hydrozylinder und einem mit Druckbegrenzungsfunktion ausgeführten Ventil ein entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist, so dass der Hydrospeicher, beispielsweise bei einem zu trägen Ansprechen des mit einer Druckbegrenzungsfunktion versehenen Ventils über das entsperrbare Rückschlagventil mit dem zugeordneten Zylinderraum des Hydrozylinders verbunden ist, so dass eine Schädigung des Hydrospeichers praktisch ausgeschlossen ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist allerdings, dass ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um das Rückschlagventil mit den für die Entsperrung erforderlichen Steuerkanälen zu verschalten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Fahrschwingungen mobiler Arbeitsgeräte zu schaffen, durch die eine Schädigung eines Hydrospeichers mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand verhinderbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist in einem Leitungsabschnitt zwischen dem Hydrozylinder und dem Hydrospeicher ein Ventil mit Druckbegrenzungsfunktion angeordnet, in das ein Rückschlagventil integriert ist. Bei Überschreiten eines Grenzdruckes wird das Ventil in seine Druckbegrenzungsstellung gebracht, so dass der Druck im Hydrospeicher auf einen Maximaldruck begrenzt ist. Die Verbindung von einem der Zylinderräume zum Hydrospeicher erfolgt über das in das Ventil integrierte Rückschlagventil, wobei diese Verbindung in der Druckbegrenzungsfunktion zugesteuert ist. Durch das integrierte Rückschlagventil ist es möglich, über das Ventil in seiner Druckbegrenzungsfunktion den Hydrospeicher zum Tank hin zu entlasten, so dass dann, wenn beispielsweise durch andere Verbraucher verursachte Druckspitzen in den Hydrospeicher gelangen, diese schnellstmöglich abgebaut werden. Die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Steueranordnung ist somit gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich verbessert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass aufgrund der Integration des Rückschlagventils in das Ventil der vorrichtungstechnische Aufwand bei überlegener Funktion geringer als beim Stand der Technik ist.

Das die Druckbegrenzungsfunktion ermöglichende Ventil wird mit einem oder zwei Arbeitsanschlüssen ausgeführt, die mit dem Boden des Hydrozylinders bzw. mit dem die Kolbenstange aufnehmenden Raum des Hydrozylinders verbunden sind, wobei das Rückschlagventil in einem Ventilkörper, vorzugsweise einem Ventilschieber des Ventils aufgenommen ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Ventilkörper in Druckbegrenzungsrichtung von einer Feder und dem Druck im Speicher und in der Gegenrichtung von einer weiteren Feder und - je nach Position des Ventilkörpers - vom Tankdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mit Druckmittel beaufschlagten Stirnflächen des Ventilkörpers mit unterschiedlichen wirksamen Flächen ausgebildet. Dazu ist in einem Endabschnitt des Ventilkörpers ein Messkolben geführt, der mit einem aus dem Ventilkörper vorstehenden Endabschnitt an einem Gehäuse des Ventils abgestützt ist. Durch Relativverschiebung des Ventilkörpers mit Bezug zum Messkolben kann eine Verbindung zwischen dem Speicheranschluss und einem Druckraum aufgesteuert werden, der durch die vom Messkolben durchsetzte Stirnfläche des Ventilkörpers begrenzt ist, so dass diese Stirnfläche mit dem Speicherdruck beaufschlagt ist.

Bei einer besonders einfach herzustellenden Variante ist der Messkolben in einer Axialsacklochbohrung des Ventilkörpers geführt, die über in Radialrichtung verlaufende Bohrungen mit dem Speicheranschluss verbunden ist.

Der fertigungstechnische Aufwand lässt sich weiter verringern, wenn diese Axialsacklochbohrung in einem ein- oder mehrteiligen Einsatzteil ausgebildet ist, das in den Endabschnitt des Ventilkörpers eingesetzt wird.

Dem die Druckbegrenzungs-/Druckminderfunktion aufweisenden Ventil ist ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigbares Wegeventil zugeordnet, über das die als Steuerflächen wirksamen Stirnflächen des Ventilkörpers mit dem Speicherdruck bzw. dem Tankdruck beaufschlagbar sind.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist im Druckmittelpfad zwischen dem Hydrospeicher und dem Ventil ein weiteres Druckbegrenzungsventil vorgesehen, über das der Druck im Hydrospeicher begrenzt ist.

Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der das die Druckbegrenzungsfunktion aufweisende Ventil nur mit einem Arbeitsanschluss versehen ist, über den die Bodenseite des Hydrozylinders mit dem Speicheranschluss verbunden ist, kann die erfindungsgemäße Steueranordnung mit einem Stellventil ausgeführt werden, über das der stangenseitige Raum des Hydrozylinders mit dem Tank verbunden werden kann.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steueranordnung;

Figur 2 eine Schnittdarstellung durch ein Ventil der Steueranordnung aus Figur 1;

Figur 3 eine vergrößerte Detaildarstellung des Ventils aus Figur 2 und

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steueranordnung mit einem gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen einfacher aufgebauten Ventil mit Druckbegrenzungsfunktion.

In Figur 1 ist ein vereinfachtes Schaltschema einer Steueranordnung zur Ansteuerung eines einen Ausleger eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Radladers, abstützenden Hydraulikzylinders, im folgenden Hubzylinder 2 genannt, dargestellt. Dieser ist über einen strichpunktiert angedeuteten Ladersteuerblock 4 mit einer Hydropumpe 6 oder einem Tank T verbindbar.

Die dargestellte Steueranordnung hat eine ebenfalls strichpunktiert angedeutete Dämpfungsventilanordnung 8, über die während der Fahrt des Radladers auftretende Schwingungen, beispielsweise Nickschwingungen gedämpft werden. Diese Dämpfungsventilanordnung 8 ist derart ausgelegt, dass während des Fahrtzustandes der Hubzylinder 2 mit einem Hydrospeicher 10 verbunden ist, so dass der Hubzylinder 2 in Abstützrichtung von dem Druck im Hydrospeicher 10 beaufschlagt ist.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ladersteuerblock 4 einen Druckanschluss P, an den die Hydropumpe 6 angeschlossen ist. Zwei Arbeitsanschlüsse A, B des Ladersteuerblocks 4 sind über die Dämpfungsventilanordnung 8 mit einem Zylinderraum 12 bzw. einem stangenseitigen Ringraum 14 des Hydrozylinders 2 verbindbar. Der Tank T ist an einen Tankanschluss S angeschlossen.

Der Ladersteuerblock 4 hat ein als 4/3-Wegeventil ausgeführtes elektrisch betätigbares Steuerventil 16, das in seiner federvorgespannten Grundstellung die Arbeitsanschlüsse A, B gegenüber dem Druckanschluss P und dem Tankanschluss S absperrt.

In einer ersten Schaltstellung a wird zum Ausfahren des Hydrozylinders 2 der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B und der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss S verbunden, so dass Druckmittel in den Zylinderraum 12 und vom Ringraum 14 zum Tank T gefördert wird. In der weiteren Schaltstellung b wird zum Einfahren des Hydrozylinders 2 der Arbeitsanschluss A mit dem Druckanschluss P und der Tankanschluss S mit dem Arbeitsanschluss B verbunden.

Zur Begrenzung des am Arbeitsanschluss B wirksamen Druckes hat der Ladersteuerblock 4 ein Druckbegrenzungsventil 18, über das bei Überschreiten eines Maximaldruckes, beispielsweise 330 bar, der Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss S verbindbar ist.

Die Dämpfungsventilanordnung 8 hat zwei mit den Arbeitsanschlüssen A, B verbundene Eingangsanschlüsse R, U, einen Tankanschluss T und einen Speicheranschluss P'. Die beiden Eingangsanschlüsse R, U sind über Kanäle 20, 22 mit den Eingangsanschlüssen eines Regelventils 24 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse des Regelventils 24 sind an den Tankanschluss T bzw. einen Speicheranschluss P' angeschlossen. Der Ventilschieber des Regelventils 24 ist durch zwei Federn 26, 28 in seine dargestellte Grundposition vorgespannt, in der die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss R und dem Tankanschluss T abgesperrt ist und die Verbindung vom Arbeitsanschluss U zum Speicheranschluss P' in Richtung zum Hydrospeicher 10 geöffnet ist. Die Druckmittelströmung in Gegenrichtung, d.h. vom Hydrospeicher 10 in Richtung zum Verbraucheranschluss U und damit zum Boden des Zylinders ist durch ein Rückschlagventil 30 abgesperrt. Dieses ist in das Regelventil 24 integriert.

Die Dämpfungsventilanordnung 8 hat des weiteren ein Wegeventil 32, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel elektromagnetisch betätigbar ist. In einer federvorgespannten Grundposition verbindet das Wegeventil 32 einen an den Tankanschluss T angeschlossenen Steuerkanal 34 mit einem Steuerraum des Regelventils 24, der durch die in Figur 1 linke Stirnfläche des Ventilschiebers des Regelventils 24 begrenzt ist, so dass in der dargestellten Schaltposition des Wegeventils 32 der Tankdruck in Richtung der Feder 26 auf den Ventilschieber wirkt. Über einen weiteren Steuerkanal 36 wird der Druck am Speicheranschluss P' abgegriffen und in einen in Gegenrichtung wirksamen Steuerraum des Regelventils 24 geführt, so dass der resultierende Druck in Richtung der weiteren Feder 28 (rechts in Figur 1) wirkt. Bei Umschalten des Wegeventils 32 wird der mit dem Tankanschluss T verbundene Teil des Steuerkanals 34 abgesperrt und der sich zwischen dem Wegeventil 32 und dem Regelventil 24 erstreckende Teil des Steuerkanals 34 mit dem weiteren Steuerkanal 36 verbunden, so dass beide Stirnflächen des Ventilschiebers des Regelventils 24 mit dem Speicherdruck beaufschlagt sind. Wie im folgenden noch näher ausgeführt, hat die in Figur 1 rechte Stirnfläche des Ventilschiebers des Regelventils 24 eine geringere wirksame Fläche als die linke Stirnfläche, so dass in der vorgenannten Schaltposition des Wegeventils 32 der Ventilschieber des Regelventils 24 nach rechts bewegt wird, so dass die Verbindung zwischen dem Anschluss R und dem Tankanschluss T sowie die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss U und dem Speicheranschluss P' aufgesteuert werden - der Hubzylinder 2 wird durch den im Hydrospeicher 10 wirkenden Druck abgestützt.

Die Dämpfungsventilanordnung 8 hat des weiteren noch ein Druckbegrenzungsventil 38, über das der Druck im Hydrospeicher 10 auch bei umgeschaltetem Wegenventil 32 auf einen Maximalwert begrenzt ist.

Es sei angenommen, dass bei Inbetriebnahme des Radladers die am Ausleger angelenkte Schaufel auf dem Boden aufliegt. Nach dem Starten des Motors wird das Steuerventil 16 in seine mit a bezeichnete Schaltposition gebracht, so dass der bodenseitige Zylinderraum 12 des Hubzylinders 2 über die Pumpe 6 mit Druckmittel versorgt wird, während der stangenseitige Ringraum 14 mit dem Tank T verbunden ist - der Hubzylinder 2 fährt aus und die Schaufel wird vom Boden abgehoben. Der Zylinderraum 12 ist über den Kanal 22, das in.seiner dargestellten Grundposition befindliche Regelventil 24 sowie das Rückschlagventil 30 mit dem Hydrospeicher 10 verbunden. Der Tragedruck des Hubzylinders 2 beträgt im unbeladenen Zustand - je nach Schaufelgewicht - etwa 30 bis 50 bar.

Steigt dieser Druck aufgrund der Beladung der Schaufel beim Arbeitseinsatz an, so wird der Ventilschieber des Regelventils 24 aus seiner federvorgespannten Grundposition durch den im Steuerkanal 36 herrschenden Steuerdruck, der dem Druck im Hydrospeicher entspricht in eine Regelposition mit Druckreduzierfunktion verschoben, in der der zum Hydrospeicher 10 geführte Druck auf einen Grenzwert, beispielsweise 120 bar reduziert wird. In dieser Druckreduzierfunktion wird die Verbindung vom Eingangsanschluss U zum Speicheranschluss P' zugesteuert. Der in Richtung der Feder 26 wirksame Steuerdruck im Kanal 32 ist gleich dem Tankdruck, da sich das Wegeventil 32 sich noch in seiner dargestellten Grundposition befindet.

Ein Füllen des Hydrospeicher 10 über den in der Druckreduzierfunktion eingestellten Druck hinaus ist nicht möglich, da sich das Regelventil 24 dann in der dargestellten Sperrposition befindet.

Für den Fall, dass der Druck im Hyrospeicher 10 aufgrund von Wechselwirkungen mit anderen Verbrauchern, Schwingungen, Temperaturänderungen etc. weiter über den vorgenannten Grenzwert von beispielsweise 120 bar hinaus ansteigt, kann das Regelventil 24 durch den entsprechenden Druck im Kanal 36 in eine Druckbegrenzungsposition (rechts in Figur 1) gebracht werden, in der der Hydrospeicher 10 mit dem Tank verbunden ist, so dass eine Maximaldruckbegrenzung auf beispielsweise 150 bar realisiert ist.

Auf diese Weise ist ein Entlastungsschlag durch einen überhöhten Maximaldruck im Hydrospeicher 10 bei einem kleineren Druck im Hydrozylinder 12 und beim Ansteuern des Magnetventils 32 mit minimalem Aufwand verhindert.

Für den Fall, dass der Druck im Zylinderraum 12 unter 120 bar absinkt, verhindert das Rückschlagventil 30 ein Entspannen des Druckes im Hydrospeicher 10.

Falls der Radlader nunmehr zur Arbeitsstelle gefahren wird, wird zunächst das Steuerventil 16 in seine mittlere Neutralposition gebracht, in der die Anschlüsse A, B und P, S gegeneinander abgesperrt sind. Desweiteren wird das Wegeventil 32 umgeschaltet, so dass beide Steuerflächen des Regelventils 24 mit dem Speicherdruck beaufschlagt sind.

Aufgrund der Stirnflächendifferenz wird der Ventilschieber dann in der Darstellung gemäß Figur 1 nach rechts verschoben, so dass die Anschlüsse U und P' sowie R und T' aufgesteuert werden, d.h. der Ringraum 14 ist dann mit dem Tank verbunden, während der bodenseitige Zylinderraum 12 mit dem Hydrospeicher 10 verbunden ist.

Der Hubzylinder 2 wird durch den Druck im Speicher 10 in seiner Stützstellung gehalten. Da der Hydrospeicher 10 beim Einschalten des Systems immer mit Druck beaufschlagt ist, wird ein Absinken des Auslegers zuverlässig verhindert. Die Druckbegrenzungsfunktion des Regelventils 24 wird im Fahrzustand durch das Druckbegrenzungsventil 38 übernommen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind die Druckminder- und Druckbegrenzungsfunktionen des Regelventils 24 in einem einzigen Ventil zusammengefasst, dessen Aufbau anhand von Figur 2 beschrieben wird.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Regelventils 24 der Dämpfungsventilanordnung 8. Das Regelventil 24 hat ein Gehäuse 40, das von einer Ventilbohrung 42 durchsetzt ist. Die stirnseitigen Endabschnitte der Ventilbohrung 42 sind durch Verschlusskappen 44 geschlossen. In der Ventilbohrung 42 ist der bereits vorstehend genannte Ventilschieber 46 geführt, der über die Federn 26, 28 in seine Grundposition vorgespannt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Federn 26, 28 in einem gemeinsamen Federraum 47 aufgenommen. Die Feder 26 wirkt dabei als Druckfeder, die den Ventilschieber 46 nach rechts (Figur 2) beaufschlagt, während die Feder 28 den Ventilschieber 46 in Gegenrichtung beaufschlagt. Hierzu ist in den in Figur 2 linke Stirnflächen des Ventilschiebers 46 eine Anschlagschraube 48 eingeschraubt, deren Kopf axial verschiebbar in einem tassenförmigen Federteller 50 geführt ist. Dieser wird über die an einer Schulter des Gehäuses 40 abgestützte Feder 28 gegen die Verschlusskappe 44 vorgespannt. In der Figur 2 dargestellten Grundposition liegt der Kopf der Anschlagschraube 48 am Federteller 50 an, so dass eine Axialverschiebung des Ventilschiebers 46 nach rechts (Figur 2) nur gegen die Kraft der Feder 28 möglich ist. Bei einer derartigen Axialverschiebung des Ventilschiebers 46 wird der Federteller 50 von der Verschlusskappe 44 abgehoben. Die Feder 26 ist ebenfalls am Federteller 50 abgestützt.

Im Gehäuse 40 sind vier Ringräume 52, 54, 56, und 58 ausgebildet, wobei der Ringraum 52 mit dem Tankanschluss T, der Ringraum 54 mit dem stangenseitigen Anschluss R, der Ringraum 56 mit dem bodenseitigen Anschluss U und der Ringraum 58 mit dem Speicheranschluss P' verbunden sind.

Der Ventilschieber 46 hat im Bereich des Ringraums 52 eine Ringnut 60, durch die eine Steuerkante 62 ausgebildet ist. Im Bereich des Ringraums 56 ist eine weitere Ringnut 64 vorgesehen, über die eine Steuerkante 66 ausgebildet ist.

In den in Figur 2 rechten Endabschnitt des Ventilschiebers 46 ist ein Einsatzteil 68 mit einem Messkolben 70 und dem Rückschlagventil 30 eingesetzt. Ein aus dem Ventilschieber 46 axial vorstehender Endabschnitt des Messkolbens 70 liegt an der rechten Verschlusskappe 44 an.

Der in Figur 2 rechte Teil des Ventilschiebers 46 mit dem mehrteiligen Einsatzteil 68 in dem Messkolben 70 wird anhand der vergrößerten Darstellung in Figur 3 erläutert. Der Ventilschieber 46 hat eine in der in Figur 3 rechten Stirnfläche mündende Bohrung 72, die in einen Kanal 74 übergeht. Dieser endet in einer Querbohrung, die im Grund der Ringnut 64 mündet.

Die Bohrung 72 ist zum Kanal 74 hin radial zurückgestuft, wobei die an den Kanal 74 angrenzende Stirnfläche als Ventilsitz 78 für einen Schließkörper 80 des Rückschlagventils 30 ausgebildet ist. Der an den Ventilsitz 78 angrenzende Raum ist über Mantelbohrungen 82 des Ventilschiebers 46 mit dem Ringraum 58 verbindbar, so dass Druckmittel bei vom Ventilsitz 78 abgehobenem Schließkörper 80 über die Querbohrungen 76, den Kanal 74 und die Mantelbohrungen 82 zum Speicheranschluss P' strömen kann.

Das Einsatzteil 68 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgeführt und in die Bohrung 72 eingeschraubt. Bei der dargestellten Variante hat das Einsatzteil 68 ein Mittelstück 84 und ein Endstück 86, wobei dieses mit einer Schulter auf der in Figur 3 rechten Stirnfläche des Ventilschiebers 46 aufliegt. Mittelstück 84 und Endstück 86 werden von einer Axialsacklochbohrung 88 durchsetzt, in der der Messkolben 70 geführt ist.

Das Mittelstück 84 wird des weiteren von einer Verbindungsbohrung 90 durchsetzt, die einerseits in der Axialsacklochbohrung 88 und andererseits in Durchbrüchen 92 mündet. Über die Durchbrüche 92 im Ventilschieber 46 und die Verbindungsbohrung 90 ist die Axialsacklochbohrung 88 mit dem Ringraum 58 verbunden.

In der den Verbindungsbohrungen 90 zuweisenden Stirnfläche des Messkolbens 70 mündet eine Innenbohrung 94, die mit einem den Messkolben 70 in Radialrichtung durchsetzenden Radialschenkel 96 am Außenumfang des Messkolbens 70 mündet. Diese Radialschenkel sind in der dargestellten Grundposition durch die Umfangswandung der Axialsacklochbohrung 88 geschlossen.

Am Mittelstück 84 ist ein Gehäusekörper 98 des Rückschlagventils 30 abgestützt, in dem der Schließkörper 80 während des Abhebens geführt ist und in dem die den Schließkörper 80 gegen den Ventilsitz 78 vorspannende Schließfeder 100 gelagert ist.

Am Außenumfang des Mittelstücks 84 ist eine Dichtung vorgesehen, so dass entlang des Außenumfangs des Mittelstücks keine Leckage auftreten kann.

Der an das Endstück 86 angrenzende Steuerraum 102 ist über einen gestrichelt angedeuteten Tankkanal 104 mit dem Tankanschluss verbunden, so dass in der dargestellten Position der Steuerraum 102 mit Tankdruck beaufschlagt ist.

Das in Figur 1 dargestellte Wegeventil 32 sowie das Druckbegrenzungsventil 38 können ebenfalls in dem Gehäuse 40 des Regelventils 24 aufgenommen sein.

Der Federrraum 47 kann über das in das Gehäuse 40 integrierte Wegeventil 32 entweder mit dem Tankdruck oder mit dem Speicherdruck beaufschlagt werden.

Der im Mittelstück 84 angeordnete Boden 106 (siehe Figur 3) der Axialsacklochbohrung 88 ist über die Verbindungsbohrungen 90, den Durchbruch 92 und den Ringraum 58 mit dem Speicheranschluss P' verbunden, so dass eine entsprechende Druckkraftresultierende in der Darstellung gemäß Figur 3 nach links auf den ventilschieber wirkt. D.h. in der Grundposition des Wegeventils 32 liegt im Federraum 47 und im Steuerraum 102 der Tankdruck an, während der Boden 106 mit dem Speicherdruck beaufschlagt ist. Bei einem vorbestimmten Druck im Hydrospeicher 10 befindet sich der Ventilschieber 46 in seiner in Figur 2 dargestellten Grundposition, in der die Verbindung zwischen dem stangenseitigen Anschluss R und dem Tankanschluss T abgesperrt ist, während die Verbindung vom bodenseitigen Anschluss U zum Speicheranschluss P' über das Rückschlagventil 30 geöffnet ist. In Gegenrichtung sperrt das Rückschlagventil 30 die Verbindung zwischen Speicheranschluss P' und Anschluss U ab.

Bei Druckerhöhung am Speicheranschluss P' wird durch die auf den Boden 106 wirksame Druckkraft Resultierende der Ventilschieber 46 aus der Grundposition gemäß Figur 2 nach links verschoben, wobei der Messkolben 70 durch den Druck in der Axialsacklochbohrung weiter gegen die Verschlusskappe 44 vorgespannt ist. Während dieser Axialverschiebung wird durch eine Steuerkante 108 (Figur 2) des Ringraumes 58 die Mantelbohrung 82 zugesteuert, so dass die Verbindung zwischen den Anschlüssen U und P' zugesteuert wird - das Regelventil 24 befindet sich in seiner Druckminderfunktion. Bei einer weiteren Axialverschiebung des Ventilschiebers 46 ist die letztgenannte Verbindung vollständig abgesperrt und die Radialschenkel 96 des Messkolbens 70 werden durch die stirnseitige Umfangskante der Axialsacklochbohrung 88 aufgesteuert, so dass der Steuerraum 102 über die Radialschenkel 96, die Innenbohrung 94, den sich daran anschließenden Teil der Axialsacklochbohrung 88, die Verbindungsbohrungen 90 und die Durchbrüche 92 mit dem Speicheranschluss P' verbunden ist - der Druck im Hydrospeicher 10 kann dann über diesen Druckmittelpfad zum Tank hin abgebaut werden - das Regelventil befindet sich in seiner Druckbegrenzungsfunktion.

Im Fahrbetrieb wird - wie eingangs erwähnt - das Wegeventil 32 umgeschaltet, so dass sowohl im Federraum 47 als auch auf den Boden 106 der Speicherdruck wirkt. Der Steuerraum 102 ist mit dem Tank verbunden. Aufgrund der Stirnflächendifferenz wird der Ventilschieber 46 aus seiner in Figur 2 dargestellten Grundposition nach rechts verschoben, so dass die Verbindung zwischen den Anschlüssen R und T sowie U und P' durch die Steuerkanten 62 bzw. 66 aufgesteuert wird - der Hubzylinder 2 wird durch den Druck im Hydrospeicher 10 abgestützt. Eventuell auftretende Druckspitzen können über die Druckbegrenzungsventile 38 oder 18 zum Tank hin abgebaut werden. Das Rückschlagventil 30 hat in dieser Betriebsposition keine Wirkung.

Selbstverständlich kann die Kanalführung im Bereich des Rückschlagventils 30 und des Messkolbens 70 auch auf andere Weise als in den Figuren 2 und 3 dargestellt erfolgen. So können beispielsweise anstelle der Radialdurchbrüche Schrägbohrungen verwendet werden. Die Federn 28, 26 können in getrennten Federräumen (Feder 26 im Federraum 47, Feder 28 im Steuerraum 102) aufgenommen sein.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der stangenseitige Ringraum 14 des Hubzylinders 2 über das Regelventil 24 mit dem Tank verbunden.

In Figur 3 ist eine Variante dargestellt, bei der das Regelventil 24 lediglich mit drei Anschlüssen vorgesehen ist, wobei in Abhängigkeit von der Stellung des Regelventils 24 der bodenseitige Zylinderraum 12 des Hubzylinders 2 - wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - entweder mit dem Hydrospeicher 10 oder mit dem Tank verbindbar oder absperrbar ist. Die Verbindung des stangenseitigen Ringraums 14 mit dem Tank T erfolgt über ein Stellventil 110, das bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Nachsaugfunktion ausgeführt ist. In seiner federvorgespannten Grundposition ist die Verbindung vom Kanal 20 zu einem Tankkanal 112 durch das Stellventil 110 abgesperrt, während bei einer Unterversorgung eine Druckmittelströmung vom Tank zum Kanal 20 und somit zum Ringraum 14 über das integrierte Rückschlagventil des Stellventils 110 ermöglicht ist. Bei Ansteuerung des Stellventils 110 wird der. Kanal 20 direkt mit dem Tankkanal 112 verbunden, so dass das Druckmittel vom Ringraum 14 zum Tank hin abströmen kann.

Das Wegeventil 32 verbindet in seiner Grundposition den an den Tankanschluss T angeschlossenen Steuerkanal 34 mit dem an die linke Stirnfläche des Ventilschiebers 46 angrenzenden Steuerraum, während auf die in Gegenrichtung wirksame Steuerfläche des Ventilschiebers über den Steuerkanal 36 mit dem Druck im Hydrospeicher 10 beaufschlagt ist. Beim Umschalten des Wegeventils 32 sind beide Steuerflächen mit dem Druck im Hydrospeicher 10 beaufschlagt, so dass der Ventilschieber nach rechts in seine Öffnungsposition gebracht wird, in der die Anschlüsse U und P' direkt miteinander verbunden sind. Im übrigen entspricht das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Fahrschwingungen eines mobilen Arbeitsgerätes, mit einem ein Arbeitswerkzeug abstützenden Hubzylinder, dessen Zylinderräume über eine Steuerventilanordnung mit einer Druckmittelquelle oder einem Tank verbindbar sind. Die hydraulische Steueranordnung hat eine Dämpfungsventilanordnung mit einem Regelventil, in das ein Rückschlagventil integriert ist, über das ein bodenseitiger Raum des Hubzylinders mit einem Hydrospeicher verbindbar ist. In der Druckbegrenzungsfunktion kann der Speicher mit einem Tank verbunden werden, so dass der Speicherdruck auf einen Maximalwert begrenzt ist.

Bezugszeichenliste

2: Hubzylinder
4: Ladersteuerblock
6: Pumpe
8: Dämpfungsventilanordnung
10: Hydrospeicher
12: Zylinderraum
14: Ringraum
16: Steuerventil
18: Druckbegrenzungsventil
20: Kanal
22: Kanal
24: Regelventil
26: Feder
28: Feder
30: Rückschlagventil
32: Wegeventil
34: Steuerkanal
36: weitere Steuerkanäle
38: Druckbegrenzungsventil
40: Gehäuse
42: Ventilbohrung
44: Verschlusskappen
46: Ventilschieber
47: Federraum
48: Anschlagschraube
50: Federteller
52: Ringraum
54: Ringraum
56: Ringraum
58: Ringraum
60: Ringnut
62: Steuerkante
64: Ringnut
66: Steuerkante
68: Einsatzteil
70: Messkolben
72: Bohrung
74: Kanal
76: Querbohrung
78: Ventilsitz
80: Schließkörper
82: Mantelbohrungen
84: Mittelstück
86: Endstück
88: Axialsacklochbohrung
90: Verbindungsbohrung
92: Durchbruch
94: Innenbohrung
96: Radialschenkel
98: Gehäusekörper
100: Schließfeder
102: Steuerraum
104: Tankkanal
106: Boden
108: Steuerkante
110: Stellventil
112: Tankkanal

Claims

Hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Fahrschwingungen eines mobilen Arbeitsgerätes, mit einem ein Arbeitswerkzeug abstützenden Hydrozylinder (2), dessen Zylinderräume (12, 14) über eine Steuerventilanordnung (4) mit einer Druckmittelquelle (6, 10) oder einem Tank (T) verbindbar sind, und mit einer Dämpfungsventilanordnung (8) zur Verbindung eines Zylinderraums (12) mit einem Hydrospeicher (10) und eines anderen Zylinderraumes (14) mit dem Tank (T), wobei die Dämpfungsventilanordnung (8) ein Ventil (24) zur Beeinflussung des Drucks im Hydrospeicher (10) und ein Rückschlagventil (30) zur Verhinderung einer Rückströmung des Druckmittels vom Hydrospeicher (10) zum Zylinderraum (12) hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (24) eine Druckbegrenzungsfunktion hat, über die bei Überschreiten eines Grenzdruckes eine Verbindung zwischen dem Hydrospeicher (10) und dem Tank (T) aufsteuerbar ist, und dass das Rückschlagventil (30) in einem Kanal (74,82) des Ventils (24) angeordnet ist, über den der mit einem Zylinderraum verbundene Anschluss (U) mit einem mit dem Hydrospeicher (10) verbundenen Speicheranschluss (P') verbindbar ist, wobei der Kanal (74, 82) bei einer Ansteuerung des Ventils (24) in Richtung der Druckbegrenzungsfunktion zusteuerbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei das Ventil (24) einen Tankanschluss, einen mit dem bodenseitigen Zylinderraum (12) des Hubzylinders (2) verbundenen Anschluss, einen Speicheranschluss oder die vorgenannten Anschlüsse und einen weiteren mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum (14) des Hydrozylinders (2) verbundenen Arbeitsanschluss hat und der Kanal (74, 82) mit dem Rückschlagventil (30) in den Ventilkörper (46) integriert ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei der Ventilkörper (46) in Druckbegrenzungsrichtung von einer Feder (28) und dem Druck im Speicher und in Gegenrichtung von einer weiteren Feder (26) sowie dem Tankdruck oder dem Speicherdruck beaufschlagbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 3, wobei in einer in Druckbegrenzungsrichtung wirksame Stirnfläche des Ventilkörpers (46) ein Messkolben (70) geführt ist, der mit einem Endabschnitt an einem Gehäuse (40) des Ventils (24) abgestützt ist und über den eine Verbindung zwischen dem Speicheranschluss und einem an die Stirnfläche angrenzenden Steuerrarum (102) aufsteuerbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei der Messkolben (70) in einer Axialsacklochbohrung (88) des Ventilkörpers (46) geführt ist, die über Bohrungen (90, 92) mit einem dem Speicheranschluss zugeordneten Ringraum (58) verbunden ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5, wobei der Kanal (74, 82) im Axialabstand zu den Bohrungen (90, 92) in dem Ringraum (58) mündet, wobei der Mündungsbereich beim Verschieben des Ventilkörpers (46) in Druckbegrenzungsrichtung zusteuerbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der Ventilkörper (46) ein ein- oder mehrteiliges Einsatzteil (68) hat, in dem die Axialsacklochbohrung (88) und zumindest ein Abschnitt der Bohrungen (90, 92) ausgebildet ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, wobei dem Ventil (24) ein vorzugsweise elektromagnetisch betätigbares Wegeventil (32) zugeordnet ist, über das in einer Schaltposition Steuerflächen des Ventilkörpers mit dem Speicherdruck beaufschlagbar sind, während in einer federvorgespannten Grundposition des Wegeventils (32) eine in Öffnungsstellung wirksame Steuerfläche des Ventils (24) mit dem Tankdruck beaufschlagt ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen Hydrospeicher (10) und Ventil (24) ein Druckbegrenzungsventil (38) vorgesehen ist, über das der Druck im Hydrospeicher (10) begrenzbar ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Stellventil (110), über das der andere Zylinderraum (14) mit dem Tank verbindbar ist.