EP1706649B1 - Hydraulische steueranordnung - Google Patents

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Publication number
EP1706649B1
EP1706649B1 EP04802911A EP04802911A EP1706649B1 EP 1706649 B1 EP1706649 B1 EP 1706649B1 EP 04802911 A EP04802911 A EP 04802911A EP 04802911 A EP04802911 A EP 04802911A EP 1706649 B1 EP1706649 B1 EP 1706649B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
drain
control
consumer
accordance
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP04802911A
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English (en)
French (fr)
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EP1706649A1 (de
Inventor
Armin Stellwagen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1706649A1 publication Critical patent/EP1706649A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1706649B1 publication Critical patent/EP1706649B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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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
    • 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
    • F15B13/0416—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor with means or adapted for load sensing
    • F15B13/0417—Load sensing elements; Internal fluid connections therefor; Anti-saturation or pressure-compensation valves
    • F15B13/0418—Load sensing elements sliding within a hollow main valve spool
    • 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
    • F15B11/044—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the return line, i.e. "meter out"
    • F15B11/0445—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the return line, i.e. "meter out" with counterbalance valves, e.g. to prevent overrunning or for braking
    • 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
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/31—Directional control characterised by the positions of the valve element
    • F15B2211/3144—Directional control characterised by the positions of the valve element the positions being continuously variable, e.g. as realised by proportional valves
    • 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
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/505—Pressure control characterised by the type of pressure control means
    • F15B2211/50509—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means
    • F15B2211/50518—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means using pressure relief valves
    • 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
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/555—Pressure control for assuring a minimum pressure, e.g. by using a back pressure valve

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • Such hydraulic control arrangements in which a pump is set in response to the highest load pressure of each actuated hydraulic consumers so that the pump pressure is a predetermined pressure difference above the highest load pressure, are also referred to as LS systems.
  • the basic principle of such LS controls is, for example, in DE 199 04 616 A1 described by the applicant, so that these explanations are dispensable.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic control arrangement, with a vibration-free control of consumers is made possible even at low pressure medium flow rates.
  • a drainage valve is arranged in the course of a hydraulic consumer, via which a branch line leading to the tank upstream or upstream of the flow cross-section can be opened.
  • D. h. In a first stroke range of a spool of a Directional valve of the hydraulic control arrangement, the returning pressure medium is not passed through a réelle Kunststoffnut the spool but via the controlled by the drainage valve cross-section, which takes over the throttling of the return flow.
  • the drainage valve can be very easily adapted to the low pressure medium flow rates, so that the control of the consumer at low speeds vibration-free is possible.
  • a blocking device or the like is provided downstream or upstream of the drainage dam, via which the drain branch line can be shut off during a predetermined stroke of the spool valve of the directional control valve. This ensures that, for example, in the closed position of the spool valve or during an initial stroke, the drainage valve can open the outlet cross-section, so that the control of the consumer takes place solely via the cross-sections opened or closed by the spool valve.
  • this locking device is integrated to shut off the drain branch line in the directional control valve and formed by a control edge of the spool this way valve.
  • control arrangement can be further simplified, although the backup valve and the drain branch line in the directional control valve, preferably in the control slide are integrated.
  • the drainage damper is by a formed by a spring against a valve seat biased closing body, for example, a ball.
  • the load pressure is tapped at the associated load via a load reporting channel, which passes through an end portion of the spool.
  • this load signaling channel and a part of the flow branch line extending in the control slide are arranged offset in parallel and laterally to the valve axis in the control slide.
  • a sleeve can also be used in the control slide, in the axis of which the drain branch line runs, while the load signaling channel is formed by one or more longitudinal grooves provided on the outer circumference of the sleeve.
  • a drain valve can be assigned to each working port of the directional control valve.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a continuously adjustable directional control valve 1 of an LS control arrangement.
  • a metering orifice is formed on the one hand, via which the pressure medium flow rate is set to the consumer. Furthermore, this directional valve determines the direction of the pressure fluid flow to and from the consumer and thus the direction of movement.
  • the metering orifice is preceded or followed by an individual pressure compensator, whereby in the case of downstream pressure compensators one speaks of a LUDV system and, in the case of upstream pressure compensators, a conventional LS system which does not allow any load pressure-independent flow distribution (LUDV).
  • the LUDV control represents a special case of an LS control.
  • the pressure medium flowing from the consumer is throttled at low pressure medium volume flows via a drainage damper 57, 86 in order to prevent pressure fluctuations.
  • the directional control valve 1 shown in Figure 1 is received in a valve disc 2 of a valve block of a mobile implement, such as an excavator.
  • the valve disc 2 has a valve bore 4, in which a spool 6 is biased via not shown, the front side engaging valve springs in a neutral position.
  • a pressure port P, two working ports A, B, a tank port T and a LS port LS are formed.
  • the valve bore 4 is radial to annular spaces (from left extended to the right in Figure 1) 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 and 22, wherein the annular spaces 8, 10, 12 control oil chambers, the two annular spaces 14, 20 tank spaces, the annulus 18 a pressure chamber and the space 16th a consumer space and the space 20 should also be a consumer space, the LS connection (control oil chambers 8, 10, 12) the tank connection (tank spaces 14, 22), the working ports A, B (discharge space 16, flow space 20) and the pressure port P Are assigned (pressure chamber 18).
  • the control slide 6 has axially spaced control grooves, through which two control collars 24, 26 formed in the central region, two end guide collars 28, 30 and a tank collar 32 are formed.
  • control edges 34, 36 are formed, which are each designed with fine control notches 38.
  • the connection of P to A or P to B can be controlled in the axial displacement of the spool 6. In the illustrated neutral position of the spool this connection is shut off.
  • tank control edges 40, 42 are provided, which are also provided with fine control notches 44 (see Figure 2). In the illustrated neutral position, the connection from T to A or from T to B is shut off by the tank control edges 40, 42.
  • the tank collar 32 has an LS control edge 46, via which the connection from the tank space 14 to the control oil chamber 12 up and is zuu Kunststoffbar. In the illustrated neutral position, this connection is open.
  • an axial bore 48 is frontally introduced which is closed off by a screw plug 50.
  • This axial bore 48 is downgraded to a valve seat 52, against which a ball 56 is biased by a spring 54.
  • a transverse bore 58 and a transverse bore 60 shut off, in which the axial bore 48 opens.
  • the transverse bore 60 in turn opens into control grooves 62 formed on the outer circumference of the control collar 24. In the illustrated neutral position, these block the connection between the tank space 22 and the supply space 20, being open towards the tank space 22, so that the ball 54 is on all sides with tank pressure acted upon and biased against its valve seat 52.
  • these radial radial LS-radial bores 66, 68 are formed, which open into an axially extending LS channel 70, which is designed as a blind hole and ends in the LS radial bores 68.
  • the LS channel 70 is extended to the left to a receiving bore into which a sleeve 72 is inserted.
  • the sleeve 72 is provided at its top and bottom in FIG. 2 peripheral region each with a longitudinal groove 74, which extends up to a ring groove 75, towards which an LS bore 76 of the spool 6 open is.
  • a recess 73 and end recesses 77 are formed, via which the longitudinal grooves 74 are connected to the LS channel 70, so that upon displacement of the spool 6 from the neutral position shown in the consumer space 16 and Load pressure applied in the consumer space 20 can be reported via the LS radial bores 66 or 68, the LS channel 70, the longitudinal grooves 74 and the LS bore 76 into the control oil chamber 10, which is connected to the LS port.
  • the sleeve 72 is closed at the front by a screw plug 79 and fixed in the bore 78 in the axial direction.
  • an axially extending bore 78 is provided, which is downgraded to the right to a valve seat 80, against which a ball 82 is biased by a spring 84.
  • the ball 82 biased against the valve seat 80 forms a second drainage damper 86.
  • the closure screw 79 supports the spring 84 with a projection projecting into the bore 78.
  • the spring 84 receiving part of the bore 78 is connected via a the spool 6 and the sleeve 72 passing through the transverse channel 88 with the tank space 14.
  • the beyond the valve seat 80 arranged, radially recessed portion of the bore 78 is connected via a transverse bore 90, radial bores 91 in the spool and the outer periphery of the spool 6 arranged cam grooves 92 with the tank space 14 (neutral position) or the consumer space 16.
  • the control grooves 92 can control the connection from the pre-pressure chamber 16 to the drainage valve 86.
  • FIG. 3 shows the hydraulic circuit symbol of the directional control valve 1 explained with reference to FIG. In its spring-biased home position, the working ports A, B are shut off from the pressure port P and the tank port T. With a displacement of the spool 6 to the left from the illustrated neutral position, the connection of the pressure port P to the working port A can be controlled - the connected to the port A pressure chamber of the consumer is supplied with pressure medium.
  • the running of the consumer pressure medium is first returned to the tank port T at a low axial displacement of the spool 6 via the working port B and 56 against the force of the spring drainage valve 57, so that the returning from the consumer pressure fluid is throttled over this drainage damper 57, so that a leading of the mass moved by the consumer is prevented and a vibration-free control of the consumer is ensured.
  • the connection from P to B is initially controlled via the fine control notches 38 (metering orifice) so that the consumer is supplied with pressure medium via the working port B.
  • the cam 92 is opened to the consumer space 16 and closed to the tank space 14 toward, so that the drainage valve 86 in the opening direction of the pressure in the pressure medium return, d. H. in the consumer space 16 is acted upon.
  • the drain accumulation valve 86 opens when the pressure in the consumer chamber 16 has reached the pressure equivalent of the spring 84 (for example, 15 bar) - the pressure medium flow running off the consumer is correspondingly accumulated and the amount of pressure medium flowing is throttled.
  • the drainage valve 86 is open, the pressure medium flows via the flow cross section opened by the control groove 92 and the opened drain control valve 86 from the consumer compartment 16 into the tank space 14 and from there to the tank connection T.
  • control groove 92 controls the connection to the drain poppet valve 86 only after one certain hub, so that in the neutral position of the directional control valve 1 is an automatic set in motion of the consumer is prevented. This could be done, for example, when an excavator is parked on a slope and the slewing due to its own weight trying to turn down, downhill.
  • the metering orifice is further opened and increased according to the pressure medium flow rate and thus the speed of the consumer.
  • the connection from the consumer compartment 16 into the tank space 14 is controlled via the fine control notches 44 of the tank control edge 42, so that the flow-controlled through the tank control edge 42 drain cross section now takes over the throttling of the running pressure medium quantity.
  • the drain accumulation valve 86 remains open.
  • the load pressure at the load is reported via the LS radial bore, the LS channel, the front recess 77, the recess 73, the longitudinal grooves 74, the ring base 75 and the LS bore 76 in the control oil chamber 10.
  • the drainage accumulation valve 86 is integrated into the sleeve 72 inserted into the control slide 6 and the LS channel 70 is designed to escape.
  • the LS channel 70 is formed by a parallel offset to the spool bore bore, which is closed at the end by a screw plug 96.
  • the valve seat 80 for the ball 82 of the drainage valve 86 in the end portion of the spool 6.
  • the bore 78 is closed by a screw plug 98 frontally.
  • the bore 80 is then connected via an angular channel 100 with the circumferential cam groove 62.
  • the spool 6 of FIG. 4 substantially corresponds to that of FIGS. 1 and 2.
  • the embodiment shown in Figure 4 has a somewhat simpler device construction, but is somewhat complex to perform in manufacturing, since the introduction of the offset holes and the angular channel 100 is more difficult to perform than at the solution in which the channel guide is substantially integrated into the sleeve 72.
  • a hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to a hydraulic consumer, for example the slewing gear of a mobile working machine.
  • a hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to a hydraulic consumer, for example the slewing gear of a mobile working machine.
  • a drain valve designed as a pressure relief valve and throttled accordingly, so that a back pressure is generated, which can prevent a lead of the mass actuated by the hydraulic consumer.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige hydraulische Steueranordnungen, bei denen eine Pumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der jeweils betätigten hydraulischen Verbraucher so eingestellt wird, dass der Pumpendruck um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt, werden auch als LS-Systeme bezeichnet. Das Grundprinzip derartiger LS-Steuerungen ist beispielsweise in der DE 199 04 616 A1 der Anmelderin beschrieben, so dass diesbeszügliche Erläuterungen entbehrlich sind.
  • Insbesondere bei Anwendungsfällen, bei denen über die hydraulischen Verbraucher große Massen in einer horizontalen Ebene bewegt werden sollen, wie beispielsweise bei einem Drehwerksantrieb eines mobilen Arbeitsgerätes, treten beim Beschleunigen aufgrund der Massenträgheit hohe Drücke auf, die jedoch dann, wenn die Masse in Bewegung ist, d. h., beispielsweise wenn das Drehwerk seine gewünschte Drehgeschwindigkeit erreicht hat, schnell abnehmen. Es kann kurzzeitig zum Voreilen der Masse führen, wenn beispielsweise die Reibung der Masse auf dem Untergrund, auf dem sie bewegt ist sehr gering ist. Mit diesem Voreilen der Masse geht eine ungewollte Geschwindigkeitsänderung einher. Diese führt bei hydraulischen Antrieben mit geregelter Vorlaufmenge (LS-Steuerung) zu einem Druckabfall in der Vorlaufleitung und zum Abbremsen der Masse, so dass diese wieder beschleunigt werden muss, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen. Demzufolge ist die Bewegung der Masse wegen des immer wieder erneut auftretenden Beschleunigungsdruckes mit Schwingungen behaftet.
  • Es ist bekannt, dass durch eine rücklaufseitige, Androsselung des Druckmittelvolumenstroms ein Gegendruck erzeugt werden kann, der das Voreilen der Masse verhindert und somit für die gewünschte Stabilität der Steuerung sorgt. Diese Androsselung wird üblicherweise dadurch realisiert, dass eine an die Zulaufsteuernut angepasste Ablaufsteuernut einen Staudruck erzeugt, der in Abhängigkeit vom Druckmittelvolumenstrom verschieden hoch sein kann.
  • Problematisch ist, dass bei einem sehr geringen Druckmittelvolumenstrom die Abstimmung des Ablaufquerschnitts an den Zulaufquerschnitt wegen der sehr geringen Öffnungsquerschnitte schwierig herstellbar ist, so dass es bei geringen Geschwindigkeiten widerum zu den eingangs genannten Schwingungen kommen kann.
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zu schaffen, mit der auch bei geringen Druckmittelvolumenströmen eine schwingungsfreie Ansteuerung von Verbrauchern ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist im Ablauf von einem hydraulischen Verbraucher ein Ablaufstauventil angeordnet, über das vor oder beim Aufsteuern des Ablaufquerschnitts eine zum Tank führende Ablaufzweigleitung aufsteuerbar ist. D. h., in einem ersten Hubbereich eines Steuerschiebers eines Wegeventils der hydraulischen Steueranordnung wird das rücklaufende Druckmittel nicht über eine Ablaufsteuernut des Steuerschiebers sondern über den vom Ablaufstauventil aufgesteuerten Querschnitt geführt, das die Androsselung der Rücklaufmenge übernimmt. Das Ablaufstauventil lässt sich sehr einfach an die geringen Druckmittelvolumenströme anpassen, so dass die Ansteuerung des Verbrauchers mit niedrigen Geschwindigkeiten schwingungsfrei ermöglich ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Variante ist stromabwärts oder stromaufwärts des Ablaufstauventils eine Sperreinrichtung oder dergleichen vorgesehen, über das die Ablaufzweigleitung während eines vorbestimmten Hubs des Steuerschiebers des Wegeventils absperrbar ist. Dadurch ist gewährleistet, dass beipielsweise in der Schließstellung des Steuerschiebers oder während eines Anfangshubs das Ablaufstauventil den Ablaufquerschnitt aufsteuern kann, so dass die Ansteuerung des Verbrauchers alleine über die vom Steuerschieber auf- bzw. zugesteuerten Querschnitte erfolgt.
  • Bei einem besonders kompakten Ausführungsbeispiel ist diese Sperreinrichtung zum Absperren der Ablaufzweigleitung in das Wegeventil integriert und durch eine Steuerkante des Steuerschiebers dieses Wegeventils ausgebildet.
  • Der Aufbau der Steueranordnung lässt sich weiter vereinfachen, wenn auch das Stauventil und die Ablaufzweigleitung im Wegeventil, vorzugsweise in dessen Steuerschieber integriert sind.
  • Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist das Ablaufstauventil durch einen von einer Feder gegen einen Ventilsitz vorgespannten Schließkörper, beispielsweise eine Kugel ausgebildet.
  • Bei den bekannten Lösungen wird der Lastdruck am zugeordneten Verbraucher über einen Lastmeldekanal abgegriffen, der einen Endabschnitt des Steuerschiebers durchsetzt. Bei derartigen Konstruktionen ist es vorteilhaft, wenn dieser Lastmeldekanal und ein Teil der im Steuerschieber verlaufenden Ablaufzweigleitung parallel und seitlich zur Ventilachse versetzt im Steuerschieber angeordnet sind.
  • Alternativ zu dieser Lösung kann in den Steuerschieber auch eine Hülse eingesetzt werden, in deren Achse die Ablaufzweigleitung verläuft, während der Lastmeldekanal durch eine oder mehrere am Aussenumfang der Hülse vorgesehene Längsnuten ausgebildet ist.
  • Bei doppelt wirkenden Verbrauchern kann jedem Arbeitsanschluss des Wegeventils ein Ablaufstauventil zugeordnet.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines proportional verstellbaren Wegeventils mit Ablaufstauventil für eine LS-Steueranordnung;
    • Figur 2 einen Längsschnitt entsprechend Figur 1 mit einem gegenüber Figur 1 um 90° gedrehten Steuerschieber des Wegeventils;
    • Figur 3 ein Schaltsymbol des Wegeventils aus Figur 1 und
    • Figur 4 eine Teilansicht eines Wegeventils eines weiteren Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Steueranordnung.
  • In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein stetig verstellbares Wegeventil 1 einer LS-Steueranordnung dargestellt. Über dieses Wegeventil 1 wird zum einen eine Zumessblende ausgebildet, über die der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher eingestellt wird. Des Weiteren bestimmt dieses Wegeventil die Richtung der Druckmittelströmung zum und vom Verbraucher und damit dessen Bewegungsrichtung. Der Zumessblende ist eine Individualdruckwaage vor- oder nachgeschaltet, wobei man bei nachgeschalteten Druckwaagen von einem LUDV-System und bei vorgeschalteten Druckwaagen von einem herkömmlichen LS-System spricht, das keine lastdruckunabhängige Durchflussverteilung (LUDV) ermöglicht. Die LUDV-Steuerung stellt einen Sonderfall einer LS-Steuerung dar. Wie im folgenden näher erläutert, wird bei geringen Druckmittelvolumenströmen das vom Verbraucher ablaufende Druckmittel erfindungsgemäß über ein Ablaufstauventil 57, 86 angedrosselt um Druckschwankungen zu verhindern.
  • Das in Figur 1 dargestellte Wegeventil 1 ist in einer Ventilscheibe 2 eines Ventilblocks eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Baggers aufgenommen. Die Ventilscheibe 2 hat eine Ventilbohrung 4, in der ein Steuerschieber 6 über nicht dargestellte, stirnseitig angreifende Ventilfedern in eine Neutralposition vorgespannt ist. An der Ventilscheibe 2 sind ein Druckanschluss P, zwei Arbeitsanschlüsse A, B, ein Tankanschluss T sowie ein LS-Anschluss LS ausgebildet. Die Ventilbohrung 4 ist radial zu Ringräumen (von links nach rechts in Figur 1) 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 und 22 erweitert, wobei die Ringräume 8, 10, 12 Steuerölräume, die beiden Ringräume 14, 20 Tankräume, der Ringraum 18 ein Druckraum und der Raum 16 ein Verbraucherraum und der Raum 20 ebenfalls ein Verbraucherraum sein soll, die dem LS-Anschluss (Steuerölräume 8, 10, 12) den Tankanschluss (Tankräume 14, 22), den Arbeitsanschlüssen A, B (Ablaufraum 16, Vorlaufraum 20) und dem Druckanschluss P (Druckraum 18) zugeordnet sind.
  • Der Steuerschieber 6 hat axial beabstandete Steuernuten, durch die zwei im mittleren Bereich ausgebildete Steuerbünde 24, 26 zwei endseitige Führungsbünde 28, 30 sowie ein Tankbund 32 ausgebildet sind.
  • An den einander zuweisenden Ringstirnflächen der Steuerbünde 24, 26 sind Steuerkanten 34, 36 ausgebildet, die jeweils mit Feinsteuerkerben 38 ausgeführt sind. Über diese Steuerkanten 34, 36 kann bei der Axialverschiebung des Steuerschiebers 6 die Verbindung von P nach A bzw. von P nach B aufgesteuert werden. In der dargestellten Neutralposition des Steuerschiebers ist diese Verbindung abgesperrt.
  • An den jeweils aussen liegenden Ringstirnflächen der Steuerbünde 24, 26 sind Tanksteuerkanten 40, 42 vorgesehen, die ebenfalls mit Feinsteuerkerben 44 (siehe Figur 2) versehen sind. In der dargestellten Neutralstellung ist die Verbindung von T nach A bzw. von T nach B durch die Tanksteuerkanten 40, 42 abgesperrt.
  • Der Tankbund 32 hat eine LS-Steuerkante 46, über die die Verbindung vom Tankraum 14 zum Steuerölraum 12 auf- und zusteuerbar ist. In der dargestellten Neutralposition ist diese Verbindung offen.
  • In den in Figur 1 rechten Endabschnitt des Steuerschiebers 6 ist stirnseitig eine Axialbohrung 48 eingebracht die von einer Verschlussschraube 50 abgesperrt ist. Diese Axialbohrung 48 ist zu einem Ventilsitz 52 zurückgestuft, gegen den von einer Feder 56 eine Kugel 54 vorgespannt ist. Durch diese lässt sich die Verbindung zwischen einer Querbohrung 58 und einer Querbohrung 60 absperren, in die die Axialbohrung 48 mündet. Die Querbohrung 60 mündet ihrerseits in am Aussenumfang des Steuerbundes 24 ausgebildete Steuernuten 62. Diese sperren in der dargestellten Neutralstellung die Verbindung zwischen dem Tankraum 22 und dem Vorlaufraum 20 ab, wobei sie zum Tankraum 22 hin offen sind, so dass die Kugel 54 allseits mit Tankdruck beaufschlagt und gegen ihren Ventilsitz 52 vorgespannt ist.
  • Die gegen den Ventilsitz 52 vorgespannte Kugel 54 bildet ein Ablaufstauventil 57, über das - wie im folgenden noch näher erläutert wird - nach einer geringen Verschiebung des Steuerschiebers 6 ein Ablaufquerschnitt zum Tank T aufsteuerbar ist.
  • In den Steuerbünden 24, 26 sind diese in Radialrichtung durchsetzende LS-Radialbohrungen 66, 68 ausgebildet, die in einem axial verlaufenden LS-Kanal 70 münden, der als Sacklochbohrung ausgeführt ist und im Bereich der LS-Radialbohrungen 68 endet. Der LS-Kanal 70 ist nach links hin zu einer Aufnahmebohrung erweitert, in die eine Hülse 72 eingesetzt ist.
  • Die Hülse 72 ist an ihrem in Figur 2 oben und unten liegenden Umfangsbereich jeweils mit einer Längsnut 74 versehen, die sich bis zu einer Ringrut 75 ersteckt, zu der hin eine LS-Bohrung 76 des Steuerschiebers 6 offen ist. An der in Figur 1 rechten Stirnfläche der Hülse 72 sind eine Eindrehung 73 und Stirnausnehmungen 77 ausgebildet, über die die Längsnuten 74 mit dem LS-Kanal 70 verbunden sind, so dass bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 6 aus der gezeigten Neutralpositon der im Verbraucherraum 16 bzw. im Verbraucherraum 20 anliegende Lastdruck über die LS-Radialbohrungen 66 bzw. 68, den LS-Kanal 70, die Längsnuten 74 und die LS-Bohrung 76 in den Steuerölraum 10 gemeldet werden kann, der mit dem LS-Anschluss verbunden ist.
  • Die Hülse 72 ist stirnseitig durch eine Verschlussschraube 79 verschlossen und in Axialrichtung in der Bohrung 78 festgelegt.
  • In der Hülse 72 ist - ähnlich wie im rechten Endabschnitt des Steuerschiebers 6 eine axial verlaufende Bohrung 78 vorgesehen, die nach rechts hin zu einem Ventilsitz 80 zurückgestuft ist, gegen den eine Kugel 82 mittels einer Feder 84 vorgespannt ist. Die gegen den Ventilsitz 80 vorgespannte Kugel 82 bildet ein zweites Ablaufstauventil 86 aus. Die Verschlußschraube 79 stützt mit einem in die Bohrung 78 ragenden Ansatz die Feder 84 ab.
  • Der die Feder 84 aufnehmende Teil der Bohrung 78 ist über einen den Steuerschieber 6 und die Hülse 72 durchsetzenden Querkanal 88 mit dem Tankraum 14 verbunden. Der jenseits des Ventilsitzes 80 angeordnete, radial zurückgesetzte Teil der Bohrung 78 ist über eine Querbohrung 90, Radialbohrungen 91 im Steuerschieber und am Aussenumfang des Steuerschiebers 6 angeordnete Steuernuten 92 mit dem Tankraum 14 (Neutralstellung) oder dem Verbraucherraum 16 verbunden. Die Steuernuten 92 können die Verbindung vom Voraufdruckraum 16 zum Ablaufstauventil 86 hin aufsteuern.
  • In Figur 3 ist das Hydraulikschaltsymbol des anhand Figur 1 erläuterten Wegeventils 1 dargestellt. In seiner federvorgespannten Grundposition sind die Arbeitsanschlüsse A, B gegenüber dem Druckanschluss P und dem Tankanschluss T abgesperrt. Bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 6 nach links aus der dargestellten Neutralposition kann die Verbindung des Druckanschlusses P dem Arbeitsanschluss A aufgesteuert werden - der mit dem Anschluss A verbundene Druckraum des Verbrauchers wird mit Druckmittel versorgt. Das von dem Verbraucher ablaufende Druckmittel wird zunächst bei einer geringen Axialverschiebung des Steuerschiebers 6 über den Arbeitsanschluss B und das gegen die Kraft der Feder 56 geöffnete Ablaufstauventil 57 zum Tankanschluss T zurückgeführt, so dass die vom Verbraucher zurücklaufende Druckmittelmenge über dieses Ablaufstauventil 57 angedrosselt wird, so dass ein Voreilen der vom Verbraucher bewegten Masse verhindert wird und eine schwingungsfreie Ansteuerung des Verbrauchers gewährleistet ist.
  • Bei einer weiteren Axialverschiebung des Steuerschiebers 6 nach links erfolgt die Androsselung der Rücklaufmenge über eine Ablaufsteuerkante des Wegeventils 1 - bei einer Axialverschiebung nach links wird diese Ablaufsteuerkante durch die Tanksteuerkante 40 gebildet, über die die Verbindung von B nach T aufgesteuert wird.
  • Entsprechend drosselt zunächst bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 6 nach rechts das Ablaufstauventil 86 die Druckmittelströmung, nach einer weiteren Axialverschiebung des Steuerschiebers nach rechts in den Figuren 1 und 2 erfolgt die Androsselung der Rücklaufmenge über die Tanksteuerkante 42 des Steuerbunds 26, über die die Verbindung vom Anschluss A zum Anschluss T aufgesteuert ist.
  • Zum besseren Verständnis seien diese Druckmittelströmungen nochmals anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.
  • In der Neutralstellung sind die Arbeitsanschlüsse A, B gegenüber dem Druckanschluss P und dem Tankanschluss T abgesperrt. Die Ablaufstauventile 57, 86 sind in Öffnungsrichtung mit dem Tankdruck beaufschlagt und werden durch die Kraft der Feder gegen den Ventilsitz 52, 80 gedrückt.
  • Beim Verschieben des Steuerschieber 6 nach rechts wird über die Feinsteuerkerben 38 (Zumeßblende) zunächst die Verbindung von P nach B aufgesteuert so dass der Verbraucher über den Arbeitsanschluss B mit Druckmittel versorgt wird. Nach einem Anfangshub des Steuerschiebers 6 wird die Steuernut 92 zum Verbraucherraum 16 hin geöffnet und zum Tankraum 14 hin zugesteuert , so dass das Ablaufstauventil 86 in Öffnungsrichtung von dem Druck im Druckmittelrücklauf, d. h. im Verbraucherraum 16 beaufschlagt ist. Das Ablaufstauventil 86 öffnet, wenn der Druck im Verbraucherraum 16 das Druckäquivalent der Feder 84 erreicht hat (beispielsweise 15 bar) - der vom Verbraucher ablaufende Druckmittelstrom wird entsprechend angestaut und die ablaufende Druckmittelmenge angedrosselt. Bei geöffnetem Ablaufstauventil 86 strömt das Druckmittel über den von der Steuernut 92 aufgesteuerten Strömungsquerschnitt und das geöffnete Ablaufsteuerventil 86 vom Verbraucherraum 16 in den Tankraum 14 und von dort zum Tankanschluss T ab.
  • Wie vorstehend erwähnt, steuert die Steuernut 92 die Verbindung zum Ablaufstauventil 86 erst nach einem gewissen Hub auf, so dass in der Neutralposition des Wegeventils 1 ein selbsttätiges in Bewegung setzen des Verbrauchers verhindert ist. Dies könnte beispielsweise dann erfolgen, wenn ein Bagger am Hang abgestellt ist und das Drehwerk aufgrund seines Eigengewichtes versucht, nach unten, in Bergabrichtung zu drehen.
  • Bei einer weiteren Verschiebung des Ventilschiebers 2 wird die Zumessblende weiter aufgesteuert und entsprechend der Druckmittelvolumenstrom und damit die Geschwindigkeit des Verbrauchers erhöht. Nach einem weiteren Öffnen der Verbindung zum Ablaufstauventil 86 wird über die Feinsteuerkerben 44 der Tanksteuerkante 42 die Verbindung vom Verbraucherraum 16 in den Tankraum 14 aufgesteuert, so dass der durch die Tanksteuerkante 42 aufgesteuerte Ablaufquerschnitt nunmehr die Androsselung der ablaufenden Druckmittelmenge übernimmt. Das Ablaufstauventil 86 bleibt geöffnet.
  • Der Lastdruck am Verbraucher wird über die LS-Radialbohrung, den LS-Kanal, die Stirnausnehmung 77, die Eindrehung 73, die Längsnuten 74, die Ringunt 75 und die LS-Bohrung 76 in den Steuerölraum 10 gemeldet.
  • Beim Zurückverschieben des Steuerschiebers 1 wird zunächst durch die Steuerkante 42 der Ablaufquerschnitt zugesteuert, worauf die Ablaufdrosselung in der vorbeschriebenen Weise durch das Anstauen des ablaufenden Druckmittels durch das Ablaufstauventil 86 erfolgt. Nach einem weiteren Teilhub steuert die Steuernut 92 ihre Verbindung zum Verbraucherraum 16 zu, wobei sich die Steuernut 92 zum Tankraum 14 hin öffnet und entsprechend Tankdruck am Ablaufstauventil 86 anliegt, so dass dieses in seine Schließstellung zurückbewegt wird.
  • Bei einer Axialverschiebung des Steuerschiebers 6 aus der Neutralposition in Figur 1 nach links wird die Verbindung vom Druckraum 18 zum Ablaufraum 16 aufgesteuert, d. h. die Zumessblende ist dann durch den von der Steuerkante 34 aufgesteuerten Zulaufquerschnitt bestimmt. Der Druckmittelablauf vom Verbraucher wird nach einem kleinen Anfangshub, in der vorbeschriebenen Weise, zunächst durch die Wirkung des Ablaufstauventils 57 und nach dem weiteren Teilhub durch den über die Steuerkante 40 und die dazugehörigen Feinsteuerkerben 44 aufgesteuerten Ablaufquerschnitt bestimmt.
  • Bei der vorbeschriebenen Variante ist das Ablaufstauventil 86 in die in den Steuerschieber 6 eingesetzte Hülse 72 integriert und der LS-Kanal 70 in Flucht dazu ausgeführt.
  • In Figur 4 ist eine Variante dargestellt, bei der der LS-Kanal 70 durch eine parallel zur Steuerschieberachse versetzte Bohrung ausgebildet ist, die stirnseitig durch eine Verschlussschraube 96 verschlossen ist. Im Parallelabstand dazu ist in dem Endabschnitt des Steuerschiebers 6 die Bohrung 78 mit dem Ventilsitz 80 für die Kugel 82 des Ablaufstauventils 86 angeordnet. Auch die Bohrung 78 ist durch eine Verschlussschraube 98 stirnseitig verschlossen. Die Bohrung 80 ist dann über einen Winkelkanal 100 mit der umlaufenden Steuernut 62 verbunden. Im Übrigen entspricht der Steuerschieber 6 aus Figur 4 im Wesentlichen demjenigen aus den Figuren 1 und 2.
  • Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat einen etwas einfacheren vorrichtungstechnischen Aufbau, ist jedoch in der Fertigung etwas komplexer auszuführen, da das Einbringen der versetzten Bohrungen und des Winkelkanals 100 schwieriger durchzuführen ist als bei der Lösung, in der die Kanalführung im Wesentlichen in die Hülse 72 integriert ist.
  • Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung eines hydraulischen Verbrauchers, beispielsweise des Drehwerks einer mobilen Arbeitsmaschine. Bei geringen Druckmittelvolumenströmen wird der vom Verbraucher ablaufende Druckmittelvolumenstrom mittels eines als Druckbegrenzungsventil ausgeführten Ablaufstauventils angestaut und entsprechend angedrosselt, so dass ein Gegendruck erzeugt wird, der ein Voreilen der vom hydraulischen Verbraucher betätigten Masse verhindern kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wegeventil
    2
    Ventilscheibe
    4
    Ventilbohrung
    6
    Steuerschieber
    8
    Steuerölraum
    10
    Steuerölraum
    12
    Steuerölraum
    14
    Tankraum
    16
    Verbraucherraum
    18
    Druckraum
    20
    Verbraucherraum
    22
    Tankraum
    24
    Steuerbund
    26
    Steuerbund
    28
    Führungsbund
    30
    Führungsbund
    32
    Tankbund
    34
    Steuerkante
    36
    Steuerkante
    38
    Feinsteuerkante
    40
    Tanksteuerkante
    42
    Tanksteuerkante
    44
    Feinsteuerkerbe
    46
    LS-Steuerkante
    48
    Axialbohrung
    50
    Verschlussschraube
    52
    Ventilsitz
    54
    Kugel
    56
    Feder
    57
    Ablaufstauventil
    58
    Radialbohrungsstern
    60
    Bohrungsstern
    62
    Steuernut
    64
    Drosselsteuerkante
    66
    LS-Radialbohrung
    68
    LS-Radialbohrung
    70
    LS-Kanal
    72
    Hülse
    73
    Eindrehung
    74
    Längsnut
    75
    Ringnut
    76
    LS-Bohrung
    77
    Stirnausnehmung
    78
    Bohrung
    79
    Verschlussschraube
    80
    Ventilsitz
    82
    Kugel
    84
    Feder
    86
    Ablaufstauventil
    88
    Querkanal
    90
    Bohrungsstern
    92
    Steuernut
    96
    Verschlussschraube
    98
    Verschlussschraube
    100
    Winkelkanal

Claims (9)

  1. Hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung eines hydraulischen Verbrauchers, über den eine Last mit großer Masse bewegbar ist, mit einer Pumpe, die in Abhängigkeit vom Lastdruck am Verbraucher ansteuerbar ist und über die Druckmittel über ein proportional verstellbares Wegeventil (1) zum Verbraucher und von diesem über einen von einer Ablaufsteuerkante (40, 42) des Wegeventils (2) aufgesteuerten Ablaufquerschnitt zu einem Tankkanal (T) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Verbraucher und dem Tankkanal (T) ein Ablaufstauventil (57, 86) angeordnet ist, über das im Wesentlichen vor dem Aufsteuern des Ablaufquerschnittes eine zum Tankkanal führende Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) aufsteuerbar ist.
  2. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei in der Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) stromaufwärts oder stromabwärts des Ablaufstauventils (57, 84) eine Sperreinrichtung (94) zum Absperren der Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) während eines vorbestimmten Hubs eines Steuerschiebers (6) des Wegeventils (1) vorgesehen ist.
  3. Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei die Sperreinrichtung durch eine Steuerkante (64, 94) des Steuerschiebers (6) ausgebildet ist.
  4. Steuerandordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ablaufstauventil (57, 86) und die Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) in einen Steuerschieber (6) des Wegeventils (1) integriert sind.
  5. Steueranordnung nach Patentanspruch 3 und 4, wobei die Steuerkante (64, 94) durch eine Steuernut (62, 92) gebildet ist, in der eine Radialbohrung (60, 90) der Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) mündet.
  6. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei das Ablaufstauventil (57, 86) ein Druckbegrenzungsventil mit einem gegen einen Ventilsitz (52, 80) vorgespannten Ventilkörper (54, 82) ist.
  7. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei das Ablaufstauventil (57, 86) in einer in den Steuerschieber (6) eingesetzten Hülse (72) angeordnet ist, an deren Aussenumfang ein abschnittsweise durch eine Längsnut ausgebildeter Lastmeldekanal (74) verläuft.
  8. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei das Ablaufstauventil (57, 86) in einem parallel zu einem Lastmeldekanal (70) verlaufenden Abschnitt (78) der Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) angeordnet ist, wobei der Abschnitt (78) der Ablaufzweigleitung (62, 60, 52, 58; 92, 90, 80, 88) und / oder der Lastmeldekanal (70) im Parallelabstand zur Steuerschieberachse verläuft.
  9. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Wegeventil (1) zwei Arbeitsanschlüsse A, B hat und jedem Arbeitsanschluss ein Ablaufstauventil (57, 86) zugeordnet ist.
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