EP1984629B1

EP1984629B1 - Hydraulische steueranordnung mit regeneration und senkbremsventil

Info

Publication number: EP1984629B1
Application number: EP07711381A
Authority: EP
Inventors: Thomas Weickert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: JP2009526177A; EP1984629A1; KR101011944B1; JP4824777B2; WO2007090522A1; DE102006006228A1; KR20080104122A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zum Ansteuern eines Verbrauchers, insbesondere eines Hydraulikzylinders gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit eines hydraulischen Verbrauchers, beispielsweise eines Hydraulikzylinders ist es bekannt, Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom aus dem sich verkleinernden Druckraum über eine Regenerationsleitung zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf des sich vergrößernden Druckraumes zu addieren. Dadurch werden Kavitationserscheinungen in dem sich vergrößernden Druckraum verhindert und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders ermöglicht.
Eine derartige hydraulische Steueranordnung zum Ansteuern eines Hydraulikzylinders ist beispielsweise aus dem Datenblatt "Structure and Function CLSS, Arm regeneration circuit" der Firma Komatsu bekannt. Diese herkömmliche Steueranordnung hat ein Wegeventil, dessen Ventilschieber zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle, einem Tank und zwei Druckräumen des Hydraulikzylinders verstellbar ist, und ein achsparallel zu dem Wegeventil in der Steueranordnung angeordnetes Senkbremsventil zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms bei ziehender Last, dessen Steuerkolben in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck im sich vergrößernden Druckraum beaufschlagt ist. Zur Regeneration ist Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum öffnendes, außerhalb des Wegeventils radial angeordnetes Rückschlagventil in einen Regenerationskanal abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar.
Die US 5,832,808 B1 zeigt eine hydraulische Steueranordnung zum Ansteuern eines Hydraulikzylinders mit einem Wegeventil, dessen Ventilschieber zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle, einem Tank und zwei Druckräumen des Hydraulikzylinders verstellbar ist. Bei dieser Lösung ist ebenfalls Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom zur Regeneration über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum öffnendes, außerhalb des Wegeventils radial angeordnetes Rückschlagventil in einen Regenerationskanal abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar.
Eine hydraulische Steueranordnung mit allen den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 196 50 798 A1 bekannt. Auch diese Steueranordnung hat ein Wegeventil, dessen Ventilschieber zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle, einem Tank und zwei Druckräumen des Hydraulikzylinders verstellbar ist, und ein im Abstand und parallel zum Ventilsschieber des Wegeventils angeordnetes Senkbremsventil, das der Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms bei ziehender Last dient und dessen Steuerkolben in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck im sich vergrößernden Druckraum beaufschlagt ist. Zur Regeneration ist Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum öffnendes Rückschlagventil in einen Regenerationskanal abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar. Das Rückschlagventil ist in den Ventilschieber des Wegeventils integriert.
Nachteilig bei derartigen Steueranordnungen ist, dass diese einen großen Bauraum aufweisen und ein hoher fertigungstechnischer Aufwand zur Herstellung der Gehäusebohrungen erforderlich ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung zu schaffen, bei der eine kompakte Bauweise bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Steueranordnung zum Ansteuern eines Verbrauchers hat ein Wegeventil, dessen Ventilschieber zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle, einem Tank und zwei Druckräumen des Verbrauchers verstellbar ist, und ein Senkbremsventil zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms von einem sich verkleinernden Druckraum, dessen Steuerkolben in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck im sich vergrößernden Druckraum beaufschlagt ist, wobei zur Regeneration Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom stromaufwärts des Senkbremsventils über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum öffnendes Rückschlagventil in einer Regenerationsleitung abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar ist. Erfindungsgemäß ist der Steuerkolben des Senkbremsventils koaxial zum Rückschlagventil in einer gemeinsamen Aufnahmebohrung des Ventilschiebers angeordnet. Der in Öffnungsrichtung auf das Senkbremsventil wirkende Druck wird durch das Rückschlagventil hindurch gemeldet. Dadurch hat die Steueranordnung einen wesentlich kompakteren Aufbau bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand.
Das Rückschlagventil hat vorzugsweise einen Schließkörper, der gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist und eine Durchgangsbohrung aufweist, so dass die vom Ventilsitz begrenzte Stirnfläche und eine einen Federraum begrenzende Rückfläche des Schließkörpers mit dem Druck in einem Steuerraum des Ventilschiebers beaufschlagt ist, der dem Druck im sich vergrößernden Druckraum entspricht.
Vorzugsweise ist der Steuerraum über zumindest eine Querbohrung im Ventilschiebermantel mit dem Druck im sich vergrößernden Druckraum beaufschlagbar.
Der Schließkörper ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Stufenkolben ausgeführt und hat eine jenseits des Ventilsitzes angeordnete, in Öffnungsrichtung wirkende Ringschulter, die mit dem Druck im sich verkleinernden Druckraum beaufschlagbar ist.
Vorzugsweise begrenzt die Ringschulter abschnittsweise einen Rückschlagventil-Eingangsraum, der über zumindest eine Radialbohrung im Ventilschiebermantel mit einem Rücklaufraum einer den Ventilschieber aufnehmenden Ventilbohrung verbindbar ist, in dem der Druck stromaufwärts des Senkbremsventils anliegt.
Dem Rückschlagventil ist vorzugsweise eine Drossel zur Steuerung des Druckmittelvolumenstroms in der Regenerationsleitung vorgeschaltet.
Als besonders einfache Lösung hat es sich erwiesen, wenn die Drossel durch zumindest eine in der Radialbohrung mündende Drosselkerbe gebildet ist.
Der Schließkörper ist vorzugsweise durch die Kraft einer Druckfeder gegen den Ventilsitz vorgespannt, die stirnseitig an dem Steuerkolben des Senkbremsventils abgestützt ist, der sich seinerseits über die Feder an einem in der Aufnahmebohrung des Ventilschiebers fixierten Verschlussteil abstützt.
Vorzugsweise taucht ein Endabschnitt des Steuerkolbens in eine Sacklochbohrung des Verschlussteils ein und begrenzt mit diesem einen Federraum der Feder.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Steuerkolben des Senkbremsventils als Stufenkolben ausgeführt. Dieser hat vorzugsweise eine Axialbohrung, so dass eine in Öffnungsrichtung wirkende Stirnfläche und eine einen Federraum begrenzende in Schließrichtung wirkende Rückfläche mit dem Druck im Steuerraum des Ventilschiebers beaufschlagt ist, der dem Druck im sich vergrößernden Druckraum entspricht. In der Axialbohrung des Steuerkolbens ist vorzugsweise eine Drossel vorgesehen.
Die in Öffnungsrichtung wirkende Stirnfläche des Steuerkolbens weist einen gegenüber der Rückfläche größeren Querschnitt auf, so dass der Steuerkolben durch den Druck im Steuerraum gegen die Kraft der Feder in seine Offenstellung betätigbar ist. Aufgrund der in Schließrichtung des Steuerkolbens wirkenden Rückfläche kann die Feder schwächer dimensioniert sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist am Außenumfang des Steuerkolbens eine Umfangsnut eingebracht, die über zumindest eine Mantelbohrung mit dem Druck im sich verkleinernden Druckraum beaufschlagt ist und die in der Offenstellung des Steuerkolbens über Tankbohrungen im Ventilschiebermantel mit einem Ablaufraum verbindbar ist, so dass Druckmittel vom sich verkleinernden Druckraum des Verbrauchers zum Tank abfließen kann.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Variante der Steueranordnung ist die Aufnahmebohrung als Sacklochbohrung ausgeführt.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante der Steueranordnung zur leckagefreien Abstützung des Verbrauchers sind in einem Bogenkanal Lasthalteventile angeordnet, wobei die Regeneration über die als Axialbohrung ausgebildete Aufnahmebohrung erfolgt.
Vorzugsweise ist in der Axialbohrung ein Logikventil vorgesehen. Der Federraum eines Schließkörpers des Logikventils ist bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung über zumindest eine Radialbohrung in ersten Arbeitspositionen des Ventilschiebers zum Tank entlastet, die in weiteren Arbeitspositionen des Ventilschiebers von einer Wandung der Ventilbohrung verschlossen ist, so dass das Logikventil in seiner Schließstellung gesperrt ist.
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 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung;
Figur 2 eine Schnittdarstellung eines ersten konkreten Ausführungsbeispiels der Steueranordnung aus Figur 1;
Figur 3 eine Schnittdarstellung des nach rechts verschobenen Ventilschiebers aus Figur 2;
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Wegeventils im Bereich des Rückschlagventils und Senkbremsventils aus Figur 3;
Figur 5 eine Schnittdarstellung des nach links verschobenen Ventilschiebers aus Figur 2;
Figur 6 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wegeventil gemäß einem Ausführungsbeispiel zur leckagefreien Abstützung des Hydraulikzylinders und
Figur 7 eine vergrößerte Darstellung des nach rechts verschobenen Ventilschiebers im Bereich des Logikventils.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung 1 zum Ansteuern eines Verbrauchers, beispielsweise eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 2 eines nicht dargestellten mobilen Arbeitsgeräts. Die Druckmittelversorgung des Hydraulikzylinders 2 erfolgt über eine Pumpe 4, die über eine Zulaufleitung 6 und eine Vorlaufleitung 7 mit einem kolbenseitigen Druckraum (Zylinderraum) 8 des Hydraulikzylinders 2 verbunden ist. In der Zulaufleitung 6 ist eine verstellbare Zumessblende 10 zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Pumpe 4 und dem Zylinderraum 8 vorgesehen. Ein kolbenstangenseitiger Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 ist über eine Rücklaufleitung 14 mit einem Tank 16 verbindbar. In der Rücklaufleitung 14 ist ein stetig verstellbares, mit einer Drossel 18 versehenes Senkbremsventil 20 zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms von dem Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 angeordnet, dessen Steuerkolben 22 in Schließrichtung von der Kraft einer Feder 24 und in Öffnungsrichtung über einen Steuerkanal 26 vom Druck im Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 oder genauer gesagt vom Druck in der Vorlaufleitung 7 beaufschlagt ist. Zur Regeneration ist Druckmittel vom aus dem Ringraum 12 ablaufenden Druckmittelvolumenstrom stromaufwärts des Senkbremsventils 20 über ein in einer Regenerationsleitung 30 angeordnetes und in Richtung zum sich vergrößernden Zylinderraum 8 öffnendes Rückschlagventil 28 abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf des Zylinderraumes 8 summierbar. Dadurch werden Kavitationserscheinungen in dem sich vergrößernden Zylinderraum 8 beim Ausfahren des Hydraulikzylinders 2 verhindert und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht. In der Regenerationsleitung 30 ist stromaufwärts des Rückschlagventils 28 eine verstellbare Drossel 32 angeordnet.
Figur 2 zeigt ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steueranordnung 1 aus Figur 1. Dieses hat ein Wegeventil 34, mit einer in ein Ventilgehäuse 35 eingebrachten Ventilbohrung 36 in der ein Ventilschieber 38 axialverschiebbar geführt ist. Das Wegeventil 34 hat einen Richtungsteil 40 und einen Geschwindigkeitsteil 42 über die, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, die Druckmittelströmungsrichtung bzw. der Druckmittelvolumenstrom zum Hydraulikzylinder 2 (siehe Figur 1) einstellbar ist. Die Ventilbohrung 36 des Wegeventils 34 ist in Radialrichtung von links nach rechts zu einem Ablaufraum 44, einem Vorlaufraum 46, einem stromabwärts einer schematisch angedeuteten Druckwaage 48 angeordneten Druckwaagenraum 50, einem Ausgleichsraum 52, einem stromaufwärts der Druckwaage 48 angeordneten Verbindungsraum 54, einem Zulaufraum 56, einem stromaufwärts der Druckwaage 48 angeordneten weiteren Druckwaagenraum 58, einem Rücklaufraum 60 und einem weiteren Ablaufraum 62 erweitert. Über die Druckwaage 48 wird der Druckmittelvolumenstrom durch die Zumessblende 10 lastunabhängig konstant gehalten. Diese Räume 44 bis 62 sind durch Ringstege 64 bis 82 des Ventilgehäuses 35 zueinander beabstandet. Die beiden Ablaufräume 44, 62 sind mit einem Tankanschluss T und der Zulaufraum 56 mit einem Druckanschluss P verbunden. Der Vorlaufraum 4 steht mit einem Arbeitsanschluss A in Verbindung, über den der Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 mit Druckmittel versorgbar ist (siehe Figur 1). Der Rücklaufraum 60 ist mit einem Arbeitsanschluss B verbunden, über den der Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 gemäß Figur 1 mit Druckmittel versorgbar ist. Die beiden Druckwaagenräume 50, 58 sind über einen Bogenkanal 84 mit dem Druckwaagenausgang P" verbunden, so dass in den Räumen 50, 58 der gleiche Druck anliegt. Der Verbindungsraum 54 steht mit einem Druckwaageneingang P' in Verbindung.
Am Außenumfang des Ventilschiebers 38 sind eine Vorlaufsteuernut 86, zwei Verbindungssteuernuten 88, 90 und eine Rücklaufsteuernut 92 vorgesehen, die durch Ringbünde 94 bis 102 begrenzt sind. Durch Feinsteuerkerben 104 der Rücklaufsteuernut 92 wird eine Steuerkante gebildet, über die die Verbindung zwischen dem Rücklaufraum 60 und dem Druckwaagenraum 58 auf- bzw. zugesteuert wird. Durch die Vorlaufsteuernut 86 werden zwei Steuerkanten 106, 108 ausgebildet. Über die Steuerkante 108 wird die Verbindung zwischen dem Vorlaufraum 46 und dem Druckwaagenraum 50 auf- bzw. zugesteuert, während über die Steuerkante 106 die Verbindung zwischen dem Vorlaufraum 46 und dem Ablaufraum 44 auf- bzw. zugesteuert wird. Die Steuerkanten 106, 108 sind jeweils mit Feinsteuerkerben 110 ausgeführt. An den benachbarten Ringstirnflächen der Verbindungssteuernut 88 und der Verbindungssteuernut 90 sind Zulaufsteuerkanten 112, 114 mit Feinsteuerkerben 116, 118 ausgebildet, die im Zusammenwirken mit dem Ringsteg 74 die Zumessblende 10 aus Figur 1 ausbilden; über die bei einer Axialverschiebung des Ventilschiebers 38 aus der dargestellten Grundposition nach links und rechts eine Verbindung vom Zulaufraum 56 zum Verbindungsraum 54 und damit zu der schematisch angedeuteten Druckwaage 48 aufgesteuert ist. In der in Figur 2 gezeigten Grundposition (Mittelstellung) des Ventilschiebers 38 ist die Zumessblende 10 zugesteuert, so dass die Verbindung zwischen dem Zulaufraum 56 und dem Verbindungsraum 54 abgesperrt ist.
Gemäß Figur 3, die den nach rechts verschobenen Ventilschieber 38 des Wegeventils 34 aus Figur 2 zeigt, ist in diesen Arbeitspositionen die Verbindung von dem mit dem Druckanschluss P verbundenen Zulaufraum 56 zu dem Verbindungsraum 54 durch die Zumessblende 10 (Ringbund 98) aufgesteuert, wobei die Aufsteuerung über die Feinsteuerkerbe 116 erfolgt. Das Druckmittel kann vom Druckanschluss P über den Zulaufraum 56 und die aufgesteuerte Zumessblende 10 in den Verbindungsraum 54 und von dort über die Druckwaage 48 und die Bogenkanal 84 in die Druckwaagenräume 50, 58 eintreten. Durch die Axialverschiebung des Ventilschiebers 38 ist auch der Ringbund 96 nach rechts verschoben, so dass die Verbindung vom Druckwaagenraum 50 zum Vorlaufraum 46 über die Vorlaufsteuernut 86 aufgesteuert ist - das Druckmittel strömt über den Vorlaufraum 46 und den Arbeitsanschluss A zum Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinder 2 (siehe Figur 1). Zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms vom Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 bei ziehender Last ist dem Wegeventil 34 das Senkbremsventil 20 zugeordnet, dessen Steuerkolben 22 in Schließrichtung von der Kraft der Feder 24 und in Öffnungsrichtung vom Druck im Zylinderraum 8 beaufschlagt ist, wobei zur Regeneration Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom stromaufwärts des Senkbremsventils 20 über das in Richtung zum sich vergrößernden Zylinderraum 8 öffnende Rückschlagventil 28 in die Regenerationsleitung 30 (siehe Figur 1) abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar ist. Erfindungsgemäß ist das Rückschlagventil 28 in den Ventilschieber 38 integriert, wobei der in Öffnungsrichtung auf das Senkbremsventil 20 wirkende Druck durch das Rückschlagventil 28 hindurch gemeldet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Steuerkolben 22 des Senkbremsventils 20 koaxial zum Rückschlagventil 28 in einer gemeinsamen, als gestufte Sacklochbohrung 120 ausgebildeten in Axialrichtung verlaufende Aufnahmebohrung 122 des Ventilschiebers 38 angeordnet, die in einer Stirnseite 124 (rechts in Figur 3) des Ventilschiebers 38 mündet.
Wie insbesondere Figur 4 zu entnehmen ist, die eine vergrößerte Darstellung des Wegeventils 34 im Bereich des Rückschlagventils 28 und Senkbremsventils 20 aus Figur 3 zeigt, hat das Rückschlagventil 28 einen Schließkörper 126, der gegen einen Ventilsitz 128 des Ventilschiebers 38 vorgespannt ist und der eine Durchgangsbohrung 130 aufweist, so dass eine vom Ventilsitz 128 begrenzte Stirnfläche 132 und eine einen Federraum 134 begrenzende Rückfläche 136 mit dem Druck in einem Steuerraum 138 der Sacklochbohrung 120 des Ventilschiebers 38 beaufschlagt ist. Der Steuerraum 138 ist über einerseits in eine Umfangsnut 140 des Ventilschiebers 38 und andererseits in den Druckwaagenraum 58 einmündende Querbohrungen 142 im Ventilschiebermantel mit dem Druck im Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 beaufschlagt. Über die Querbohrungen 142 ist in den gezeigten nach rechts verschobenen Arbeitspositionen des Ventilschiebers 38 eine Verbindung vom Druckwaagenraum 58 zu der Sacklochbohrung 120 aufgesteuert.
Der Schließkörper 126 des Rückschlagventils 28 ist als Stufenkolben ausgeführt und hat eine jenseits des Ventilsitzes 128 angeordnete, in Öffnungsrichtung wirkende Ringschulter 146. Die Ringschulter 146 ist über Radialbohrungen 148 und in diese mündende, die verstellbare Drossel 32 (siehe Figur 1) ausbildende Drosselkerben 150 über den Rücklaufraum 60 mit dem Druck im Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 beaufschlagbar. Die Ringschulter 146 begrenzt einen Rückschlagventil-Eingangsraum 152, der über die Radialbohrungen 148 und die verstellbare Drossel 32 mit dem Rücklaufraum 60 verbindbar ist, in dem der Druck stromaufwärts des Senkbremsventils 20 anliegt. Die Durchgangsbohrung 130 des Schließkörpers 126 hat bodenseitig eine radiale Erweiterung an der ein erster Endabschnitt einer Druckfeder 154 angreift. Die Druckfeder 154 ist mit ihrem zweiten Endabschnitt an einer stirnseitigen Ring-fläche 156 des Steuerkolben 22 abgestützt, der sich seinerseits mit einem gestuften Endabschnitt 158 in die Feder 24 erstreckt, die sich an einem Verschlussteil 160 abstützt. Dieses ist stirnseitig in die Sacklochbohrung 120 eingeschraubt und über einen ringförmigen Flansch 162 in Anlage an eine Anlageschulter 164 des Ventilschiebers 38 gebracht. Durch die Kraft der Druckfeder 154 ist der Schließkörper 126 gegen den Ventilsitz 128 vorgespannt.
Der Steuerkolben 22 des Senkbremsventils 20 ist als Stufenkolben ausgeführt und erstreckt sich mit einem Endabschnitt 166 in eine Bohrung 168 des Verschlussteils 160 und begrenzt mit diesem einen Federraum 170 der Feder 24. Der Steuerkolben 22 hat einen radial vorstehenden Anschlagbund 174, der in einen Aufnahmeraum eintaucht, der einerseits durch eine Radialschulter 178 des Ventilschiebers 38 und andererseits durch eine Ringstirnfläche 182 des Verschlussteils 160 begrenzt ist, so dass die Axialverschiebung des Steuerkolbens 22 durch Auflaufen auf die Radialschulter 178 bzw. auf die Ringstirnfläche 182 begrenzt ist. In Schließrichtung ist der Steuerkolben 22 über die Feder 24 mit einer Anschlagfläche 176 des Anschlagbundes 174 gegen die Radialschulter 178 der gestuften Sacklochbohrung 120 vorgespannt. In Öffnungsrichtung ist der Anschlagbund 174 über eine Anlagefläche 180 in Anlage an die Ringstirnfläche 182 des Verschlussteils 160 bringbar. Der Aufnahmeraum des Anschlagbunds 174 ist in der dargestellten, nach rechts verschobenen Arbeitsposition des Ventilschiebers 38 über eine schräg verlaufende Tankbohrung 184 im Ventilschiebermantel mit dem Rücklaufraum 62 verbunden und damit zum Tank entlastet. Der Steuerkolben 22 hat eine Axialbohrung 186, die über eine Drosselbohrung 187 im Federraum 170 mündet. Dadurch ist die in Öffnungsrichtung wirkende Stirnfläche 156 und eine den Federraum 170 begrenzende in Schließrichtung wirkende gestufte Rückfläche 188 mit dem Druck im Steuerraum 138 des Ventilschiebers 38 beaufschlagt, der dem Druck im Zylinderraum 8 entspricht, so dass die Feder 24 von der auf die Rückfläche 188 des Steuerkolbens 22 wirkenden Kraft unterstützt wird und somit eine schwächere Feder 24 einsetzbar ist, als wenn im Federraum 170 der Tankdruck wirken würde. Die in Öffnungsrichtung des Steuerkolbens 22 wirkende Stirnfläche 156 weist einen gegenüber der Rückfläche 188 größeren Querschnitt auf, so dass der Steuerkolben 22 gegen die Kraft der Feder 24 in seine Offenstellung betätigbar ist. Am Außenumfang des Steuerkolbens 22 ist eine Umfangsnut 190 eingebracht, die über Mantelbohrungen 192 mit dem Rücklaufraum 60 verbunden ist und bei nach rechts verschobenem Steuerkolben 22 über schräg verlaufende Tankbohrungen 194 im Ventilschiebermantel mit dem Ablaufraum 62 verbindbar ist, so dass Druckmittel vom sich verkleinernden Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 zum Tank 16 abfließen kann (siehe Figur 1). Der Drosselquerschnitt des Senkbremsventils 20 ist hierbei durch eine von einer Stirnfläche 191 der Umfangsnut 190 ausgebildeten Steuerkante bestimmt.
Gemäß Figur 5, die den nach links verschobenen Ventilschieber 38 aus Figur 2 zeigt, ist in diesen Arbeitspositionen die Verbindung von dem Zulaufraum 56 über die Zumessblende 10 zu dem Verbindungsraum 54 ebenfalls aufgesteuert, so dass die Druckwaagenräume 50, 58 mit Druckmittel versorgt sind. Der Druckwaagenraum 58 ist über die Feinsteuernut 104 mit dem Rücklaufraum 60 verbunden, so dass der Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 (siehe Figur 1) mit Druckmittel versorgt ist. Der Vorlaufraum 46 ist über die Feinsteuerkerbe 110 mit dem Ablaufraum 44 verbunden, so dass der Zylinderraum 8 zum Tank 16 (siehe Figur 1) entlastet ist. Der Hydraulikzylinder 2 fährt ein.
Im Folgenden wird die Funktion der Steueranordnung 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert.
In der in Figur 2 dargestellten Grundstellung (Mittelstellung) des Ventilschiebers 38 sind der Druckanschluss P und die Arbeitsanschlüsse A, B abgesperrt. Es sei nun angenommen, dass der Ventilschieber 38 aus der in Figur 2 gezeigten Grundstellung nach rechts verschoben wird. Gemäß der Figuren 3 und 4, die den nach rechts verschobenen Ventilschieber 38 zeigen, wird durch die Axialverschiebung des Ventilschiebers 38 die Verbindung von dem mit dem Druckanschluss P verbundenen Zulaufraum 56 zu dem Verbindungsraum 54 durch die Zumessblende 10 (Ringbund 98) aufgesteuert, wobei die Aufsteuerung über die Feinsteuerkerbe 116 erfolgt. Das Druckmittel kann vom Druckanschluss P über den Zulaufraum 56 und die aufgesteuerte Zumessblende 10 in den Verbindungsraum 54 und über die Druckwaage 48 und den Bogenkanal 84 in die Druckwaagenräume 50, 58 eintreten. Durch die Axialverschiebung des Ventilschiebers 38 ist auch der Ringbund 96 nach rechts verschoben, so dass die Verbindung vom Druckwaagenraum 50 zum Vorlaufraum 46 über die Vorlaufsteuernut 86 aufgesteuert ist - das Druckmittel strömt über den Vorlaufraum 46 und den Arbeitsanschluss A zum Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 (siehe Figur 1). Der Hydraulikzylinder 2 fährt aus. Übersteigt der über die Querbohrungen 142 im Steuerraum 138 anliegende Druck einen über die Kraft der Feder 24 definierten Druck, so wird der Steuerkolben 22 des Senkbremsventils 20 durch die die Ringfläche 156 und die Rückfläche 188 beaufschlagenden Drücke gegen die Kraft der Feder 24 in seine Offenstellung verschoben, so dass der Rücklaufraum 60 über die Rücklaufsteuernut 92, die Mantelbohrungen 192 und die Umfangsnut 190 des Steuerkolbens 22 mit der Tankbohrung 194 und über diese mit dem Ablaufraum 62 verbunden ist. Der Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 ist über das geöffnete Senkbremsventil 20 zum Tank 16 (siehe Figur 1) entlastet.
Bei ziehender Last ist es möglich, dass die Pumpe 4 nicht genügend Druckmittel in den sich vergrößernden Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 fördert, so dass der Druck im Zylinderraum 8 gegenüber dem Druck im Ringraum 12 absinkt. Der sinkende Druck im Zylinderraum 8 liegt über die Querbohrungen 142 in dem Steuerraum 138 an, so dass der Steuerkolben 22 des Senkbremsventils 20 durch die Kraft der Feder 24 schließt und die Verbindung von dem Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 zum Tank 16 zugesteuert ist (siehe Figur 1). Das vom Hydraulikzylinder 2 aus dem sich verkleinernden Ringraum 12 (siehe Figur 1) zurückgeführte Druckmittel tritt über den Arbeitsanschluss B in den Rücklaufraum 60 ein, so dass die Ringschulter 146 des Rückschlagventil-Schließkörpers 126 über die Radialbohrungen 148 und den Eingangsraum 152 mit dem Druck im Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 belastet ist (siehe Figur 1). Übersteigt der die Ringschulter 146 des Schließkörper 126 beaufschlagende Druck die Kraft der Druckfeder 154, wird dieser gegen die Federkraft geöffnet, so dass Druckmittel vom Rücklaufraum 60 über die Radialbohrungen 148, den Steuerraum 138, die Querbohrungen 142 und den Druckwaagenraum 58 in den Bogenkanal 84 strömt und zu dem zulaufenden Druckmittelstrom des Zylinderraums 8 des Hydraulikzylinders 2 summiert wird (Regeneration). Dadurch werden bei ziehender Last Kavitationserscheinungen in dem sich vergrößernden Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 verhindert und eine hohe Ausfahrgeschwindigkeit ermöglicht. Die Drosselkerben 150 am Ventilschieber 38 bestimmen hierbei im Kleinstrombereich die Größe des regenerierten Druckmittelstroms.
Zum Einfahren des Hydraulikzylinders 2 wird der Ventilschieber 38 aus der in Figur 2 gezeigten Grundstellung nach links, in seine in Figur 5 dargestellten Arbeitspositionen verschoben. In diesen Arbeitspositionen ist die Verbindung von dem Zulaufraum 56 über die Zumessblende 10 zu dem Verbindungsraum 54 aufgesteuert, so dass die Druckwaagenräume 50, 58 mit Druckmittel versorgt werden. Der Druckwaagenraum 58 ist über die Feinsteuernut 104 und die Rücklaufsteuernut 92 mit dem Rücklaufraum 60 verbunden, so dass der Ringraum 12 des Hydraulikzylinders 2 über den Arbeitsanschluss B mit Druckmittel versorgt ist. Der Vorlaufraum 46 ist über die Vorlaufsteuernut 86 und die Feinsteuerkerbe 110 mit dem Ablaufraum 44 verbunden, so dass der Zylinderraum 8 über die Arbeitsanschluss B zum Tank 16 entlastet ist. Der Hydraulikzylinder 2 fährt ohne Regeneration ein.
Soll nun der Hydraulikzylinder 2 leckagefrei abgestützt werden, so muss die in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Steueranordnung 1 mit entsperrbaren Lasthalteventilen 196 versehen werden, die eine Druckmittelströmung vom Hydraulikzylinder 2 zum Tank 16 verhindern.
Figur 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wegeventil 198 gemäß einem Ausführungsbeispiel zur leckagefreien Abstützung des mit einer ziehenden Last F beaufschlagten Hydraulikzylinders 2. Der Grundaufbau dieses Wegeventils 198 entspricht demjenigen aus den Figur 2 bis 5, d.h. auch bei dieser Variante sind ein Rückschlagventil 28 und ein Senkbremsventil 20 koaxial im Ventilschieber 38 angeordnet, die im Prinzip den gleichen Aufbau wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel aufweisen. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen im Wesentlichen dadurch, dass in dem Bogenkanal 84 stromabwärts der Druckwaage 48 jeweils ein in Richtung der Druckwaage 48 schließendes entriegelbares Lasthalteventil 196 zur leckagefreien Abstützung des Hydraulikzylinders 2 vorgesehen ist. Da die Regeneration bei dieser Variante aufgrund der Lasthalteventile 196 nicht über den Bogenkanal 84 erfolgen kann, ist der Ventilschieber 38 bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer durchgehenden, gestuft ausgeführten Axialbohrung 200 versehen, über die in der gezeigten, nach links verschobenen Arbeitsposition des Ventilschiebers 38 das Druckmittel aus dem Ringraum 12 über die Rücklaufleitung 14, den Rücklaufraum 60, die Querbohrungen 142 und das über die Ringschulter 146 geöffnete Rückschlagventil 28 über ein Logikventil 202 dem Vorlaufraum 46 zuleitbar ist. Die Axialbohrung 200 wird auf der Seite des Vorlaufraumes 46 über eine in den Ventilschieber 38 eingeschraubte Verschlussschraube 204 begrenzt, an der sich über eine Feder 206 ein Schließkörper 208 des Logikventils 202 abstützt, während an der Seite des Rücklaufsraumes 60, wie bereits erläutert, das Rückschlagventil 28 und das Senkbremsventil 20 vorgesehen sind. Der Schließkörper 208 des Logikventils 202 ist gegen einen Ventilsitz 210 vorgespannt und hat eine Drosselbohrung 212, so dass eine vom Ventilsitz 210 begrenzte Stirnfläche 213 und eine einen Federraum 214 begrenzende Rückfläche 216 mit dem Druck in der Axialbohrung 200 des Ventilschiebers 38 beaufschlagt ist. Der Schließkörper 208 des Logikventils 202 ist als Stufenkolben ausgeführt und hat eine jenseits des ventilsitzes angeordnete, in Öffnungsrichtung wirkende Ringfläche 218, die über den Arbeitsanschlus A und eine Mantelbohrung 220 mit dem Druck im sich vergrößernden Zylinderraum 8 des Hydraulikzylinders 2 beaufschlagbar ist. Der Federraum 214 des Schließkörpers 208 ist in der dargestellten, nach links verschobenen Arbeitsposition des Ventilschiebers 38 über einen Umfangsspalt 222 zwischen der Axialbohrung 200 und einem Außenumfangsabschnitt der Verschlussschraube 204 sowie über Radialbohrungen 224 zum Ablaufraum 62 entlastet, so dass das Logikventil 202 über die die Ringfläche 218 und die Stirnfläche 213 beaufschlagenden Drücke im Vorlaufraum 46 bzw. in der Axialbohrung 200 gegen die Kraft der Feder 206 in seine Offenstellung bringbar ist.'
Gemäß Figur 7, die eine vergrößerte Darstellung des nach rechts verschobenen Ventilschiebers 38 im Bereich des Logikventils 202 zeigt, sind die Radialbohrungen 224 in dieser Arbeitsposition des Ventilschiebers 38 von einer Wandung 226 der Ventilbohrung 36 verschlossen. Dadurch ist das Logikventil 202 gesperrt und kann nicht von dem vom Arbeitsanschluss A über die Vorlaufsteuernut 86 zum Tank 16 (siehe Figur 1) ablaufenden Druckmittelvolumenstrom über die Radialschulter 218 aufgesteuert werden. In dieser Arbeitsposition ist der Vorlaufraum 46 über eine in die Vorlaufsteuernut 86 mündende Feinsteuerkerbe 228 mit dem Ablaufraum 62 verbunden.
Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung 1 zum Ansteuern eines Verbrauchers, insbesondere eines Hydraulikzylinders 2, mit einem Wegeventil 34, 198, dessen Ventilschieber 38 zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle 4, einem Tank 16 und zwei Druckräumen 8, 12 des Verbrauchers 2 verstellbar ist, und mit einem Senkbremsventil 20 zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms von einem sich verkleinernden Druckraum 12, dessen Steuerkolben 22 in Schließrichtung von der Kraft einer Feder 24 und in Öffnungsrichtung vom Druck im sich vergrößernden Druckraum 8 beaufschlagt ist, wobei zur Regeneration Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom stromaufwärts des Senkbremsventils 20 über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum 8 öffnendes Rückschlagventil 28 in einer Regenerationsleitung 30 abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar ist. Erfindungsgemäß ist das Rückschlagventil 28 in den Ventilschieber 38 integriert, wobei der in Öffnungsrichtung auf das Senkbremsventil 20 wirkende Druck durch das Rückschlagventil 28 hindurch gemeldet ist.

Claims

Hydraulische Steueranordnung zum Ansteuern eines Verbrauchers, insbesondere eines Hydraulikzylinders (2), mit einem Wegeventil (34, 198), dessen Ventilschieber (38) zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen einer Druckmittelquelle (4), einem Tank (16) und zwei Druckräumen (8, 12) des Verbrauchers verstellbar ist, und mit einem Senkbremsventil (20) zur Ablaufsteuerung des Druckmittelvolumenstroms von einem sich verkleinernden Druckraum (12), dessen Steuerkolben (22) in Schließrichtung von der Kraft einer Feder (24) und in Öffnungsrichtung vom Druck im sich vergrößernden Druckraum (8) beaufschlagt ist, wobei zur Regeneration Druckmittel vom ablaufenden Druckmittelvolumenstrom stromaufwärts des Senkbremsventils (20) über ein in Richtung zum sich vergrößernden Druckraum (8) öffnendes und in den Ventilschieber (38) integriertes Rückschlagventil (28) in einer Regenerationsleitung (30) abzweigbar und zu dem Druckmittelvolumenstrom im Zulauf summierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (22) des Senkbremsventils (20) koaxial zum Rückschlagventil (28) in einer gemeinsamen Aufnahmebohrung (122) des Ventilschiebers (38) angeordnet ist und dass der in Öffnungsrichtung auf das Senkbremsventil (20) wirkende Druck durch das Rückschlagventil (28) hindurch gemeldet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei das Rückschlagventil (28) einen Schließ-körper (126) hat, der gegen einen Ventilsitz (128) vorgespannt ist und eine Durchgangsbohrung (130) auf-weist, so dass die vom Ventilsitz (128) begrenzte Stirnfläche (132) und eine einen Federraum (134) begrenzende Rückfläche (136) mit dem Druck in einem Steuerraum (138) des Ventilschiebers (38) beaufschlagt ist, der dem Druck im sich vergrößernden Druckraum (8) entspricht.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei der Steuerraum (138) über zumindest eine Querbohrung (142) im Ventilschiebermantel mit dem Druck im sich vergrößernden Druckraum (8) beaufschlagbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei der Schließkörper (126) als Stufenkolben ausgeführt ist und eine jenseits des Ventilsitzes (128) angeordnete, in Öffnungsrichtung wirkende Ringschulter (146) hat, die mit dem Druck im sich verkleinernden Druckraum (12) beaufschlagbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei die Ringschulter (146) einen Rückschlagventil-Eingangsraum (152) begrenzt, der über zumindest eine Radialbohrung (148) im Ventilschiebermantel mit einem Rücklaufraum (60) einer den Ventilschieber (38) aufnehmenden Ventilbohrung (36) verbindbar ist, in dem der Druck stromaufwärts des Senkbremsventils (20) anliegt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Rückschlagventil (28) eine Drossel (32) vorgeschaltet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 5 und 6, wobei die Drossel (32) durch zumindest eine in der Radialbohrung (148) mündende Drosselkerbe (150) gebildet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei der Schließkörper (126) durch die Kraft einer Druckfeder (154) gegen den Ventilsitz (128) vorgespannt ist, die stirnseitig an dem Steuerkolben (22) des Senkbremsventils (20) abgestützt ist, der sich seinerseits über die Feder (24) an einem in der Aufnahmebohrung (122) fixierten Verschlussteil (160) abstützt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 8, wobei ein Endabschnitt (156) des Steuerkolbens (22) in eine Bohrung (168) des Verschlussteils (160) eintaucht und mit diesem einen Federraum (170) der Feder (24) begrenzt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Steuerkolben (22) des Senkbremsventils (20) als Stufenkolben ausgeführt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 10, wobei der Steuerkolben (22) eine Axialbohrung (186) hat, so dass eine in Öffnungsrichtung wirkende Stirnfläche (156) und eine den Federraum (170) begrenzende in Schließrichtung wirkende Rückfläche (188) mit dem Druck im Steuerraum (138) des Ventilschiebers (38) beaufschlagt ist, der dem Druck im sich vergrößernden Druckraum (8) entspricht.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 11, wobei in der Axialbohrung (186) des Steuerkolbens (22) eine Drossel (187) vorgesehen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 11 oder 12, wobei die in Öffnungsrichtung wirkende Stirnfläche (156) des Steuerkolbens (22) einen gegenüber der Rückfläche (188) größeren Querschnitt aufweist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei am Außenumfang des Steuerkolbens (22) eine Umfangsnut (190) eingebracht ist, die über zumindest eine Mantelbohrung (192) mit dem Druck im sich verkleinernden Druckraum (12) beaufschlagt ist und in der Offenstellung des Steuerkolbens (22) über Tankbohrungen (194) im Ventilschiebermantel mit einem Ablaufraum (62) verbindbar ist, so dass Druckmittel vom sich verkleinernden Druckraum (12) des Verbrauchers (2) zum Tank (16) abfließen kann.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Aufnahmebohrung (122) als Sacklochbohrung (120) ausgeführt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einem Bogenkanal (84) Lasthalteventile (196) angeordnet sind und die Regeneration über die als Axialbohrung (200) ausgebildete Aufnahmebohrung (122) erfolgt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 16, wobei in der Axialbohrung (200) ein Logikventil (202) vorgesehen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 17, wobei ein Federraum (214) eines Schließkörpers (208) des Logikventils (202) über zumindest eine Radialbohrung (224) in ersten Arbeitspositionen des Ventilschiebers (38) tankentlastet ist, die in weiteren Arbeitspositionen des Ventilschiebers (38) von einer Wandung (226) der Ventilbohrung (36) verschlossen und das Logikventil (202) in seiner Schließstellung gesperrt ist.