EP2225470B1

EP2225470B1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: EP2225470B1
Application number: EP08854023.2A
Authority: EP
Inventors: Alfred Breunig; Josef HESSDÖRFER; Walter Kirsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-11-08
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2028-11-08
Also published as: US8464758B2; KR101539213B1; JP5290315B2; WO2009068173A1; EP2225470A1; JP2011504990A; US20100269935A1; DE102008008092A1; KR20100105553A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Pafentanspruches 1.
Eine derartige Ventilanordnung wird beispielsweise zur Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Radladers, einer Planierraupe, eines Teleskopstaplers oder eines Untertage-Laders verwendet.
Im Datenblatt RD 64 284/06.00 der Mannesmann Rexroth AG ist ein LUDV-Mobilsteuerblock beschrieben, bei dem die Druckmittelversorgung der Verbraucher über Wegeventilsektionen mit jeweils einem stetig verstellbaren Wegeventil gesteuert wird. Dieses ist mit einem durch eine Zumessblende gebildeten Geschwindigkeitsteil und einem die Druckmittelströmungsrichtung zum und vom Verbraucher bestimmenden Richtungsteil ausgeführt. Der Zumessblende ist eine LUDV-Druckwaage zugeordnet. Bei einem solchen Mobilsteuerblock ist eine Lastdruck unabhängige Durchflussverteilung (LUDV) für gleichzeitig angesteuerte Verbraucher gegeben. Bei derartigen LUDV-Systemen werden - stark vereinfacht gesagt - bei einer Unterversorgung der angesteuerten Verbraucher, d.h. dann, wenn eine Pumpe den gewünschten Druckmittelbedarf nicht mehr erfüllen kann, die Druckdifferenzen über alle geöffneten Zumessblenden kleiner, so dass die den betätigten Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen verhältisgleich verringert werden. Auf diese Weise wird ein unerwünschter Stillstand einzelner Verbraucher verhindert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf LUDV-Systeme beschränkt.
Bei der bekannten Lösung lässt sich das stetig verstellbare Wegeventil aus einer Neutral- oder Mittelstellung in Richtung von ersten Positionen verstellen, in der beispielsweise ein Hydrozylinder eingefahren wird. Bei Verstellen in der anderen Richtung wird entsprechend der Hydrozylinder ausgefahren. Des Weiteren kann die Wegeventilsektion durch Umschalten eines Schwimmstellungsventils und gleichzeitiges Ansteuern des Ventilschiebers in Richtung "senken" in eine Schwimmstellung eingestellt werden, in der beide Verbraucheranschlüsse und der Druckanschluss mit dem Tankanschluss verbunden sind, so dass beispielsweise ein Planierschild einer Planierraupe nur aufgrund seines Eigengewichtes auf dem Boden aufliegt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass ein eigenes Schwimmstellungsventil benötigt wird.
In der DE 103 36 684 A1 ist eine Ventilanordnung gezeigt, bei der das Wegeventil mit vier Stellungen (Neutralstellung, Heben, Senken, Schwimmstellung) eines Ventilschiebers ausgestattet ist. Unter dem Begriff "Stellung" sind jeweils eine Vielzahl von Zwischenpositionen zu verstehen, in denen jeweils ein im Sinne der Funktionen Neutral, Heben, Senken und Schwimmstellung wirksamer Öffnungsquerschnitt veränderbar ist.
Die DE 196 08 758 A1 offenbart eine Lösung, bei der ein Ventilschieber des Wegeventils in fünf Stellungen (Schwimmposition, Absenken, Neutralstellung, Schwingungsdämpfung und Ausfahren) verstellbar ist, wobei in der Stellung "Schwingungsdämpfung" ein in Richtung Einfahren wirksamer Ringraum des Hydrozylinders mit dem Tank verbunden ist.
Bei keiner dieser Lösungen ist es möglich, durch Verstellung des Ventilkolbens neben den Funktionen Neutralstellung, Ausfahren, Einfahren und Schwimmstellung noch eine Eilgang-Funktion einzustellen, in der das aus dem sich verkleinernden Druckraum des Verbrauchers, beispielsweise dem Ringraum eines Hydrozylinders verdrängte Druckmittel zu dem dem anderen Druckraum des Verbrauchers zugeführten Druckmittelvolumenstrom summiert wird. Um bei den bekannten Lösungen einen derartigen Eilgang zu realisieren, muss eine gesonderte Ventileinrichtung vorgesehen werden, über die beim Umschalten auf die Funktion "Eilgang" der vom sich verkleinernden Druckraum abströmende Druckmittelvolumenstrom bei Umgehung des Wegeventils zu dem zum sich vergrößernden Druckraum strömenden Druckmittelvolumenstrom summiert wird.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, bei der mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand sowohl ein Eilgang als auch ein Schwimmstellungsbetrieb ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß hat die Ventilanordnung ein stetig verstellbares Wegeventil mit einem in einer Ventilbohrung geführten Ventilschieber, der aus einer federvorgespannten Neutralstellung in eine erste Richtung verstellbar ist, in der ein Druckmittelströmungspfad zwischen einem Verbraucheranschluss und dem Zulaufanschluss und einem anderen Verbraucheranschluss mit einem Ablaufanschluss aufgesteuert wird. Bei Verstellen des Ventilschiebers in der anderen Richtung wird in einer ersten Stellung entsprechend ein Druckmittelströmungspfad zwischen dem anderen Verbraucheranschluss und dem Zulaufanschluss und dem erst genannten Verbraucheranschluss und dem Ablaufanschluss aufgesteuert. Vorzugsweise ist dies eine Stellung "Ausfahren", in der aus dem kolbenstangenseitigen Druckraum eines Differentialzylinders Druckmittel abfließt und dem kolbenstangenabseitigen Druckraum Druckmittel zufließt.
Erfindungsgemäß wird bei einer weiteren Verstellung des Ventilschiebers in der anderen Richtung der vom einen Verbraucheranschluss abströmende Druckmittelvolumenstrom zu demjenigen Druckmittelvolumenstrom summiert, der zum anderen Verbraucheranschluss strömt - das Wegeventil ist dann in eine Eilgangstellung eingestellt.
Bei einer Verstellung des Ventilschiebers über die Eilgangstellung hinaus werden die beiden Verbraucheranschlüsse und der Zulaufanschluss mit dem Ablaufanschluss verbunden, so dass das Wegeventil in die Schwimmstellung (Floaten) verstellt ist.
Demzufolge ist die erfindungsgemäße Ventilanordnung mit einem Wegeventil ausgeführt, dessen Ventilschieber in fünf Stellungen verstellbar ist, wobei die Schwimmstellung vorzugsweise nach Durchfahren der Eilgangstellung erreicht wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept erfolgt die Ansteuerung dieser Funktionen durch Verstellung des Wegeventils, so dass im Unterschied zum eingangs beschriebenen Stand der Technik keine zusätzlichen, manuell oder mittels einer Vorsteuerung zu schaltenden Steuerventile oder dergleichen vorgesehen werden müssen.
Das erfindungsgemäße Konzept ist nicht nur bei sogenannten LUDV Wegeventilen, sondern auch bei LS-Wegeventilen, bei denen die Drücke vor und nach einer Zumessblende auf eine Druckwaage wirken, und bei Wegeventilen für Drosselsteuerungen (6-Wege-Ventilen mit Umlaufkanal) anwendbar.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Eilgangstellung des Wegeventils ein Restquerschnitt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem einen Verbraucheranschluss und dem Ablaufanschluss aufgesteuert.
Bei einer konkreten Lösung ist der Ventilschieber mit einer Steuerkante ausgeführt, über die bei Verstellen in der anderen Richtung ein Öffnungsquerschnitt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem einen Verbraucheranschluss und dem Ablaufanschluss aufsteuerbar ist, wobei im Abstand zu dieser Steuerkante am Ventilschieber zumindest eine Steuer- oder Ausfahrnut ausgebildet ist, über die beim Verstellen in der anderen Richtung ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem einen Verbraucheranschluss und dem Ablaufanschluss aufsteuerbar ist und über die beim weiteren Verstellen des Ventilschiebers in Richtung des Eilgangs dieser Öffnungsquerschnitt wieder züsteuerbar ist. Bei einem weiteren Verstellen in Richtung der Schwimmstellung wird dann der genannte Öffnungsquerschnitt über die Steuerkante aufgesteuert.
D.h. über diese Ausfahrnut wird zunächst die Druckmittelverbindung des einen Verbraucheranschlusses mit dem Ablaufanschluss aufgesteuert. Diese Druckmittelverbindung wird dann beim weiteren Verstellen in Richtung des Eilgangs geschlossen und dann beim Verschieben des Ventilschiebers in Richtung seiner Endposition zum Einstellen der Schwimmfunktion über die Steuerkante wieder geöffnet.
Das Ausbilden der Ausfahrnut ist besonders einfach, wenn diese als umfangsseitig geschlossene Tasche am Außenumfang des Ventilschiebers ausgeführt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist - hydraulisch gesehen - parallel zur Ausfahrnut eine den vorgenannten Restquerschnitt bestimmende Längsnut ausgeführt, über die bei Verstellen des Ventilschiebers in die Eilgangfunktion ein Restquerschnitt im Druckmittelströmungspfad vom einen Verbraucheranschluss zum Ablaufanschluss aufgesteuert ist. Diese Längsnut hat einen geringeren Wirkquerschnitt als die Ausfahrnut.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Ventilschieber über eine Zentrierfederanordnung in seine Neutralstellung vorgespannt. Diese Zentrierfederanordnung ist mit einer Druckpunktfeder ausgeführt, die bei Verstellung des Ventilschiebers in Richtung der Schwimmstellung in Wirkeingriff gelangt, so dass die Bedienpersoh diese Schwimmstellung nur bewusst durch Überwinden eines Widerstands einstellen kann.
Eine derartige Zentrierfederanordnung hat üblicherweise zwei den Ventilschieber in beiden Richtungen beaufschlagende Zentrierfedern, wobei eine diese Zentrierfedern an der Druckpunktfeder abgestützt ist, die mit einer größeren Vorspannung beaufschlagt ist, so dass die Druckpunktfeder bei der Verstellung des Ventilschiebers zunächst nicht komprimiert wird.
Bei einer konstruktiv sehr einfach ausgeführten Lösung ist die Druckpunktfeder auf einem Anschlagbolzen gefesselt, der gegen einen gehäusefesten Anschlag vorgespannt ist und auf den der Ventilschieber mittelbar oder unmittelbar bei Verstellen in Richtung der Schwimmstellung aufläuft, so dass die weitere Verschiebung nur durch Überwinden der Druckpunktfedervorspannung ermöglicht ist.
Der Aufbau der Ventilanordnung ist besonders einfach, wenn ein Eilgangkanal vorgesehen wird, der bei Verstellen des Ventilschiebers in seine Eilgangstellung bei Umgehung des Wegeventils eine mit dem einen Verbraucheranschluss verbundene Rücklaufleitung mit einer an den Zulaufanschluss angeschlossenen Zulaufleitung verbindet, wobei im Eilgangkanal ein in Richtung zum Verbraucheranschluss sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist. Beim Zusteuern des Öffnungsquerschnitts zwischen dem einen Verbraucheranschluss und dem Ablaufanschluss über die Ausfahrnut kann dann das Druckmittel vom Verbraucher über den Eilgangkanal zum anderen Druckraum abströmen, so dass der Verbraucher mit hoher Geschwindigkeit verfahren wird.
Das Wegeventil der Ventilanordnung ist vorzugsweise als LUDV-Wegeventil mit einem Richtungs- und einem Geschwindigkeitsteil ausgeführt, wobei letzterer durch eine Zumessblende ausgebildet ist. Dieser ist eine Individualdruckwaage nachgeschaltet, die im Sinne einer Verringerung des Druckwaagen-Öffnungsquerschnitts vom höchsten Lastdruck aller angesteuerten Verbraucher und im Sinne einer Vergrößerung des Druckwaagen-Öffnungsquerschnitts vom Druck stromabwärts der Zumessblende beaufschlagt ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema einer Wegeventilsektion eines Mobilsteuerblocks mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
Figur 2 eine konkrete Ausführung der Wegeventilsektion aus Figur 1 in Schnittdarstellung;
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Wegeventils der Wegeventilsektion aus Figur 2 und
Figuren 4a bis 4d die Wegeventilsektion aus Figur 2 in den Stellungen Einfahren, Ausfahren, Eilgang und Floaten.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer Wegeventilsektion 1 eines Mobilsteuerblocks einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Planierraupe. Ein derartiger Mobilsteuerblock hat eine Vielzahl von Wegeventilsektionen, über die die einzelnen hydraulischen Verbraucher der Arbeitsmaschine angesteuert werden können. Bei den folgenden Ausführungen sei angenommen, dass die in Figur 1 dargestellte Wegeventilsektion 1 zur Ansteuerung eines Hubzylinders eines Planierschilds verwendet wird, um dieses entweder in einer vorbestimmten Position zu halten, abzusenken, anzuheben, im Eilgang abzusenken oder in einer Schwimmstellung zu betreiben. In der Darstellung gemäß Figur 1 sind nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente der Wegeventilsektion 1 dargestellt. Weitere Einzelheiten erschließen sich dann aus den weiter unten beschriebenen Figuren. Der Grundaufbau der Wegeventilsektion 1 ist aus dem eingangs beschriebenen Datenblatt RD 64 284/06.00 bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente beschrieben werden.
Die Wegeventilsektion 1 hat gemäß dem Schaltschema in Figur 1 einen Druckanschluss P, zwei Arbeitsanschlüsse A, B, Tankanschlüsse T1, T, einen Steueranschluss pst und einen Steuerölablaufanschluss L. Der Druckanschluss P ist mit einer Pumpenleitung 2 verbunden, die an den Druckanschluss einer nicht dargestellten Pumpe angeschlossen ist, die über einen LS-Pumpenregler in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck aller angesteuerten Verbraucher der Arbeitsmaschine angesteuert wird. Dieser Lastdruck wird über den LS-Anschluss und einen Lastmeldekanal 4 sowie eine nicht dargestellte Wechselventilkaskade von den Verbrauchern abgegriffen. Die Pumpenmenge wird über den Pumpenregler derart eingestellt, dass der Pumpendruck um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten Lastdrucks liegt.
Die beiden Verbraucheranschlüsse A, B der Wegeventilsektion sind über Verbraucherleitungen 6, 8 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 10 bzw. einem kolbenstangenseitigen Ringraum 12 eines Hubzylinders 14 verbunden. Die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Hubzylinders 14 werden über ein stetig verstellbares Wegeventil 16 eingestellt. Dieses ist mit einem durch eine Zumessblende 18 gebildeten Geschwindigkeitsteil und einem Richtungsteil 20 ausgeführt, wobei über die Zumessblende 18 der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher 14 und über das Richtungsteil 20 die Strömungsrichtung zu bzw. von den Druckräumen 10, 12 bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist das Wegeventil 16 mit fünf Stellungen ausgeführt, wobei ein im Folgenden näher beschriebener Ventilschieber über eine Zentrierfederanordnung 22 in eine Mittelstellung (0) vorgespannt ist, in der die vorgenannten Anschlüsse abgesperrt sind. Die Verstellung des Ventilschiebers erfolgt über Vorsteuerventile 24, 26, die beispielsweise als Druckregelventile ausgeführt sind, deren Druckanschluss mit der Steuerleitung pst, deren Tankanschluss mit L und deren Regelausgang mit einem Steuerraum am Ventilschieber verbunden ist.
Bei einem Verschieben des Ventilschiebers nach rechts (in Richtung in Figur 1) wird der Ventilschieber zunächst in die mit (A) gekennzeichneten Positionen "Ausfahren" gebracht, in denen der Hydrozylinder 14 ausfährt und das Planierschild abgesenkt wird. Bei einer weiteren Verstellung des Ventilschiebers in Richtung nach rechts werden die mit (E) gekennzeichneten Positionen erreicht, in denen der Hydrozylinder 14 mit Eilgang betrieben wird. In dieser Eilgangfunktion wird der Druckmittelvolumenstrom aus dem sich verkleinernden Ringraum 12 zu dem dem Zylinderraum 10 über die Zumessblende 18 zugeführten Druckmittelvolumenstrom summiert. Durch Verschieben des Ventilschiebers in Richtung seiner mit (F) gekennzeichneten Positionen wird eine Schwimmstellung eingestellt, in der das Planierschild aufgrund seiner Gewichtskraft auf dem Boden aufliegt und eventuell Unebenheiten folgen kann.
Bei einer Verstellung des Ventilschiebers aus der Mittelstellung (0) heraus in der Gegenrichtung, d.h. in Figur 1 nach links, werden die mit (H) gekennzeichneten Ventilschieberstellungen eingestellt, in denen der Hydrozylinder 14 einfährt und das Planierschild angehoben wird.
Stromabwärts der Zumessblende 18 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Individualdruckwaage 28 angeordnet, die im Sinne einer Verringerung des Durchflussquerschnitts durch den Druck in dem Lastmeldekanal 4, d.h. einem dem höchsten Lastdruck entsprechenden Steuerdruck und im Sinne einer Vergrößerung des Durchflussquerschnitts durch den Druck stromabwärts der Zumessblende 18 beaufschlagt ist.
Dabei ist der Eingangsanschluss der Individualdruckwaage 28 über einen Druckwaagenkanal 30 mit einem Druckanschluss P' und der Ausgangsanschluss der Druckwaage über einen Bogenkanal 32 mit einem Anschluss P" des Wegeventils 16 verbunden. Im Bogenkanal 32 ist ein Lasthalteventil 34 zur leckagefreien Abstützung der Last angeordnet. Ein Arbeitsanschluss A des Wegeventils 16 ist über einen Vorlaufkanal 36 mit dem Verbraucheranschluss A und der Verbraucheranschluss B der Wegeventilsektion 1 über einen Rücklaufkanal 38 mit dem Arbeitsanschluss B des Wegeventils 16 verbunden. Zwei Tankanschlüsse T, T1 des Wegeventils 16 sind jeweils über Ablaufkanäle 40, 42 mit den Tankanschlüssen T, T1 der Wegeventilsektion 1 verbunden. Der Druckanschluss P des Wegeventils 16 ist über einen Zulaufkanal 44 an den Druckanschluss P der Wegeventilsektion 1 angeschlossen.
Gemäß Figur 1 ist der Rücklaufkanal 38 über einen Eilgangkanal 46 mit dem zwischen dem Druckanschluss P" und dem Lasthalteventil 34 gelegenen Abschnitt des Bogenkanals 32 verbunden. Dabei ist im Eilgangkanal 46 ein Rückschlagventil 48 vorgesehen, das in Richtung zum Druckanschluss P" öffnet. Bei Einstellen des Ventilschiebers in die Position (E) "Eilgang" kann aus dem Ringraum 12 verdrängtes Druckmittel über den Eilgangkanal 46 und das sich öffnende Rückschlagventil 48 zum Anschluss P" des Wegeventils 16 strömen, so dass dieser abfließende Druckmittelvolumenstrom zu dem von der Zumessblende 18 her zum Zylinderraum 10 strömenden Druckmittelvolumenstrom summiert wird.
Wie des Weiteren Figur 1 entnehmbar ist, wird in dem Fall, in dem der Druck stromabwärts der Zumessblende 18 größer als der augenblickliche Druck im Lastmeldekanal 4 wird, der Druckwaagenschieber in der Darstellung gemäß Figur 1 in seine linke Endposition verschoben, so dass entsprechend dieser stromabwärts der Zumessblende 18 anstehende Druck in den Lastmeldekanal 4 gemeldet wird.
Figur 2 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der Wegeventilsektion 1 gemäß Figur 1 in Schnittdarstellung. Wie erwähnt, ist diese Wegeventilsektion 1 Teil eines Mobilsteuerblocks, der aus einer Vielzahl derartiger Wegeventilsektionen sowie einem Eingangselement und einer Endplatte gebildet ist. Die Wegeventilsektion 1 hat eine Ventilscheibe 50, in der eine den Ventilschieber 52 aufnehmende Ventilbohrung 54 ausgebildet ist. Gemäß Figur 2 und der vergrößerten Darstellung in Figur 3 ist die Ventilbohrung 54 von links nach rechts gesehen zu einer Tankkammer 56, einer Vorlaufkammer 58, einer Druckwaagenausgangskammer 60, einer Druckwaageneingangskammer 62, einer Zulaufkammer 64, einer weiteren Druckwaagenausgangskammer 66, einer Rücklaufkammer 68 und einer weiteren Tankkammer 70 erweitert. Die Bezeichnungen "Vorlauf...", "Rücklauf..." etc. sind dabei nur zur einfacheren Beschreibung gewählt - je nach Schaltstellung des Wegeventils 16 kann bspw. die Rücklaufkammer 68 auch im Vorlauf liegen. Die Tankkammer 56 ist wie in Figur 2 angedeutet, über den Ablaufkanal 40 mit dem Tankanschluss T, die Vorlaufkammer 58 über den Vorlaufkanal 36 mit dem Verbraucheranschluss A, die Druckwaagenausgangskammer 60 über den Eilgangkanal 46 und das Rückschlagventil 48 mit der Rücklaufkammer 68 verbunden, wobei die Druckwaagenausgangskammer 60 in der Darstellung gemäß Figur 1 dem Anschluss P" entspricht. Die Rücklaufkammer 68 ist über den in Figur 2 angedeuteten Rücklaufkanal 38 mit dem Verbraucheranschluss B verbunden. Die Tankkammer 70 steht schließlich über den Ablaufkanal 42 in Druckmittelverbindung mit dem Tankanschluss T1.
Der Aufbau des Ventilschiebers 52 wird anhand der vergrößerter Darstellung in Figur 3 erläutert. Demgemäß ist der Ventilschieber 52 durch mehrere im Abstand zueinander angeordnete Ringnuten in zwei Endbunde 72, 74, einen Tanksteuerbund 76, einen Zulaufbund 78, einen den Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 18 bestimmenden Steuerbund 80, einen Zwischenbund 82 und einen Zulaufbund 84 unterteilt. Am Tanksteuerbund 76 ist eine Tanksteuerkante 85, am Zulaufbund 78 eine Zulaufsteuerkante 86, am Steuerbund 80 jeweils stirnseitig eine Messblendensteuerkante 88, 90, am Zulaufbund 84 eine Zulaufsteuerkante 92 und an der gegenüber liegenden Ringstirnfläche des Endbundes 74 eine Schwimmstellungssteuerkante 94 ausgebildet.
Die vorgenannten Steuerkanten 85, 86, 88, 90 92, 94 sind jeweils in bekannter Weise mit Steuernuten oder Steuerfenstern 96 ausgeführt, von denen in Figur 3 beispielhaft nur ein der Schwimmstellungssteuerkante 94 zugeordnetes Steuerfenster mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Im Abstand zu den Steuerfenstern 96 der Schwimmstellungssteuerkante 94 ist eine parallel zur Wegeventilachse 98 verlaufende Ausfahrnut 100 am Außenumfang des Ventilschiebers 52 ausgebildet, deren in Figur 3 rechter Endabschnitt in der Neutralstellung (0) von dem Ringsteg zwischen den Steuerkammern 68, 70 überdeckt ist. Der in Figur 3 linke Endabschnitt der Ausfahrnut 100 ist nicht mit den benachbarten Steuerfenstern 96 verbunden - demzufolge ist diese Ausfahrnut 100 als umfangsseitig geschlossene Tasche ausgebildet.
Im Parallelabstand zur Ausfahrnut 100 ist eine Längsnut 102 am Außenumfang des Endbundes 74 ausgebildet, deren Breite (in Umfangsrichtung gesehen) und Länge (in Axialrichtung gesehen) geringer als diejenige der Ausfahrnut 100 ist. Diese Längsnut 102 mündet gemäß der Darstellung in Figur 3 in dem unten liegenden Steuerfenster 96 der Schwimmstellungssteuerkante 94. In der dargestellten Neutralstellung (0) ist diese Längsnut 102 zur Rücklaufkammer 68 hin geöffnet. Gemäß Figur 2 ist die Rücklaufkammer 68 über den als Winkelbohrung ausgeführten Eilgangkanal 46 und das darin eingesetzte Rückschlagventil 48 mit der Druckwaagenausgangskammer 60 verbunden, wobei das Rückschlagventil zur Druckwaagenausgangskammer 60 hin öffnet.
In der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Neutralposition (0) des Ventilschiebers 52 sind die in Figur 1 sichtbaren Anschlüsse P, A, B, P', P", T, T1 des Wegeventils 16 abgesperrt. Dementsprechend ist in der Darstellung gemäß Figur 3 über die Tanksteuerkante 85 die Druckmittelverbindung zwischen den Kammern 56, 58, über die Zulaufsteuerkante 86 die Druckmittelverbindung zwischen den Kammern 58, 60, über die Messblendensteuerkanten 88, 90 die Druckmittelverbindung zwischen den Kammern 64 und 62, über die Zulaufsteuerkante 92 die Druckmittelverbindung zwischen den Kammern 66, 68 sowie über die Ausfahrnut 100 die Druckmittelverbindung zwischen den Kammern 70, 68 abgesperrt, so dass der Verbraucher in seiner dargestellten Position eingespannt ist.
Die in Figur 1 dargestellte Individualdruckwaage 28 ist in eine senkrecht zur Wegeventilachse 98 verlaufende Druckwaagenbohrung 104 eingesetzt, wobei ein Druckwaagenkolben 106 stirnseitig, d.h. in der Darstellung gemäß Figur 2 von unten nach oben mit dem Druck in der Druckwaageneingangskammer 62 und rückseitig mit dem vom Lastmeldekanal 4 abgegriffenen höchsten Lastdruck beaufschlagt ist, der in einem rückseitigen Ringraum 108 der Druckwaagenbohrung 104 ansteht. Bei voll aufgesteuertem Druckwaagenquerschnitt (Druckwaagenkolben 106 in der Darstellung nach oben verschoben) wird der Druck in der Druckwaageneingangskammer 62 über Innenbohrungen 110 des Druckwaagenkolbens 106 in den Ringraum 108 und damit in den Lastmeldekanal 4 gemeldet.
Die in Figur 1 angedeutete Zentrierfederanordnung 22 ist gemäß Figur 2 in Federgehäusen 112, 114 aufgenommen, in die die beiden Endabschnitte des Ventilschiebers 52 eintauchen. In dem in Figur 2 linken Federgehäuse 112 ist ein Zentrierfeder 116 abgestützt, die über eine Federbuchse 118 an der benachbarten Stirnfläche des Ventilschiebers 52 angreift, wobei der Hub der Federbuchse 118 nach rechts in Figur 2 durch einen gehäusefesten Anschlag 120 begrenzt ist. Der Hub des Ventilschiebers 52 nach links in Figur 2 wird durch eine Hubbegrenzung 122 begrenzt.
In dem rechten Federgehäuse 112 ist ebenfalls eine Zentrierfeder 124 abgestützt, die über einen Federteller 126 an einer Ringstirnfläche des Ventilschiebers 52 angreift, der mit einem radial zurück gesetzten Endabschnitt 128 in die Zentrierfeder 124 eintaucht.
Etwa in Verlängerung der Zentrierfeder 124 ist im Federgehäuse 112 eine Druckpunktfeder 130 vorgesehen, die an einem Anschlagbolzen 132 zwischen einem Anschlagring 134 und einem Stützring 136 des Anschlagbolzens 132 eingespannt ist. Die beiden Ringe 134, 136 sind nach entgegengesetzten Richtungen am Anschlagbolzen 132 abgestützt. Die Zentrierfeder 124 ist am Stützring 136 sind abgestützt, wobei die Federvorspannung der Druckpunktfeder 130 größer als diejenige der Zentrierfeder 124 ist. In der dargestellten Neutralstellung wird der Anschlagbolzen 132 über die Zentrierfeder 124 mit seinem Anschlagring 134 gegen einen federgehäuseseitigen Anschlag 138 vorgespannt, wobei sich der Federteller 126 seinerseits an einem gehäuseseitigen Anschlag abstützt. In der dargestellten Neutralstellung (0) ist eine in Figur 2 linke Stirnfläche 142 des Anschlagbolzens 132 im Axialabstand zur benachbarten Stirnfläche des Endabschnittes 128 des Ventilschiebers 52 angeordnet. Bei einer Bewegung des Ventilschiebers nach rechts läuft der Endabschnitt 128 auf die Stirnfläche 142 des Anschlagbolzens 132 auf, der dann bei Verkürzung der Druckpunktfeder mitgenommen wird und dann auf einen Endanschlag 144 des Federgehäuses 112 aufläuft.
An der in Figur 2 dargestellten Wegeventilsektion ist auch das Druckregelventil 24 zur Ansteuerung des Wegeventils erkennbar.
Die Funktion der vorbeschriebenen Wegeventilsektion 1 wird anhand der Figur 4 erläutert, in der die Stellungen (A), (E), (F) und (H) gemäß Figur 1 gezeigt sind.
In der Darstellung gemäß Figur 4a ist der Ventilschieber 52 durch Einstellung eines geeigneten Steuerdrucks über das Druckregelventil 26 nach links in seine mit (H) gekennzeichneten Positionen verschoben, in denen über die Messblendensteuerkante 90 eine Druckmittelverbindung zwischen der Zulaufkammer 64 und der Druckwaageneingangskammer 62 aufgesteuert wird, wobei dieser aufgesteuerte Querschnitt den Durchflussquerschnitt der Zumessblende 18 bildet. Das Druckmittel kann dann über die Individualdruckwaage 28 und den Bogenkanal 32 zur Druckwaagenausgangskammer 66 strömen und tritt von dort über den durch die Schwimmstellungsteuerkante 94 aufgesteuerten Querschnitt in die Rücklaufkammer 68 ein, von der es zum Verbraucheranschluss B und von dort über die Verbraucherleitung 8 zum Ringraum 12 des Hubzylinders 14 strömt. Das aus dem sich verkleinemden Zylinderraum 10 verdrängte Druckmittel tritt über die Verbraucherleitung 6, den Verbraucheranschluss A, den Vorlaufkanal 36 - der jetzt praktisch als Rücklaufkanal wirkt - in die Vorlaufkammer 58 ein, die über die Tanksteuerkante 85 mit der Tankkammer 56 verbunden ist, so dass das Druckmittel dann über den Ablaufkanal 40 und den Tankanschluss T der Wegeventilsektion 1 zum Tank abströmt. D.h. bei der Verstellung des Ventilschiebers 52 in die Positionen (H) wird der Hubzylinder 14 eingefahren und entsprechend das Planierschild angehoben.
Zum Absenken des Planierschilds wird der Wegeventilschieber 52 gemäß Figur 4b durch Einstellung eines geeigneten Steuerdrucks über das Vorsteuerventil 24 aus der Darstellung gemäß den Figuren 1 bis 3 nach rechts verschoben, wobei dann über die Messblendensteuerkante 88 der Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 18 zwischen der Zulaufkammer 64 und der Druckwaageneingangskammer 62 bestimmt wird. Das von der Individualdruckwaage 28 abströmende Druckmittel strömt über den Bogenkanal 32 in die Druckwaagenausgangskammer 60 und von dort durch den über die Zulaufsteuerkante 86 aufgesteuerten Querschnitt in die Zulaufkammer 58 und dann über den Vorlaufkanal 36, den Verbraucheranschluss A und die Verbraucherleitung 6 in den Zylinderraum 10. Das aus dem Ringraum 12 verdrängte Druckmittel strömt über den Verbraucheranschluss B, den Rücklaufkanal 38, die Rücklaufkammer 68 und den dann von der Ausfahrnut 100 aufgesteuerten Querschnitt in die Tankkammer 70 und von dort zum Tank ab. Parallel zu dem von der Ausfahrnut 100 bestimmten Öffnungsquerschnitt wird über die kleine Längsnut 102 ebenfalls ein Öffnungsquerschnitt zwischen den beiden Kammern 68, 70 geöffnet.
Demzufolge wird in den Positionen (A) des Ventilschiebers der Hubzylinder 14 zum Absenken des Planierschilds ausgefahren.
Bei einer weiteren Verschiebung des Ventilschiebers 52 nach rechts gemäß Figur 4c in die in Figur 1 mit (E) gekennzeichneten Eilgangspositionen gelangt der in der Figur 4c links liegende Endabschnitt der Ausfahrnut 100 in Überdeckung mit dem Ringsteg zwischen den beiden Kammern 68, 70, so dass die Druckmittelverbindung über die Ausfahrnut 100 abgesperrt ist. Es verbleibt lediglich noch der vergleichsweise geringe Restquerschnitt über die Längsnut 102, die weiterhin sowohl zur Rücklaufkammer 68 als auch zur Tankkammer 70 hin geöffnet ist. Die Schwimmstellungssteuerkante 94 ist in dieser Position ebenfalls wirkungslos. Über die Längsnut 102 strömt somit eine gewisse Menge Druckmittel zum Tank ab - dieser Teilstrom geht dem eigentlichen Eilgang-Volumenstrom verloren. Der Hauptteil des Druckmittelvolumenstroms strömt von der Rücklaufkammer 68 über den Eilgangkanal 46 und das sich dann öffnende Rückschlagventil 48 in die Druckwaagenausgangskammer 60 und wird dort zu dem Druckmittelvolumenstrom summiert, der von der Zulaufkammer 64 über den von der Messblendensteuerkante 88 aufgesteuerten Messblendenquerschnitt zur Individualdruckwaage 28 und von dieser über den Bogenkanal 32 in die Druckwaagenausgangskammer 60 strömt. Dieser vergleichsweise große Eilgangvolumenstrom wird dann über den von der Zulaufsteuerkante 86 aufgesteuerten Querschnitt, die Vorlaufkammer 58 und den Verbraucheranschluss A zum Zylinderraum 10 des Hubzylinders 14 geführt.
Durch die Ausbildung der Steuerkante 86 mit Steuerfenstern mit gegenüber einer vollumfänglichen Durchflussquerschnitt verkleinerten Durchflussquerschnitt wird erreicht, dass sich im Ringraum 12 ein solcher Druck aufbauen kann, dass die Last nicht unkontrolliert fällt, sondern die Geschwindigkeit der Last durch die von der Pumpe geförderten Druckmittelmenge vorgegeben ist. Über die Steuerkante 86 baut sich der Druck von dem hohen Druck im Ringraum 12 auf den niedrigeren Druck im Zylinderraum 10 ab.
Die beim Eilgang nicht nutzbare, über die Längsnut 102 abströmende Druckmittelmenge ist abhängig von dem Druck in dem Zylinderraum 12 des Hubzylinders 14.
Wie des Weiteren in Figur 4c dargestellt ist, läuft in dieser Position (E) der Endabschnitt 128 des Wegeventilkolbens auf die Stirnfläche 142 des Anschlagbolzens 132 auf, wobei diese Verstellung des Ventilschiebers 52 zunächst nur gegen die Kraft der Zentrierfeder 124 erfolgt - die Druckpunktfeder 130 hat sich dann noch nicht verkürzt. Denn sie ist auf eine größere Kraft vorgespannt als sie von der Feder 124 in der Position (E) ausgeübt wird.
Die weitere Verstellung des Ventilschiebers 52 in Richtung der Schwimmstellung (F) ist dann nur gegen die Kraft der Druckpunktfeder 130 möglich. Diese Schwimmstellung (F) ist in Figur 4d dargestellt. In dieser Position ist die Verbindung zwischen der Zulaufkammer 64 und der Druckwaageneingangskammer 62 durch den in Figur 4d rechten Endabschnitt des Zulaufbunds 78 abgesperrt. Die Zulaufkammer 64 ist jedoch über die Messblendensteuerkante 90 gedrosselt mit der Druckwaagenausgangskammer 66 verbunden, die ihrerseits zur Rücklaufkammer 68 hin offen ist. Letztere ist über die Schwimmstellungssteuerkante 94 mit der Tankkammer 70 verbunden, so dass das Druckmittel von der Zulaufkammer 64 zum Tank abströmen kann. Entsprechend ist auch der Verbraucheranschluss B über die Rücklaufkammer 68, die Schwimmstellungssteuerkante 94 und die Tankkammer 70 mit dem Tank verbunden. Der andere Verbraucheranschluss A ist über die Vorlaufkammer 58 und die damit über die Ringnut zwischen den Bunden 72, 76 aufgesteuerte Verbindung zur Tankkammer 56 ebenfalls mit dem Tank verbunden, so dass das Planierschild in dieser Floatingposition Unebenheiten auf dem Boden folgen oder aufgrund seines Gewichts einebnen kann. Wie oben ausgeführt, kann die Schwimmstellung (F) nur durch überwinden der Vorspannung der Druckpunktfeder 130 erreicht werden, so dass die Bedienperson eine klare Rückmeldung hat, wann die Schwimmstellung (F) erreicht ist. Beim Verkürzen der Druckpunktfeder 130 wird der Anschlagbolzen 132 vom Endabschnitt 128 des Ventilschiebers 52 mitgenommen, bis der in Figur 4c rechts Endabschnitt des Anschlagbolzens 132 auf den Endanschlag 144 aufläuft. Eine weitere Verstellung nach rechts ist nicht möglich.
Bei der vorbeschriebenen Lösung ist der Ventilschieber 52 in fünf Stellungen verstellbar, um die Funktionen Hubzylinder ausfahren, einfahren, Eilgang des Hubzylinders und Schwimmstellung des Hubzylinders sowie ein Verstellen in eine Neutralposition zu ermöglichen.
Offenbart ist eine Ventilanordnung mit einem stetig verstellbaren Wegeventil, dessen Ventilschieber in Richtung von fünft Stellungen verstellbar ist, um einen Verbraucher in zwei Richtungen anzusteuern, in einem Eilgang zu verfahren, in Schwimmstellung zu betreiben oder die Druckmittelverbindung zum Verbraucher abzusperren (Neutralstellung).

Claims

Ventilanordnung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers (14), mit einem Wegeventil (16), das einen in einer Ventilbohrung geführten Ventilschieber (52) hat, der zur Druckmittelverbindung zweier Verbraucheranschlüsse (A, B) mit einem Zülaufanschluss (P) oder einem Ablaufanschluss (T, T1) aus einer Neutralstellung (0) verstellbar ist, in die der Ventilschieber (52) mittels einer Zentrierfederanordnung (22) vorgespannt ist, wobei der Ventilschieber (52) in Richtung von zumindest drei weiteren Stellungen (H, A, F) verstellbar ist, wobei
bei einer Verstellung aus der Neutralstellung (0) in einer Richtung in eine erste Stellung (H) ein Druckmittelströmungspfad zwischen einem Verbraucheranschluss (B) und dem Zulaufanschluss (P) sowie zwischen dem anderen Verbraucheranschluss (A) mit dem Ablaufanschluss (T, T1) aufsteuerbar ist und
bei einer Verstellung aus der Neutralstellung (0) in der anderen Richtung in eine zweite Stellung (A) zunächst entsprechend ein Druckmittelströmungspfad zwischen dem anderen Verbraucheranschluss (A) und dem Zulaufanschluss (P) und zwischen dem einen Verbraucheranschluss (B) und dem Ablaufanschluss (T, T1) aufsteuerbar ist und
bei weiterer Verstellung in der anderen Richtung in eine Schwimmstellung (F) die beiden Verbraucheranschlüsse (A, B) mit dem Ablaufanschluss (T, T1) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (52) bei einer Verstellung aus der Neutralstellung (0) in der anderen Richtung in eine Eilgangstellung (E) bringbar ist, in der der über den einen Verbraucheranschluss (B) vom Verbraucher (14) abströmende Druckmittelvolumenstrom zu demjenigen vom Zulaufanschluss (P) zum anderen Verbraucheranschluss (A) strömenden Druckmittelvolumenstrom summiert ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Eilgangstellung (E) zwischen der zweiten Stellung (A) und der Schwimmstellung (F) liegt.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei in der Eilgangstellung (E) ein Restquerschnitt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem einen Verbraucheranschluss, (B) und dem Ablaufanschluss (T, T1) aufgesteuert ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Ventilschieber (52) mit einer Steuerkante (94) ausgeführt ist, über die bei Verstellen in der anderen Richtung ein Öffnungsquerschnitt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem einen Verbraucheranschluss (B) und dem Ablaufanschluss (T, T1) aufsteuerbar ist, wobei im Abstand zu dieser Steuerkante (94) am Ventilschieber eine Ausfahrnut (100) ausgebildet ist, über die beim Verstellen des Ventilschiebers (52) in Richtung der zweiten Stellung (A) ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem einen Verbraucher (B) und dem Ablaufanschluss (T, T1) aufsteuerbar ist und über die beim weiteren Verstellen in Richtung des Eilgangs (E) dieser Öffnungsquerschnitt wieder zusteuerbar ist, wobei dann beim weiteren Verstellen der Öffnungsquerschnitt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem einen Verbraucheranschluss (B) und dem Ablaufanschluss (T, T1) durch die erstgenannte Steuerkante (94) aufsteuerbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei beim Verstellen des Ventilschiebers (1) in die erste Stellung (H) über die Steuerkante (94) ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Zulaufanschluss (P) und dem einen Verbraucheranschluss (B) aufsteuerbar ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Ausfahrnut (100) eine umfangseitig geschlossene Tasche im Ventilschieberaussenumfang ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 3 und einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei parallel zur Ausfahrnut (100) eine den Restquerschnitt bestimmende Längsnut (102) ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 6, wobei die Längsnut (102) in einem Steuerfenster (96) der Steuerkante (94) mündet.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der wirksame Strömungsquerschnitt der Längsnut (102) kleiner als derjenige der Ausfahrnut (100) ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Zentrierfederanordnung (22) zwei in jeweils einer Verstellrichtung wirksame Zentrierfedern (116, 124) hat, wobei der entgegen der anderen Richtung wirksamen Zentrierfeder (124) eine Druckpunktfeder (130) zugeordnet ist, die bei Verstellen des Ventilschiebers (52) in die Schwimmstellung (F) in Wirkeingriff gelangt.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 9, wobei die Zentrierfeder (124) an der Druckpunktfeder (130) abgestützt ist, die mit einer größeren Vorspannung als die Zentrierfeder (124) beaufschlagt ist.
Ventilanordnung nach Patentanspruch 11, wobei die Druckpunktfeder (130) auf einem Anschlagbolzen (132) gespannt ist, der axial verschiebbar gelagert ist und auf den der Ventilschieber mittelbar oder unmittelbar beim Verstellen in Richtung der Schwimmstellung (F) aufläuft.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Eilgangkanal (46), über den beim Verstellen des Ventilschiebers (52) in die Eilgangposition (E) bei Umgehung des Wegeventils (16) ein mit dem einen Verbraucheranschluss (B) verbundener Rücklaufkanal (38) mit einem zulaufseitigen Zulaufkanal (32) verbunden ist, wobei im Eilgangkanal (46) ein in Richtung zum Rücklaufkanal (38) sperrendes Rückschlagventil (48) vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Wegeventil (16) einen Richtungsteil (20) und einen durch eine Zumessblende (18) gebildeten Geschwindigkeitsteil hat, wobei der Zumessblende (18) eine Individualdruckwaage (28) nachgeschaltet ist, die im Sinne einer Verringerung des Druckwaagenöffnungsquerschnitts von einem dem höchsten Lastdruck aller Verbraucher entsprechenden Steuerdruck und im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Druck stromabwärts der Zumessblende (18) beaufschlagt ist.