EP2449268B1

EP2449268B1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: EP2449268B1
Application number: EP10739848A
Authority: EP
Inventors: Dirk-Walter Herold; Holger Engert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: DE102009030888A1; CN102472299B; WO2011000515A1; CN102472299A; EP2449268A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der DE 44 05 143 C2 ist eine derartige Ventilanordnung offenbart. Dieses hat ein stetig verstellbares Hauptsteuerventil als Hauptstufe und ein elektro-magnetisch betätigbares Vorsteuerventil als Vorstufe. Das Hauptsteuerventil dient zum Steuern einer Druckmittelverbindung zwischen einer Druckquelle, einem Ablauf und einem Verbraucher in Form eines Hydrozylinders. Ein Hauptsteuerkolben des Hauptsteuerventils ist über zwei Steuerräume steuerbar und weist eine Federrückstellung auf. Die Steuerräume zum Verstellen des Hauptsteuerkolbens werden über das Vorsteuerventil angesteuert. Über dieses sind die Steuerräume dann mit dem Ablauf- oder der Druckmittelquelle verbindbar.
Werden schnelle Stellzeiten des Hauptsteuerkolbens des Hauptsteuerventils benötigt, so sind diese bei gegebenen Druckverhältnissen im Wesentlichen von der Nenngröße des Vorsteuerventils abhängig. Je größer die Nenngröße des Vorsteuerventils ist, desto größer ist auch der Druckmitteldurchsatz über das Vorsteuerventil zum Ansteuern der Steuerräume des Hauptsteuerventils und desto kürzer ist damit die Stellzeit.
Nachteilig hierbei ist, dass mit steigender Nenngröße des Vorsteuerventils auch die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand steigen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, dynamisches vorgesteuertes Ventil zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß weist ein vorgesteuertes Ventil einer Ventilanordnung eine Haupt- und eine Vorstufe auf. Die Hauptstufe hat dabei ein Wegeventil - beispielsweise ein Sitzventil - mit zumindest einem Steuerraum, der über ein Wegeventil der Vorstufe mit einer Druckquelle oder einem Ablauf bzw. Tank verbindbar ist. Parallel zum Wegeventil der Vorstufe ist wenigstens ein Schaltventil angeordnet.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch das Schaltventil ein hoher Druckmitteldurchsatz zwischen dem zumindest einen Steuerraum der Hauptstufe und dem Tank oder der Druckmittelquelle - je nachdem wie das Schaltventil angeordnet ist - ermöglicht ist. Dabei kann selbst bei einer kleinen Nenngröße des Wegeventils der Vorstufe ein hoher Druckmitteldurchsatz und kurze Stellzeiten der Hauptstufe erreicht werden. Ein Wegeventil der Vorstufe mit einer kleinen Nenngröße weist geringe Herstellungskosten, eine hohe Dynamik und eine hohe Robustheit auf. Da das Schaltventil ebenfalls äußerst kostengünstig ist, ist ein erfindungsgemäßes vorgesteuertes Ventil insgesamt äußerst kostengünstige und robust.
Zum genauen Ansteuern des Wegeventils der Hauptstufe kann das Wegeventil der Vorstufe ein Proportional-Wegeventil bzw. Stetig-Wegeventil sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Ventilanordnung ist der Steuerraum des Wegeventils der Hauptstufe über das Proportional-Wegeventil der Vorstufe mit der Druckquelle oder dem Tank und über zumindest ein Schaltventil mit dem Tank und/oder über zumindest ein Schaltventil mit der Druckquelle verbindbar.
Bei einer sehr einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung des Schaltventils hat dieses einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss. Dabei ist in einer federvorgespannten Sperrstellung eine Druckmittelverbindung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss gesperrt. In einer Öffnungsstellung stehen dann der Eingangs-und der Ausgangsanschluss in Druckmittelverbindung (es wäre denkbar, die Schaltstellungen genau umgekehrt auszubilden).
Zur Steigerung des Druckmitteldurchsatzes zwischen dem Steuerraum des Wegeventils der Hauptstufe und dem Tank können mehrere Schaltventile in der Vorstufe zum Verbinden des Steuerraums mit dem Tank angeordnet sein.
Um eine weitere Erhöhung des Druckmitteldurchsatzes zwischen dem Steuerraum des Wegeventils der Hauptstufe und der Druckquelle zu ermöglichen, können mehrere Schaltventile vorgesehen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat ein Schaltventil zwei Zulauf- und zwei Ablaufanschlüsse. In einer federvorgespannten Grundstellung sind die beiden Zulaufanschlüsse und die beiden Ablaufanschlüsse und in einer Schaltstellung jeweils ein Zulauf- mit einem Ablaufanschluss verbunden. Über ein derartiges Schaltventil können vorteilhafterweise zwei Strömungspfade zwischen dem Steuerraum des Wegeventils der Hauptstufe und dem Tank oder der Druckmittelquelle verlaufen, bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf des Schaltventils.
Mit Vorteil hat das Wegeventil der Hauptstufe zwei Steuerräume, über die ein Hauptsteuerkolben proportional über die Vorstufe verstellbar ist. Bei diesem Wegeventil kann ein jeweiliger Steuerraum einfach über zumindest ein erstes Schaltventil mit der Druckquelle und über zumindest ein zweites Schaltventil mit dem Tank verbindbar sein.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Hydraulikschaltplan mit einer Ventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 einen Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Figur 3 einen Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Figur 4 einen Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und
Figur 5 einen Hydraulikschaltplan mit der Ventilanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

In der Figur 1 ist ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten Ventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Bei dem Ventil handelt es sich um ein 2/2-Wegeventil 1, das zum Auf- und Zusteuern einer Druckmittelverbindung zwischen einem Hydrospeicher 2 bzw. einer Druckquelle und einem Verbraucher in Form eines Hydrozylinders 4 dient. Das Wegeventil 1 ist als Hauptstufe 6 eingesetzt, die von einer Vorstufe 8 vorgesteuert ist.
Der Hydrospeicher 2 ist über eine Druckleitung 10 mit einem ersten Arbeitsanschluss 12 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 verbunden. An einem zweiten Arbeitsanschluss 14 des Wegeventils 1 ist eine Arbeitsleitung 16 angeschlossen, die mit einem Zylinderraum 18 des Hydrozylinders 4 verbunden ist. Der Zylinderraum 18 wird von einem im Hydrozylinder 4 geführten Kolben 20 von einem Ringraum 22 getrennt, der von einer mit dem Kolben 20 verbundenen Kolbenstange 24 durchsetzt ist.
Zum Auf- und Zusteuern der Druckmittelverbindung zwischen dem Hydrospeicher 2 und dem Hydrozylinder 4 weist das Wegeventil 1 einen einem Ventilsitz 26 zugeordneten Stufenkolben 28 auf. Eine vom Ventilsitz 26 abgewandte Steuerfläche 30 des Stufenkolbens 28 begrenzt einen Steuerraum 32, der über die Vorstufe 8 mit der Druckleitung 10 und somit mit dem Hydrospeicher 2 oder mit einem Tank 34 verbindbar ist. In dem Steuerraum 32 ist eine Schließfeder 36 angeordnet, die den Stufenkolben 28 über die Steuerfläche 30 in Richtung des Ventilsitzes 26 mit einer Federkraft beaufschlagt. An der Steuerfläche 30 stützt sich ein Wegmesskolben 38 eines Wegaufnehmers 40 zur Bestimmung des Hubewegs des Stufenkolbens 28 ab.
Der Stufenkolben 28 hat einen radial zurückgestuften Abschnitt 42, der im geschlossenen Zustand des Wegeventils 1 auf dem Ventilsitz 26 anliegt. Durch den zurückgestuften Abschnitt 42 hat der Stufenkolben 28 eine von der Steuerfläche 30 abweisende Ringfläche 44 und eine Stirnfläche 46. Im geschlossenen Zustand des Wegeventils 1 ist die Ringfläche 44 in Druckmittelverbindung mit dem Arbeitsanschluss 12 und damit der Druckleitung 10 und die Stirnfläche 46 mit dem Arbeitsanschluss 14 und damit der Arbeitsleitung 16 verbunden.
Zur Verbindung mit der Vorstufe 8 ist an dem Steuerraum 32 des Wegeventils 1 eine Steuerleitung 48 angeschlossen, die mit einem Arbeitsanschluss A eines Wegeventils 50 der Vorstufe 8 verbunden ist. Dieses ist ein elektromagnetisch über einen Proportionalmagneten 52 - denkbar wäre auch ein Servo- oder Piezoelement - betätigbares Proportional-Wegeventil bzw. 3/2-Wegeventil. Das Wegeventil 50 hat des Weiteren einen Druckanschluss P, der über eine Verbindungsleitung 54 mit der Druckleitung 10 in Druckmittelverbindung steht. Über einen Tankanschluss T ist das Wegeventil 50 an eine mit dem Tank 34 verbundene Tankleitung 56 angeschlossen. Ein Vorsteuerschieber des Wegeventils 50 ist mit einer Ventilfeder 57 in einer Grundstellung a vorgespannt, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A verbunden ist - je nach Einsatz könnte die Grundstellung a auch anders ausgebildet sein. Über den Proportionalmagneten 52 ist der Vorsteuerschieber in Richtung von Arbeitsstellungen b verschiebbar, in denen der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden ist. Durch das Wegeventil 50 ist die Position des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 und der Druck im Steuerraum 32 regelbar.
In der in Figur 1 gezeigten Stellung des Wegeventils 50 ist der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 mit dem Hydrospeicher 2 in Druckmittelverbindung. Zum Verschieben des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 in eine Öffnungsrichtung wird der Vorsteuerschieber des Wegeventils 50 über den Proportionalmagneten 52 in Richtung der Arbeitsstellungen b verschoben, wodurch der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 mit dem Tank 34 verbunden ist und der Druck in diesem Steuerraum 32 abgebaut wird. Übersteigen die auf die Ringfläche 44 und die Stirnfläche 46 des Stufenkolbens 28 in Öffnungsrichtung wirkenden Druckkräfte die auf die Steuerfläche 30 wirkenden Druckkräfte und die Federkraft der Schließfeder 36, dann hebt der Stufenkolben 28 vom Ventilsitz 26 ab.
Um die zur Verschiebung des Stufenkolbens 28 in die Öffnungsrichtung benötigte Stellzeit des Wegeventils 1 zu verringern, sind in der Vorstufe 8 parallel zu dem Wegeventil 50 zwei Schaltventile 58, 60 angeordnet, über die eine Druckmittelverbindung zwischen dem Steuerraum 32 des Wegeventils 1 und dem Tank 34 auf- und zusteuerbar ist. Die Schaltventile 58, 60 sind elektromagnetisch verstellbare 2/2-Wegeventile und haben jeweils einen mit der Steuerleitung 48 verbundenen Arbeitsanschluss A und einen mit der Tankleitung 56 verbundenen Tankanschluss T. Ein Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 ist über eine Ventilfeder 62 in eine Sperrstellung x vorgespannt, in der die Druckmittelverbindung zwischen dem Tankanschluss T und dem Arbeitsanschluss A getrennt ist. Über einen elektromagnetisch betätigbaren Aktor 64 ist der Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 in eine Öffnungsstellung y schaltbar, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Wegeventils 1 mit den Schaltventilen 58, 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Zum Öffnen des Wegeventils 1 wird der Steuerraum 32 über die Vorstufe 8 mit dem Tank 34 verbunden. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten. Ist eine lange Stellzeit des Wegeventils 1 hinreichend, so wird lediglich der Vorsteuerschieber des Wegeventils 50, wie vorstehend erläutert, in Richtung der Arbeitsstellungen b verschoben. Zur Verkürzung der Stellzeit wird zusätzlich der Ventilschieber des Schaltventils 58 bzw. 60 in die Öffnungsstellung y gebracht, wodurch eine schnellere Entlastung des Steuerraums 32 zum Tank 34 erfolgt. Soll die Stellzeit weiter verkürzt werden, wird zusätzlich das zweite Schaltventil 58 bzw. 60 in die Öffnungsstellung y gebracht. Die Stellzeit kann somit durch zusätzliche Betätigung eines oder beider Schaltventile 58, 60 verkürzt werden. Durch die Druckentlastung des Steuerraums wird der Stufenkolben 28 über die Ringfläche 44, die vom Druck im Hydrospeicher 2 beaufschlagt ist, in die Öffnungsrichtung bewegt. Sind beispielsweise 70 % eines erforderlichen Öffnungshubs des Stufenkolbens 28 erreicht, so werden die Schaltventile 58 und 60 in die Sperrstellung x geschaltet, womit der restliche Hubweg über das Wegeventil 50 der Vorstufe 8 gesteuert wird. Mit dem Wegeventil 50 alleine ist eine genaue Positionierung des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 ermöglicht.
Zum Schließen des Wegeventils 1 sind das Wegeventil 50 und die Schaltventile 58 und 60 stromlos in der Grundstellung a bzw. Sperrstellung x. Der Steuerraum 32 ist dann über das Wegeventil 50 mit dem Hydrospeicher 2 verbunden, wodurch der Stufenkolben 28 über die Steuerfläche 30 mit dem Druck des Hydrospeichers 2 und der Federkraft der Schließfeder 36 in Schließrichtung gegen den an der Ringfläche 44 und der Stirnfläche 46 anliegenden Druck bewegt wird.
Eine kurze Stellzeit des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 wird beispielsweise benötigt, wenn der Hydrozylinder 4 zum Einspritzen von Spritzgussmittel in eine Spritzgussmaschine eingesetzt wird. Hierzu ist eine schnelle Druckbeaufschlagung des Kolbens 20 des Hydrozylinders 4 über den Zylinderraum 18 notwendig und somit eine schnelle Druckmittelverbindung zwischen der mit dem Zylinderraum 18 verbundenen Arbeitsleitung 16 und der mit dem Hydrospeicher 2 verbundenen Druckleitung 10 notwendig.
Figur 2 stellt in einem Hydraulikschaltplan die Ventilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel aus Figur 1 weist die Vorstufe 8 zwei zusätzliche Schaltventile 66, 68 auf. Diese dienen zum schnellen Schließen des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6. Die Schaltventile 66 und 68 haben jeweils einen mit der Steuerleitung 48 verbundenen Arbeitsanschluss A und einen mit der Verbindungsleitung 54 und somit mit der Druckleitung 10 verbundenen Druckanschluss P. Die weitere Ausgestaltung der Schaltventile 66 und 68 entspricht denen der in Figur 1 erläuterten Schaltventile 58 bzw. 60.
Mit den Schaltventilen 66, 68 ist eine kürzere Stellzeit des Stufenkolbens 28 in Schließrichtung, im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1, ermöglicht. Zum schnelleren Bewegen des Stufenkolbens 28 in Richtung des Ventilsitzes 26 des Wegeventils 1 sind die Schaltventile58, 60 und das Wegeventil 50 der Vorstufe 8 unbestromt und das Schaltventil 66 bestromt, wodurch der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 über das Schaltventil 66 und das Wegeventil 50 mit der Druckleitung 10 und somit mit dem Hydrospeicher 2 in Druckmittelverbindung steht. Damit ist ein erhöhter Druckmitteldurchsatz vom Hydrospeicher 2 zum Steuerraum 32 geschaffen, was zu einer verkürzten Stellzeit führt. Zur weiteren Verkürzung der Stellzeit ist zusätzlich zum Schaltventil 66 das Schaltventil 68 betätigbar, wodurch der Druckmitteldurchsatz weiter erhöht ist.
Ist die erforderliche Endposition des Stufenkolbens 28 erreicht oder liegt dieser auf dem Ventilsitz 26 an, so wird die Bestromung der Schaltventile 66, 68 unterbrochen.
Es ist denkbar, weitere Schaltventile parallel zu den Schaltventilen 58, 60 bzw. 66, 68 in der Vorstufe 8 anzuordnen, um die Stellzeit der Hauptstufe 6 weiter zu verringern.
Figur 3 zeigt einen Hydraulikschaltplan der Ventilanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht etwa dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1, wobei anstelle der Schaltventile 58, 60 ein einzelnes Schaltventil 70 in der Vorstufe parallel zum Wegeventil 50 angeordnet ist. Bei dem Schaltventil 70 handelt es sich um ein 4/2-Wegeventil mit zwei mit der Steuerleitung 48 verbundenen Arbeitsanschlüssen A1, A2 bzw. Zulaufanschlüsse und zwei mit der Tankleitung 56 verbundenen Tankanschlüssen T1, T2 bzw. Ablaufanschlüsse. Ein Ventilschieber des Schaltventils 70 ist über eine Ventilfeder 72 in einer Grundstellung h vorgespannt, in der die beiden Arbeitsanschlüsse A1, A2 und die beiden Tankanschlüsse T1, T2 in Druckmittelverbindung stehen. Über einen elektromagnetisch betätigbaren Aktor 74 ist der Ventilschieber in eine Öffnungsstellung i schaltbar, in der der Arbeitsanschluss A1 mit dem Tankanschluss T2 und der Arbeitsanschluss A2 mit dem Tankanschluss T1 in Druckmittelverbindung stehen. Hierdurch verlaufen zwei Druckmittelströmungspfade zwischen der Steuerleitung 48 und der Tankleitung 56 über das Schaltventil 70. Der Druckmitteldurchsatz über dem Schaltventil 70 kann beispielsweise der Summe der beiden Druck-mittelvolumenstromdurchsätze der Schaltventile 58 und 60 aus Figur 1 entsprechen, wobei nur ein einziges Schaltventil 70 nötig ist und beispielsweise Bauraum gespart werden kann.
Um bei einer Betätigung des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 die Stellzeit zu senken, wird der Ventilschieber des Schaltventils 70 in die Öffnungsstellung i zusätzlich zu dem in die Arbeitsstellung b geschalteten Wegeventil 50 betätigt. In der Öffnungsstellung i wird die Steuerleitung 48 über das Schaltventil 70 zum einen über den Arbeitsanschluss A1 und den Tankanschluss T2 und zum anderen über den Arbeitsanschluss A2 und den Tankanschluss T1 mit der Tankleitung 56 verbunden, womit der Steuerraum 32 des Wegeventils 1 und der Tank 34 in Druckmittelverbindung stehen.
In der Figur 4 ist in einem Hydraulikschaltplan die Ventilanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses hat zusätzlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel aus Figur 3 ein Schaltventil 76, das dem Schaltventil 70 entspricht. Das Schaltventil 76 dient zur Verringerung der Stellzeit des Stufenkolbens 28 des Wegeventils 1 der Hauptstufe 6 in Schließrichtung. Über zwei Arbeitsanschlüsse A1, A2 bzw. Ablaufanschlüsse ist das Schaltventil mit der Steuerleitung 48 und über zwei Druckanschlüsse P1, P2 bzw. Zulaufanschlüsse mit der Verbindungsleitung 54 und somit der Druckleitung 10 verbunden. Ein Ventilschieber des Schaltventils 76 ist über eine Ventilfeder 78 in einer Grundstellung k vorgespannt, in der die beiden Arbeitsanschlüsse A1, A2 und die beiden Druckanschlüsse P1, P2 miteinander verbunden sind. Mit einem elektromagnetisch betätigbaren Aktor 80 ist der Ventilschieber des Schaltventils 76 in die Öffnungsstellung I schaltbar, in der der Arbeitsanschluss A1 mit dem Druckanschluss P2 und der Arbeitsanschluss A2 mit dem Druckanschluss P1 in Druckmittelverbindung steht, wodurch die Druckleitung 10 über die Verbindungsleitung 54, die Druckanschlüsse P1, P2 und die Arbeitsanschlüsse A1, A2 mit der Steuerleitung 48 und somit mit dem Steuerraum 32 des Wegeventils 1 verbunden ist.
Durch das zusätzliche Schaltventil 76 ist ein Zusteuern des Wegeventils 1 mit einer kürzeren Stellzeit ermöglicht. Die Funktionsweise entspricht dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2.
Figur 5 offenbar in einem Hydraulikschaltplan eine Ventilanordnung in einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Hauptstufe 6 weist hierbei ein 4/3-Wegeventil bzw. Stetig-Wegeventil 82 mit zwei Steuerräumen 84, 86 zum Druckbeaufschlagen und Verschieben eines Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 auf. Anstelle eines 4/3-Wegeventils können auch beispielsweise ein 2/2- oder 3/2-Wegeventil eingesetzt sein.
Die Steuerräume 84, 86 sind jeweils über die Vorstufe 8 mit dem Tank 34 oder einer Druckmittelquelle 88 verbindbar. Die Vorstufe 8 hat ein elektromagnetisch stetig über Proportionalmagneten 90, 92 - denkbar ist beispielsweise auch ein Servo- oder Piezoelement oder ein Linearmotor - verstellbares 4/3-Wegeventil 94 und vier parallel dazu angeordnete Schaltventile 96, 98, 100, 102. Das Wegeventil 94 ist über einen Druckanschluss P mit einer mit der Druckmittelquelle 88 verbundenen Druckleitung 104 verbunden. Mit einem Tankanschluss T ist das Wegeventil 94 an eine mit dem Tank 34 verbundene Tankleitung 106 angeschlossen. Ein erster Arbeitsanschluss A des Wegeventils 94 steht über eine erste Arbeitsleitung 108 mit dem in der Figur 5 linken Steuerraum 84 des Wegeventils 82 und ein zweiter Arbeitsanschluss B steht über eine zweite Arbeitsleitung 110 mit dem rechten Steuerraum 86 in Druckmittelverbindung.
Ein Ventilschieber des Wegeventils 94 der Vorstufe 8 ist über zwei Ventilfedern 112, 114 in einer Grundstellung r zentrierbar und durch Bestromung des Proportionalmagneten 90 in Richtung von Arbeitsstellungen m, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T und der Arbeitsanschluss B mit dem Druckanschluss P in Druckmittelverbindung stehen, verschiebbar. In der Grundstellung r sind beide Arbeitsanschlüsse mit dem Tankanschluss T in Druckmittelverbindung. Über den Proportionalmagneten 92 ist der Ventilschieber des Wegeventils 94 in Richtung von Arbeitsstellungen n verschiebbar, in denen der Arbeitsanschluss A mit dem Druckanschluss P und der Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T in Druckmittelverbindung steht. Somit wird in den Arbeitsstellungen m der in der Figur rechte Steuerraum 86 des Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 mit der Druckquelle 88 und in den Arbeitsstellungen n der linke Steuerraum 84 mit der Druckmittelquelle 88 verbunden. Der jeweils nicht mit der Druckmittelquelle 88 verbundene Steuerraum 84 bzw. 86 in den Arbeitsstellungen m und n des Wegeventils 94 ist dann mit dem Tank 34 verbunden.
Das Wegeventil 82 der Hauptstufe 6 hat in der Figur 5 vier Anschlüsse, wobei diese nicht näher erläutert werden. Wesentlich bei dem Wegeventil 82 ist, dass der Hauptsteuerkolben über die Steuerräume 84, 86 mit einer verkürzten Stellzeit durch die Schaltventile 96 bis 102 verschiebbar ist.
Mit den in der Figur 5 rechts von dem Wegeventil 94 der Vorstufe 8 angeordneten Schaltventilen 100 und 102 ist der rechte Steuerraum 86 des Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 mit dem Tank 34 oder der Druckmittelquelle 88 und mit den links von dem Wegeventil 94 angeordneten Schaltventilen 96 und 98 ist der linke Steuerraum 84 des Wegeventils 82 mit der Druckmittelquelle 88 oder dem Tank 34 verbindbar.
Die Schaltventile 96 bis 102 entsprechen denen aus den ersten beiden Ausführungsbeispielen aus Figur 1 und 2. Das Schaltventil 100 ist über einen Arbeitsanschluss A mit der Arbeitsleitung 110 und mit einem Druckarischluss P mit der Druckleitung 104 verbunden. Ebenfalls über einen Arbeitsanschluss A ist das Schaltventil 102 mit der Arbeitsleitung 110 und mit einem Tankanschluss T mit der Tankleitung 106 verbunden. Über das Schaltventil 100 ist der rechte Steuerraum 86 des Wegeventils 82 somit mit der Druckmittelquelle 88 und über das Schaltventil 102 mit dem Tank 34 verbindbar.
Das Schaltventil 98 ist über einen Arbeitsanschluss A mit der Arbeitsleitung 108 und über einen Druckanschluss P mit der Druckmittelquelle 88 und das Schaltventil 96 über einen Arbeitsanschluss A mit der Arbeitsleitung 108 und mit einem Tankanschluss T mit dem Tank 34 verbunden. Der linke Steuerraum 84 des Wegeventils 82 ist damit über das Schaltventil 98 mit der Druckmittelquelle 88 und mit dem Schaltventil 96 mit dem Tank 34 verbindbar.
Der Hauptsteuerkolben des Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 ist über Ventilfedern 116, 118 in einer Sperrstellung u vorgespannt, über den Steuerraum 86 in Richtung von Arbeitsstellungen w und über den Steuerraum 84 in Richtung von Arbeitsstellungen v verschiebbar. Ein Wegaufnehmer 120 misst dabei den Verschiebeweg des Hauptsteuerkolbens.
Zum Verstellen des Hauptventilschiebers des Wegeventils 82 der Hauptstufe 6 in Richtung der Arbeitsstellungen v wird der in der Figur 5 linke Steuerraum 84 über das Wegeventil 94 der Vorstufe 8 mit der Druckmittelquelle 88 und der rechte Steuerraum 86 mit dem Tank 34 verbunden, in dem der Vorsteuerschieber des Wegeventils 94 in Richtung der Arbeitsstellungen n verschoben wird. Zur Verkürzung der Stellzeit des Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 wird zum einen das Schaltventil 98 bestromt, womit eine weitere Druckmittelverbindung zwischen dem in der Figur 5 linken Steuerraum 84 und der Druckmittelquelle 88 aufgesteuert ist und über das Schaltventil 102 der Steuerraum 86 mit dem Tank 34 verbunden. Sind beispielsweise 70 % des erforderlichen Verschiebewegs des Hauptsteuerkolbens erreicht, so werden die Schaltventile 98 und 102 in Sperrstellungen x geschaltet, wodurch die Steuerräume 84 und 86 nur über das Wegeventil 94 der Vorstufe 8 angesteuert werden. Damit ist eine genaue Positionierung des Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 ermöglicht.
Zum Verschieben des Hauptsteuerkolbens des Wegeventils 82 in Richtung der Arbeitsstellungen w wird entsprechend der Steuerraum 86 über das Wegeventil 94 mit der Druckquelle 88 und der Steuerraum 84 mit dem Tank 34 verbunden. Zum Verkürzen der Stellzeit werden dann das Schaltventil 96 und das Schaltventil 100 geöffnet.
Es ist denkbar, bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 weitere Schaltventile zwischein den Steuerräumen 84 bzw. 86 und der Druckmittelquelle 88 oder dem Tank 34 in der Vorstufe 8 anzuordnen. Hierbei sind auch Schaltventile wie in dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel aus Figur 3 und 4 gezeigt einsetzbar.
Die Schaltventile aus den Figuren 1 bis 5 weisen eine äußerst kurze Schaltzeit auf. Die Aktoren 74 und 80 der Schaltventile 70 bzw. 76 aus den Figuren 3 und 4 sind beispielsweise für 12 Volt ausgelegt. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Bestromung mit Überspannung - beispielsweise 24 Volt - möglich ist, wodurch vorteilhafterweise die Schaltzeit der Schaltventile 70 und 76 weiter verkürzt wird.
Die Wegeventile 50 und 94 der Vorstufe 8 aus den Figuren 1 bis 5 haben beispielsweise eine Nenngröße 6.
Die Schaltventile 58, 60; 66, 68; 96, 98, 100, 102 in den Figuren 1, 2 und 5 können auch als 3/2-Wegeventils ausgebildet sein. Hierbei ist ein Arbeitsanschluss A in einer ersten Schaltstellung mit einem Ablauf und in einer zweiten Schaltstellung mit einer Druckquelle verbindbar.
Offenbart ist ein vorgesteuertes Ventil mit einer Haupt- und einer Vorstufe. Die Hauptstufe weist ein Wegeventil auf, das beispielsweise als Sitz- oder Schieberventil ausgebildet ist. Ein derartiges Wegeventil hat zumindest einen Steuerraum, der über ein Wegeventil der Vorstufe mit einer Druckquelle oder einem Tank verbunden ist. Zur Verkürzung der Stellzeit des Wegeventils der Hauptstufe ist parallel zum Wegeventil der Vorstufe wenigstens ein Schaltventil angeordnet. Dieses ist äußerst kostengünstig und robust, weist eine geringe Schaltzeit auf und ermöglicht eine Erhöhung des Druckmitteldurchsatzes durch die Vorstufe.

Bezugszeichenliste

1: Wegeventil
2: Hydrospeicher
4: Hydrozylinder
6: Hauptstufe
8: Vorstufe
10: Druckleitung
12: Arbeitsanschluss
14: Arbeitsanschluss
16: Arbeitsleitung
18: Zylinderraum
20: Kolben
22: Ringraum
24: Kolbenstange
26: Ventilsitz
28: Stufenkolben
30: Steuerfläche
32: Steuerraum
34: Tank
36: Schließfeder
38: Wegmesskolben
40: Wegaufnehmer
42: Abschnitt
44: Ringfläche
46: Stirnfläche
48: Steuerleitung
50: Wegeventil
52: Proportionalmagnet
54: Verbindungsleitung
56: Tankleitung
58: Schaltventil
60: Schaltventil
62: Ventilfeder
64: Aktor
66: Schaltventil
68: Schaltventil
70: Schaltventil
72: Ventilfeder
74: Aktor
76: Schaltventil
78: Ventilfeder
80: Aktor
82: Wegeventil
84: Steuerraum
86: Steuerraum
88: Druckmittelquelle
90: Proportionalmagnet
92: Proportionalmagnet
94: Wegeventil
96: Schaltventil
98: Schaltventil
100: Schaltventil
102: Schaltventil
104: Druckleitung
106: Tankleitung
108: Arbeitsleitung
110: Arbeitsleitung
112: Ventilfeder
114: Ventilfeder
116: Ventilfeder
118: Ventilfeder
120: Wegaufnehmer
P: Druckanschluss
A, A1, A2: Arbeitsanschluss
T, T1, T2: Tankanschluss
a, h, k, r: Grundstellung
b, m, n, w, v: Arbeitsstellung
x, u: Sperrstellung
y, i, l: Öffnungsstellung

Claims

Ventilanordnung mit einem vorgesteuerten Ventil, das eine Haupt- und einer Vorstufe (6, 8) aufweist, wobei die Hauptstufe (6) ein Wegeventil (1; 82) mit zumindest einem Steuerraum (32; 84, 86) hat, der über ein Wegeventil (50; 94) der Vorstufe (8) mit einer Druckquelle (2; 88) oder einem Ablauf (34) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Wegeventil (50; 94) der Vorstufe (8) zumindest ein Schaltventil (58, 60, 66, 68; 70, 76; 96, 98, 100, 102) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Wegeventil (50, 94) der Vorstufe (8) ein Proportional-Wegeventil ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Steuerraum des Wegeventils (1; 82) der Hauptstufe (6) über das Wegeventil (50; 94) der Vorstufe (8) mit der Druckquelle (2; 88) oder dem Ablauf (34) und über zumindest eines der Schaltventile (58, 60; 70; 96, 102) mit dem Ablauf (34) und/oder über zumindest eines der Schaltventile (66, 68, 76, 98, 100) mit der Druckquelle (2, 88) verbindbar ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltventil (58, 60, 66, 68, 96, 98, 100, 102) einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss (A, T; P, A) hat, wobei in einer federvorgespannten Sperrstellung eine Druckmittelverbindung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss (A, T; P, A)gesperrt ist, und wobei in einer Öffnungsstellung der Eingangs- und der Ausgangsanschluss (A, T; P, A) in Druckmittelverbindung stehen.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wegeventil (1) der Hauptstufe (6) einen Steuerraum (32) hat, der über zwei Schaltventile (58, 60) mit dem Ablauf (34) verbindbar ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerraum (32) des Wegeventils (1) der Hauptstufe (6) über zwei Schaltventile (66, 68) mit der Druckquelle (2) verbindbar ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltventil (70, 76) zwei Zulauf- und zwei Ablaufanschlüsse hat (A1, A2, P1, P2, T1, T2) , wobei in einer federvorgespannten Grundstellung (h, k) die beiden Zulaufanschlüsse (A1, A2; P1, P2) und die beiden Ablaufanschlüsse (T1, T2; A1, A2) und in einer Schaltstellung (i, I) jeweils ein Zulauf- mit einem Ablaufanschluss (A1, A2, P1, P2, T1, T2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, wobei das Schaltventil (70) über die Zulaufanschlüsse (A1, A2) mit dem Steuerraum (32) und über die Ablaufanschlüsse (T1, T2) mit dem Tank (34) und/oder das Schaltventil (76) über die Zulaufanschlüsse (P1, P2) mit der Druckquelle (2) und über die Ablaufanschlüsse (A1, A2) mit dem Steuerraum (32) verbunden ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, wobei das Wegeventil (82) der Hauptstufe (6) zwei Steuerräume (84, 86) hat, über die ein Hauptsteuerkolben proportional über die Vorstufe (8) verstellbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 9, wobei jeder Steuerraum (84, 86) des Wegeventils (82) der Hauptstufe (6) über zumindest ein erstes Schaltventil (98, 100) mit der Druckquelle (88) und über zumindest ein zweites Schaltventil (96, 102) mit dem Tank (34) verbindbar ist.