WO2005111430A1

WO2005111430A1 - Hydraulik-ventilanordnung, insbesondere wasserhydraulik-ventilanordnung

Info

Publication number: WO2005111430A1
Application number: PCT/DK2005/000318
Authority: WO
Inventors: Hardy Peter Jepsen; Richard Thomas Entwistle
Original assignee: Danfoss A/S
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2005-11-24
Also published as: DE102004023553B3

Abstract

Es wird eine Hydraulik-Ventilanordnung, insbesondere Wasserhydraulik-Ventilanordnung (1) angegeben mit einem Hochdruckanschluβ (3), einem Niederdruckanschluβ (4), einem ersten Arbeitsanschluβ (10) und einem zweiten Arbeitsanschluβ (11) sowie einer Ventilgruppe (12), die eine erste Pilotdruck-gesteuerte Ventilstufe (14) zwischen dem Hochdruckanschluβ (3) und dem ersten Arbeitsanschluβ (10) und eine zweite Pilotdruck-gesteuerte Ventilstufe (27) zwischen dem zweiten Arbeitsanschluβ (11) und dem Niederdruckanschluβ (4) aufweist. Man möchte eine kostengünstig ausgebildete Ventilanordnung angeben. Hierzu ist vorgesehen, daβ die erste Ventilstufe (14) und die zweite Ventilstufe (27) vom gleichen Pilotdruck gesteuert sind.

Description

Hydraulik-Ventilanordnung, insbesondere Wasserhydraulik-Ventilanordnung

Die Erfindung betrifft eine Hydraulik-Ventilanordnung, insbesondere Wasserhydraulik-Ventilanordnung mit einem Hochdruckanschluß, einem Niederdruckanschluß, einem ersten Arbeitsanschluß und einem zweiten Arbeitsanschluß sowie einer Ventilgruppe, die eine erste Pilotdruck-gesteuerte Ventilstufe zwischen dem Hochdruckanschluß und dem ersten Arbeitsanschluß und eine zweite Pilotdruck-gesteuerte Ventilstufe zwischen dem zweiten Arbeitsanschluß und dem Niederdruckanschluß aufweist.

Eine derartige Ventilanordnung wird verwendet, um einen hydraulischen Verbraucher, beispielsweise einen hydraulischen Motor, der zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen angeordnet ist, zu steuern.

Eine Ventilanordnung, mit der ein Verbraucher in zwei Druckrichtungen beaufschlagt werden kann, ist aus US 5 331 883 A bekannt. Jeder Ventilstufe ist dabei ein Pilotventil zugeordnet. Die Pilotventile der beiden Ventilstufen, die einer Bewegungsrichtung eines zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen angeordneten Motors zugeordnet sind, werden durch einen gemeinsamen Steuerhebel betätigt, der um eine Achse verschwenkbar ist. Dies stellt relativ hohe Anforderungen an die Genauig- keit, mit der der Steuerhebel auf die Pilotventile wirkt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig ausgebildete Ventilanordnung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Wasserhydraulik-Ventil- anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die erste Ventilstufe und die zweite Ventilstufe vom gleichen Pilotdruck gesteuert sind.

Mit dieser Ausgestaltung werden die Anforderungen an eine mechanische Genauigkeit, mit der ein Steuerhebel auf die Ventilstufen wirkt, erheblich herabgesetzt. Ein Druck kann sich in einem System üblicherweise gleichförmig ausbreiten. Wenn man nun den gleichen Pilotdruck für die Ansteuerung der beiden Ventilstufen verwendet, dann kann man sicherstellen, daß die beiden Ventilstufen in einer vorgegebenen Abhängigkeit zueinander arbeiten, ohne daß aufwendige mechanische Einstellungen erforderlich sind.

Vorzugsweise weist jede Ventilstufe eine Pilotdruckkammer auf, wobei die Pilotdruckkammern miteinander verbunden sind und beide Pilotdruckkammern durch die erste Ventilstufe mit einer Steuerdruckversorgung verbunden sind. Die Verbindung der beiden Pilotdruckkammern gewährleistet, daß der Pilotdruck auf beide Ventilstufen wirken kann. Die Zufuhr des Steuerdrucks erfolgt durch die erste Ventilstufe. Dementsprechend sind keine zusätzlichen Anschlüsse in einer Verbindung zwischen den beiden Pilotdruckkammern erforderlich. Bevorzugterweise weist die zweite Ventilstufe ein Pilotventil auf. Das Pilotventil steuert den Druck zunächst in der Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe. Da diese mit der Pilotdruckkammer der ersten Ventilstu- fe verbunden ist, steuert das Pilotventil automatisch auch den Pilotdruck der ersten Ventilstufe. Wenn die Pilotdruckkammern über die erste Ventilstufe mit Druckflüssigkeit versorgt werden, ist auf einfache Weise sichergestellt, daß beide Pilotdruckkammern schnell mit einem gleichmäßigen Pilotdruck versorgt werden. Die zweite Ventilstufe wirkt dabei sozusagen als "Master" - Stufe, während die erste Ventilstufe als "Slave" -Stufe oder Folge-Stufe wirkt. Bei einem hydraulischen Verbraucher, der an die beiden Arbeitsanschlüsse ange- schlössen ist, beispielsweise ein als Kolben-Zylinder- Einheit ausgebildeter Motor, muß man üblicherweise eine Menge von Hydraulikflüssigkeit zuführen, die in einem gewissen Verhältnis zu einer abzuführenden Menge von Hydraulikflüssigkeit steht. Durch die Ausbildung der beiden Ventilstufen als Master-Slave-Anordnung läßt sich diese Relation auf einfache Weise sicherstellen.

Vorzugsweise ist das Pilotventil als Klappenventil ausgebildet, das eine Ventilplatte aufweist, die mit einem Pilotventilsitz zusammenwirkt, wobei die Ventilplatte in einer vorbestimmten Entfernung zum Pilotventilsitz aufgehängt ist und auf der gegenüberliegenden Seite ein Antrieb in einem vorbestimmten Abstand vom Pilotventilsitz an der Ventilplatte angreift. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß man die Ventilplatte als Hebel verwenden kann, wobei der Hebel ein Übersetzungsver- hältnis zwischen der Öffnungsweite des Pilotventils und der Auslenkung des Antriebs definiert. Die Ventilplatte bildet zusammen mit dem Pilotventilsitz eine Drossel, deren Drosselwiderstand durch eine Veränderung der Po- sition der Ventilplatte gegenüber dem Pilotventilsitz verwendet werden kann. Dadurch, daß der Antrieb in einem vorbestimmten Abstand vom Pilotventilsitz an der Ventilplatte angreift, ergibt sich eine Bewegung der Ventilplatte gegenüber dem Pilotventilsitz, die nur ein Bruchteil der Bewegung des Antriebs beinhaltet. Dadurch läßt sich zunächst einmal das Pilotventil sehr feinfühlig steuern. Die beiden Ventilstufen bilden jeweils sozusagen einen Verstärker, bei dem die durch eine Ventilstufe freigegebene Öffnung in einem bestimmten Ver- hältnis zur Öffnungsweite des Pilotventils steht. Durch eine feinfühlige Steuerung des Pilotventils läßt sich dann auch eine entsprechend feinfühlige Steuerung der beiden Ventilstufen erreichen.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Abstand größer als die

Entfernung ist. Je größer das Verhältnis zwischen Abstand und Entfernung ist, desto größer ist das Verhältnis der Hebelübersetzungen und desto feinfühliger läßt sich das Pilotventil steuern.

Vorzugsweise weist die zweite Ventilstufe ein Ventil- element auf, das über eine Feder an der Ventilplatte abgestützt ist. Damit ergibt sich eine mechanische Rückwirkung des Ventilelements auf das Pilotventil. Wenn sich das Ventilelement bewegt und sich beispielsweise auf die Ventilplatte zu bewegt, dann wird die Fe- der komprimiert . Die Feder erzeugt dann einen Druck auf die Ventilplatte, die der Kraft des Antriebs entgegenwirkt. Dadurch wird eine stärkere Annäherung der Ventilplatte an den Pilotventilsitz bewirkt, die wiederum eine Drosselung des Abflusses von Hydraulikflüssigkeit aus der Pilotdruckkammer bewirkt. Der dadurch steigende Druck in der Pilotdruckkammer führt dazu, daß das Ventilelement wieder von der Ventilplatte weg gedrückt wird. Damit ergibt sich ein selbsttätiger Regelkreis, der sehr schnell zu stabilen Bedingungen in der zweiten Ventilstufe führt.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Feder innerhalb des Ab- stands an der Ventilplatte angreift. Auch hier kann man sich dann ein Übersetzungsverhältnis zunutze machen,.

Die von der Feder auf die Ventilplatte ausgeübte Kraft hat einen etwas geringeren Einfluß auf die Bewegung der Ventilplatte als die vom Antrieb ausgeübte Kraft.

Vorzugsweise ist der Antrieb als Elektromagnet mit proportionaler Kennlinie ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Bewegung, die der Elektromagnet der Ventilplatte vermittelt, linear abhängig vom Strom oder von der Spannung, die dem Elektromagneten zugeführt wird. Die Öffnungsweite des Pilotventils, d.h. der Abstand zwischen der Ventilplatte und dem Pilotventilsitz ist bei dem kleinen Winkel, um den die Ventilplatte verschwenkt wird, praktisch linear abhängig von der Bewegung des Elektromagneten und damit linear abhängig vom zugeführ- ten Strom. Da sich die Öffnungsweiten der beiden Ventilstufen ebenfalls proportional zur Öffnung des Pilot- ventils ändern, läßt sich durch eine Einstellung eines vorbestimmten Stromes relativ genau ein vorbestimmter Durchfluß durch die Ventilgruppe erreichen. Man erhält also ein sehr preisgünstig ausgebildetes Proportional- ventil.

Vorzugsweise wirkt der Antrieb über einen Stößel auf die Ventilplatte. Dies gibt zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung des Ventils. Der Antrieb muß nicht mehr in unmittelbarer Nähe zur Ventilplatte angeordnet sein. Es ist durchaus möglich, den Antrieb und die Ventil- platte mit einem räumlichen Abstand zueinander zu versehen, weil man einen Stößel zwischen dem Antrieb und der Ventilplatte anordnen kann.

^" Vorzugsweise weist ^"die^" erste Ventilstufe^' einen Ventil-- körper auf, der mit einer Führung geführt ist, wobei zwischen dem Ventilkörper und der Führung eine Drossel ausgebildet ist, durch die die Pilotdruckkammer mit der Steuerdruckversorgung in Verbindung steht. Da der Ventilkörper ohnehin beweglich geführt sein muß, ist eine 100%ige Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und der Führung praktisch nicht zu erreichen. Man kann nun die sich dabei ergebende "Leckage" ausnutzen und sie bewußt so gestalten, daß über diese "Leckage" die Pilotdruckkammer fortlaufend gesteuert mit Druckflüssigkeit versorgt wird.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Drossel einen von der Position des Ventilkörpers abhängigen Drosselwiderstand aufweist. Beispielsweise kann der Drosselwiderstand ab- nehmen, wenn der Ventilkörper weiter in die Pilotdruckkammer hineingefahren worden ist. Dadurch ist es möglich, eine relativ schnelle Reaktion des Ventilkörpers auf ein "Schließsignal" zu erhalten.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Führung als Stift ausgebildet ist, der in eine Bohrung des Ventilkörpers eingesetzt ist, wobei sich die Bohrung an einem Ende des Ventilkörpers erweitert und der Stift sich am anderen Ende verjüngt. Die Drossel hat eine Länge, die sich zwischen der Erweiterung der Bohrung und der Verjüngung des Stiftes erstreckt. Wenn nun der Ventilkörper bewegt wird, dann nimmt diese Länge ab. Dementsprechend verringert sich der Drosselwiderstand.

Vorzugsweise weisen beide Ventilstufen Sitzventile mit jeweils einem Ventilsitz und einem damit zusammenwirkenden Ventilkegel auf. Der Ventilkegel bildet bei der ersten Ventilstufe den Ventilkδrper und bei der zweiten Ventilstufe das Ventilelement . Ein Sitzventil hat den

Vorteil, daß es "dicht" ist, d.h. mit Hilfe eines Sitzventils kann man die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit, im vorliegenden Fall Wasser, zu den Arbeitsanschlüssen vollständig unterbinden.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Ventilkegel mindestens einer Ventilstufe eine durch den Ventilsitz ragende Nase aufweist. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen ist es möglich, den Ventilkegel etwas zu stabilisieren und zwar auch dann, wenn er vom Ventilsitz abgehoben hat.

Der größere Vorteil liegt allerdings darin, daß man den Öffnungsquerschnitt des entsprechenden Ventils feinfühliger steuern kann. Dies gilt vor allem dann, wenn die Nase eine konische Form aufweist.

Vorzugsweise ist eine Gegenventilgruppe antiparallel zur Ventilgruppe angeordnet, die den gleichen Aufbau wie die Ventilgruppe aufweist. Ein zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen angeordneter Verbraucher kann dann in zwei Richtungen mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt werden. Der Verbraucher kann also in beide

Richtungen gesteuert angetrieben werden. Die Verwendung nur der Ventilgruppe reicht bei einseitig angetriebenen Verbrauchern aus, beispielsweise Hydraulikzylindern, die eine Last nur anheben, wobei die Last unter der Schwerkraft zurücksinken kann.

Vorzugsweise ist die Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe über ein zur Pilotdruckkammer hin öffnendes erstes Rückschlagventil mit dem zweiten Arbeitsanschluß verbunden und die Pilotdruckkammer der ersten Ventilstufe ist über ein zur Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe hin öffnendes zweites Rückschlagventil mit der Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe verbunden. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn man einen hydraulischen Verbraucher an die beiden Arbeitsanschlüsse anschließt, der unsymmetrisch aufgebaut ist . Ein derartiger Verbraucher ist beispielsweise ein Hydraulikzylinder mit einem nur auf einer Stirnseite ausfahrbaren Stempel. Ein derartiger Hydraulikzylinder hat auf beiden Seiten seines Kolbens unterschiedlich große Druckangriffsflächen. Er wirkt also sozusagen als Druckverstärker. Selbst dann, wenn die Ventilanordnung eigentlich in Neutralstellung steht, besteht die Gefahr, daß der Kolben wandert und den Stößel ausfährt . Durch die Verwendung der beiden Rückschlagventile ist dieses Problem nicht mehr gegeben. Die Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe wird immer mit einem ausreichend hohen Druck versorgt, so daß das Pilotventil in der Lage ist, die zweite Ventilstufe geschlossen zu halten, wenn dies gewünscht wird, so daß eine Wanderungsbewegung des Stößels ausbleibt.

Hierbei ist bevorzugt, daß das erste Rückschlagventil in Reihe mit einer Drossel angeordnet ist. Mit einer derartigen Drossel wird die Reaktion des Verbrauchers auf Steuersignale beschleunigt. Die Drossel trägt dazu ^'bei, daß der a^'uf das Ventάlelement der zweiten Ventilstufe wirkende Druck ausreichend groß bleibt, um die zweite Ventilstufe zu öffnen. Darüber hinaus wird der Zustrom von Hydraulikflüssigkeit zur Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe begrenzt, so daß das Pilotventil nicht überlastet wird. Gleichwohl wird sichergestellt, daß die Pilotdruckkammer mit einem ausreichend hohen Druck versorgt wird, um, falls erforderlich, die zweite Ventilstufe schließen zu können.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die den höchsten in der Ventilanordnung vorkommenden Druck als Schließdruck in die erste Ventil- stufe leitet. Auch dies ist eine Maßnahme, um eine Wan- derungsbewegung des Kolbens eines Hydraulikzylinders zu verhindern.

Hierzu kann die Ventileinrichtung ein erstes Wechsel- ventil, das zwischen dem ersten Arbeitsanschluß und dem zweiten Arbeitsanschluß angeordnet ist, und ein zweites Wechselventil aufweisen, das zwischen dem Ausgang des ersten Wechselventils und dem Hochdruckanschluß angeordnet ist. Das erste Wechselventil gibt den höchsten der beiden Drücke an den Arbeitsanschluß weiter. Das zweite Wechselventil vergleicht diesen Druck mit dem Druck am Hochdruckanschluß. Der jeweils höchste Druck führt zum Schließen der ersten Ventilstufe, so daß ein Driften des Antriebs zuverlässig verhindert werden kann.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Ausgang des zweiten Wechselventils durch die Führung hindurch in eine im Ventilkörper der ersten Ventilstufe ausgebildete Druck- kammer mündet. Diese Druckkammer kann beispielsweise durch die obengenannte Erweiterung der Bohrung gebildet sein, die den Stift aufnimmt. Durch die zwischen dem Stift und dem Ventilkörper ausgebildete Drossel wird dann die Pilotdruckkammer der ersten Ventilstufe und damit gleichlaufend auch die Pilotdruckkammer der zweiten Ventilstufe mit Druck versorgt, so daß die Ventilgruppe bzw. die Gegenventilgruppe arbeiten kann, wie oben beschrieben. Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Ventilanordnung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Ventilanordnung und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Ventilanordnung . Eine Ventilanordnung 1, die zur Steuerung eines wasserhydraulischen Verbrauchers 2 vorgesehen ist, weist ei- nen Hochdruckanschluß 3 auf, über den ein Versorgungsdruck Ps zugeführt wird, und einen^" Niederdruckanschluß 4, der mit einem Tank 5 verbunden ist.

Der Verbraucher 2 ist im vorliegenden Ausführungsbei- spiel als Hydraulikzylinder ausgebildet, der einen Kolben 6 aufweist, der in Richtung eines Doppelpfeiles 7 verlagert werden kann und zwar in Abhängigkeit von Drücken, die in einem ersten Arbeitsraum 8 und einem zweiten Arbeitsraum 9 herrschen.

Die Ventilanordnung 1 weist einen ersten Arbeitsanschluß 10 und einen zweiten Arbeitsanschluß 11 auf, zwischen denen der Verbraucher 2 angeordnet ist. Dargestellt ist aus Gründen der Übersicht, daß der Verbrau- eher 2 sowohl am ersten Arbeitsanschluß 10 als auch am zweiten Arbeitsanschluß 11 jeweils zwei Eingänge auf- weist. In vielen Fällen wird er jedoch an jedem Arbeitsanschluß 10, 11 nur einen Eingang aufweisen.

Zur Steuerung des Verbrauchers 2 weist die Ventilanord- nung 1 eine Ventilgruppe 12 und eine Gegenventilgruppe 13 auf. Die Ventilgruppe 12 ist für die Ansteuerung des Verbrauchers 2 in eine Richtung zuständig und die Ge- genventilgruppe 13 für die Ansteuerung des Verbrauchers 2 in die andere Richtung. In der Regel wird man nur ei- ne Ventilgruppe 12, 13 gleichzeitig betätigen. In manchen Fällen kann es jedoch auch sinnvoll sein, sowohl die Ventilgruppe 12 als auch die Gegenventilgruppe 13 zu betätigen. Die nachfolgende Erläuterung erfolgt am Beispiel der Ventilgruppe 12. Die Gegenventilgruppe 13 ist gleich aufgebaut, aber antiparallel mit dem Verbraucher 2 verbünden, wie dies weiter unten erläutert^{^} werden wird.

Die Ventilgruppe 12 weist eine erste Ventilstufe 14 auf, die zwischen dem Hochdruckanschluß 3 und dem ersten Arbeitsanschluß 10 angeordnet ist. Die erste Ventilstufe 14 weist einen Ventilkörper 15 auf, der auch als "Ventilkegel" bezeichnet werden kann. Die erste Ventilstufe 14 ist als Sitzventil ausgebildet, bei der der Ventilkörper 15 mit einem Ventilsitz 16 zusammenwirkt .

Der Ventilkörper 15 ist auf einem als Führung dienenden Stift 17 angeordnet. Er wird in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder 18 und dem Druck in einer Pilot- druckkammer 19 beaufschlagt. Die Pilotdruckkammer 19 wird über eine Drossel 20 mit veränderbarem Strömungs- querschnitt vom Hochdruckanschluß 3 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Ein zwischen dem Ventilkörper 15 und einem Gehäuse 21 eingezeichneter Spalt ist in Wirklich- keit nicht vorhanden.

Der Stift 17 ist in eine Bohrung 22 des Ventilkδrpers 15 eingesetzt, die am ventilsitzseitigen Ende eine Erweiterung 23 aufweist. Die Erweiterung 23 bildet eine Kammer, die über Öffnungen 24 mit dem Zufluß 25 verbunden ist, der wiederum mit dem Hochdruckanschluß 3 verbunden ist.

Am anderen Ende weist der Stift 17 eine Verjüngung 26 auf, also einen verminderten Durchmesser. Die Drossel 20, die ^"durch einen Spalt zwischen dem Ventilkörper 15 und dem Stift 17 gebildet ist, verändert also ihren Drosselwiderstand in Abhängigkeit von der Position des Ventilkörpers 15 auf dem Stift 17. Je weiter der Ven- tilkörper 15 entgegen der Kraft der Feder 18 vom Ventilsitz 16 abgehoben ist, desto kürzer ist die Länge des Spaltes zwischen dem Ventilkörper 15 und dem Stift 17.

Die Ventilgruppe 12 weist eine zweite Ventilstufe 27 auf, in der ein Ventilelement 28 mit einem Ventilsitz 29 zusammenwirkt. Auch die zweite Ventilstufe 27 beinhaltet also ein Sitzventil. Die zweite Ventilstufe 27 weist einen Zufluß 30 auf, der mit dem zweiten Arbeits- anschluß 11 verbunden ist. Auf das Ventilelement 28 wirkt in Schließrichtung die Kraft einer Feder 31 und der Druck in einer Pilotdruckkammer 32. Die Pilotdruckkammer 32 der zweiten Ventilstufe 27 steht mit der Pilotdruckkammer 19 der ersten Ventilstufe 14 über eine großzügig dimensionierte Leitung 33 in Verbindung. Mit anderen Worten herrscht in den beiden Pilotdruckkammern 19, 32 der gleiche Pilotdruck.

Der Pilotdruck wird durch ein Pilotventil 34 gesteuert, das in der zweiten Ventilstufe 27 ausgebildet ist. Das Pilotventil 34 ist als Klappenventil ausgebildet und weist eine Ventilplatte 35 auf, die an einem Ende an einer Aufhängung 36 aufgehängt ist. Die Ventilplatte 35 wirkt mit einem Pilotventilsitz 37 zusammen, der über eine Leitung 38 in den Tank 5 mündet. Der Pilotventilsitz 37 hat eine vorbestimmte Entfernung zur Aufhängung 36. Am anderen Ende der Ventilplatte 35 greift ein Antrieb 39 an der Ventilplatte 35 an. Der Antrieb 39 weist einen Elektromagneten 40 mit proportionaler Kennlinie auf, der über einen Stößel 41 auf die Ventilplatte 35 wirkt. Der Stößel 41 greift an einem vorbestimmten Abstand zum Pilotventilsitz 37 an, wobei der Abstand zwi- sehen dem Stößel 41 und dem Pilotventilsitz 37 größer ist als die Entfernung zwischen dem Pilotventilsitz 37 und der Aufhängung 36. Der Abstand ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Entfernung.

Die Feder 31, die das Ventilelement 28 beaufschlagt, stützt sich an der Ventilplatte 35 ab. Sie greift an der Ventilplatte 35 in einem Bereich zwischen dem Pilotventilsitz 37 und dem Antrieb 39 an, allerdings auf der dem Antrieb 39 gegenüberliegenden Seite.

Wie oben ausgeführt, weist der Elektromagnet 40 ein proportionales Verhalten auf, d.h. ein Hub des Stößels 41 ist proportional zu einem Strom oder einer Spannung, die an den Elektromagneten 40 angelegt wird. Dementsprechend ist auch die Öffnung zwischen der Ventilplat- te 35 und dem Pilotventilsitz 37 proportional zu dem angelegten Strom. Allerdings ist die Öffnungsweite aufgrund der Hebelübersetzung der Ventilplatte 35 wesentlich kleiner als der Hub des Stößels 41. Entsprechend den an einem einarmigen Hebel herrschenden Gesetzen ist das Verhältnis zwischen der Öffnungsweite am Pilotventilsitz 37^" und dem Hub des ^"Stößels 41 proportional zum Verhältnis zwischen der Entfernung zwischen dem Pilotventilsitz 37 und der Aufhängung 36 und der Entfernung zwischen der Aufhängung 36 und dem Antrieb 39. Das Pi- lotventil 34 läßt sich also sehr feinfühlig steuern. Da die zweite Ventilstufe 27 das Pilotventil 34 aufweist, ist die zweite Ventilstufe 27 sozusagen der "Master", dem die erste Ventilstufe 14 als "Slave" folgt .

Wenn das Pilotventil 34 geschlossen ist, dann baut sich in den Pilotdruckkammern 19, 32 der Druck vom Hochdruckanschluß 3 auf. Dieser Druck führt dazu, daß der Ventilkörper 15 gegen den Ventilsitz 16 und das Ventil- element 28 gegen den Ventilsitz 29 gedrückt wird. Die Ventilgruppe 12 ist dementsprechend geschlossen. Wenn der Antrieb 39 betätigt wird, dann strömt Hydraulikflüssigkeit durch den Spalt zwischen der Ventilplatte 35 und dem Pilotventilsitz 37 zum Tank 5 hin ab. Dementsprechend sinkt der Druck in den Pilotdruckkammern 19, 32. Wenn der über die jeweiligen Zuflüsse 25, 30 auf den Ventilkörper 15 bzw. das Ventilelement 28 wirkende Druck die Wirkung des Drucks in den Pilotventilkammern 19, 32 und der Federn 18, 31 übersteigt, dann hebt der Ventilkörper 15 vom Ventilsitz 16 ab und das Ventilelement 28 hebt vom Ventilsitz 29 ab. Es kann also Hydraulikflüssigkeit vom Hochdruckanschluß 3 über den ersten Arbeitsanschluß 10 in den Arbeitsraum 8 fließen und vom Arbeitsraum 9 über den zweiten Arbeits- anschluß 11 und die zweite Ventilstufe 27 zum Tank 5.

Der Drosselwiderstand der veränderbaren Drossel 20 verringert sich dabei. Wenn das Pilotventil 34 geschlossen wird, wird der Druck in den Pilotdruckkammern 19, 32 sehr schnell wieder aufgebaut, so daß die beiden Ventilstufen 14, 27 recht schnell wieder schließen.

In der zweiten Ventilstufe 27 ergibt sich eine selbsttätige Regelung. Wenn das Ventilelement 28 vom Ventil- sitz 29 abhebt, dann wird die Feder 31 komprimiert und belastet die Ventilplatte 35 in Schließrichtung. Dementsprechend wird der Abstand zwischen der Ventilplatte 35 und dem Pilotventilsitz 37 verringert. Dies erhöht den Abflußwiderstand aus der Pilotdruckkammer 32, so daß der Pilotdruck in der Pilotdruckkammer 32 (und natürlich auch in der Pilotdruckkammer 19) steigt. Dies wiederum führt dazu, daß sich das Ventilelement 28 stärker an den Ventilsitz 29 annähert. Die Feder 31 entspannt sich etwas und verringert die auf die Ventil- platte 35 wirkende Kraft. Über diese mechanische Rück- Wirkung läßt sich sehr schnell ein stabiler Betriebszustand in der zweiten Ventilstufe 27 erreichen. Die Durchflußquerschnitte, die in der ersten Ventilstufe 14 und in der zweiten Ventilstufe 27 freigegeben werden, sind im Prinzip ein Vielfaches des Öffnungsquer- Schnitts, der im Pilotventil 34 freigegeben wird. Da das Pilotventil 34 proportional angesteuert werden kann, läßt sich über die dargestellte Anordnung ein Proportionalventil bereitstellen, das einen außerordentlich einfachen und damit kostengünstigen Aufwand hat. Die Ventilkörper der ersten und der zweiten Ventilstufe 14, 27^' arbeiten^' gleichlaufend, ohne -daß man- für ihre Ansteuerung einen größeren Aufwand treiben müßte .

Die Gegenventilgruppe 13 ist genauso aufgebaut, wie die Ventilgruppe 12. Der einzige Unterschied liegt darin, daß die erste Ventilstufe 14 mit dem zweiten Arbeits- anschluß 11 und die zweite Ventilstufe 27 mit dem ersten Arbeitsanschluß 10 verbunden ist. Dadurch ist es möglich, den Verbraucher 2 in beide Richtungen mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck zu versorgen.

Die Ventilanordnung 1 ist vor allem dann geeignet, wenn als Hydraulikflüssigkeit Wasser verwendet wird. Dadurch, daß die beiden Ventilstufen 14, 27 Sitzventile enthalten, ist es möglich, die Ventilanordnung 1 "dicht" zu bekommen. Da Wasser eine geringere Viskosität hat als das normalerweise als Hydraulikflüssigkeit verwendete Öl, ist die Dichtigkeit von einer gewissen Bedeutung.

Bei der Verwendung von Wasser ist es günstig, wenn der Ventilkörper 15 und das Ventilelement 28 aus Kunststoff gebildet sind, vor allem aus einem Kunststoff, der reibungsarm mit dem Gehäuse 21 und dem Stift 17 zusammenwirkt. Die Verwendung von Kunststoff für den Ventilkörper 15 und das Ventilelement 28 bewirkt darüber hinaus, daß diese beiden Ventilkörper eine geringere Masse aufweisen, so daß die Reaktionszeit der Ventilanordnung verringert werden kann. Durch die Verwendung von Kunststoffen wird auch das Risiko von Korrosion klein gehalten.

Die Ausgestaltung der Fig. 1 zeigt einen Verbraucher 2, der "symmetrisch" ist. Beide Arbeitsräume 8, 9 haben also die gleiche Druckangriffsfläche des Kolbens 6. In diesem Fall bereitet es in der Regel keine Schwierig- keiten, den Verbraucher 2 in seiner Neutralstellung, z.B. Mittelstellung zu halten, wenn auch die Ventilanordnung 1 in ihrer Neutralstellung ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen nun abgewandelte Ventilanord- nungen, bei denen gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In den Fig. 2 und 3 ist der Verbraucher 2 unsymmetrisch ausgebildet, d.h. der Kolben 6 ist mit nur einer Kol- benstange 42 versehen, so daß der Druck im Arbeitsraum 8 auf eine kleinere Druckangriffsfläche des Kolbens 6 wirkt als im Arbeitsraum 9. Der Verbraucher 2 wirkt damit sozusagen als hydraulischer Verstärker. Dementsprechend wird der Druck, der in Öffnungsrichtung auf das Ventilelement 28 der zweiten Ventilstufe 27 der Gegen- ventilgruppe 13 wirkt, größer sein als ein entsprechender Druck, der in Öffnungsrichtung auf das Ventilelement 28 der zweiten Ventilstufe 27 der Ventilgruppe 12 wirkt . Unter ungünstigen sonstigen Bedingungen kann dann die Gefahr bestehen, daß die zweite Ventilstufe 27 der Gegenventilgruppe 13 öffnet und die Kolbenstange 42 langsam ausfährt, was nicht gewünscht ist.

Um diese Erscheinung zu vermeiden, ist zunächst einmal der zweite Arbeitsanschluß 11 über ein erstes Rück- schlagventil 43 mit der Pilotdruckkammer 32 der zweiten Stufe 27 der Ventilgruppe 12 verbunden. Das Rückschlagventil 43 öffnet in Richtung auf die Pilotdruckkammer 32. Darüber hinaus ist in der Leitung 33 ein zweites Rückschlagventil 44 angeordnet, über das die Pilot- druckkammer 19 der ersten Ventilstufe 14 mit der Pilotdruckkammer 32 der zweiten Ventilstufe 27 verbunden ist. Auch das zweite Rückschlagventil 44 öffnet in Richtung auf die Pilotdruckkammer 32 der zweiten Ventilstufe 27. Man stellt auf diese Weise sicher, daß der höchste vorkommende Druck in der Pilotdruckkammer 32 der zweiten Ventilstufe 27 herrscht, so daß das Ventilelement 28 nicht vom Ventilsitz 29 abheben kann.

Entsprechendes gilt für die Gegenventilgruppe 13. Auch dort sind entsprechende Rückschlagventile 43, 44 vorhanden. In Reihe mit dem ersten Rückschlagventil 43 ist eine Drossel 45 angeordnet. Diese Drossel 45 sorgt dafür, daß auch dann, wenn das erste Rückschlagventil 43 öff- net, ein ausreichender Öffnungsdruck auf das Ventilelement 28 wirken kann.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausgestaltung, bei der ebenfalls ein unsymmetrischer Verbraucher 2 vorhanden ist. Man kann die Ausgestaltung nach Fig. 3 alternativ oder zusätzlich zu der Ausgestaltung nach Fig. 2 verwenden.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 ist ein erstes Wechselventil 46 zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen 10, 11 angeordnet. Das Wechselventil 46 weist einen Ausgang 47 ^"auf,^" der ^{^}dementsprechend den höchsten ^{^}der- beiden an - den Arbeitsanschlüssen 10, 11 herrschenden Drücke weitergibt .

Ein zweites Wechselventil 48 ist mit dem Ausgang 47 des ersten Wechselventils 46 verbunden. Der andere Eingang des zweiten Wechselventils 48 ist mit dem Hochdruckanschluß 3 verbunden, so daß am Ausgang 49 des zweiten Wechselventils 48 ebenfalls der höchste in der Ventil- anordnung 1 vorkommende Druck ansteht.

Der Ausgang 49 des zweiten Wechselventils 48 ist nun mit der Erweiterung 23 der Ventilkörper 15 verbunden und zwar durch den Stift 17 hindurch, der zu diesem Zweck eine Durchgangsbohrung aufweist. Dieser Druck hält die ersten Ventilstufen 14 zuverlässig geschlossen, bis das entsprechende Pilotventil 34 öffnet.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 haben die Ventilele- mente 28 der zweiten Ventilstufe 27 eine Nase 51, die den Ventilsitz 29 durchragt. Wenn also das Ventilelement 28 vom Ventilsitz 29 abhebt, dann wird nicht sofort der gesamte Strömungsquerschnitt freigegeben, der vom Ventilsitz 29 umgeben ist, sondern nur ein Spalt, der zwischen dem Ventilsitz 29 und der Nase 51 gebildet ist. Da die Nase konisch ausgebildet ist, erfolgt mit der zunehmenden Entfernung des Ventilelements 28 vom Ventilsitz 29 eine zunehmende Vergrößerung des freigegebenen Strömungsquerschnitts.

In allen Fällen kann es sinnvoll ^"sein, auf den Ventil- - körper 15 bzw. das Ventilelement 28 den höheren Druck, wie dargestellt, seitlich wirken zu lassen. Zwischen dem Ventilkörper 15 bzw. dem Ventilelement 28 und dem Gehäuse, in dem sie gelagert sind, ist vielfach eine Dichtung angeordnet, die dann der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der jeweiligen Pilotdruckkammer 19, 32 und dem Druck im jeweiligen Zulaufanschluß 25, 30 ausgesetzt ist. Da der Pilotdruck durchaus in die glei- ehe Größenordnung kommen kann, wie der letztgenannte

Druck, hält man mit einer derartigen Anordnung die auf die Dichtung wirkende Druckbelastung kleiner, als wenn man die Anschlüsse vertauscht, d.h. den jeweils höheren Druck auf die Stirnseiten von Ventilkörper 15 bzw. Ven- tilelement 28 wirken läßt.

Claims

Patentansprüche

1. Hydraulik-Ventilanordnung, insbesondere Wasserhydraulik-Ventilanordnung mit einem Hochdruckanschluß, einem Niederdruckanschluß, einem ersten Arbeitsanschluß und einem zweiten Arbeitsanschluß sowie einer Ventilgruppe, die eine erste Pilotdruck- gesteuerte Ventilstufe zwischen dem Hochdruckanschluß und dem ersten Arbeitsanschluß und eine zweite Pilotdruck-gesteuerte Ventilstufe zwischen dem zweiten Arbeitsanschluß und dem Niederdruckanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (14) und die zweite Ventilstufe (27) vom gleichen Pilotdruck gesteuert sind.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ventilstufe (14, 27) eine Pilot- druckkammer (19, 32) aufweist, wobei die Pilot- druckkammern (19, 32) miteinander verbunden sind und beide Pilotdruckkammern (19, 32) durch die erste Ventilstufe (14) mit einer Steuerdruckversorgung (3) verbunden sind.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilstufe (27) ein Pilotventil (34) aufweist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (34) als Klappenven- til ausgebildet ist, das eine Ventilplatte (35) aufweist, die mit einem Pilotventilsitz (37) zusammenwirkt, wobei die Ventilplatte (35) in einer vorbestimmten Entfernung zum Pilotventilsitz (37) auf- gehängt ist und auf der gegenüberliegenden Seite ein Antrieb (39) in einem vorbestimmten Abstand vom Pilotventilsitz (37) an der Ventilplatte (35) angreift .

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand größer als die Entfernung ist .

6. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die zweite Ventilstufe (27) ein Ventilelement (28) aufweist, das über eine Feder^" (31) an der Ventilplatte (35) abgestützt ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Feder (31) innerhalb des Abstands an der Ventilplatte (35) angreift.

8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (39) als Elektromagnet (40) mit proportionaler Kennlinie ausgebildet ist .

9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (39) über einen Stößel (41) auf die Ventilplatte (35) wirkt.

10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilstufe (14) einen Ventilkörper (15) aufweist, der mit einer Führung geführt ist, wobei zwischen dem Ventil- körper (15) und der Führung eine Drossel (20) ausgebildet ist, durch die die Pilotdruckkammer (19) mit der Steuerdruckversorgung (3) in Verbindung steht .

11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (20) einen von der Position des Ventilkörpers (15) abhängigen Drosselwiderstand aufweist.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung als Stift (17) ausgebildet ist, der in eine Bohrung (22) des Ventilkörpers (15) eingesetzt ist, wobei sich die Bohrung (22) an einem Ende des Ventilkörpers (15) erweitert und der Stift (17) sich am anderen Ende verjüngt.

13. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventilstufen (14, 27) Sitzventile mit jeweils einem Ventilsitz (16, 29) und einem damit zusammenwirkenden Ventilkegel (15, 28) aufweisen.

14. Ventilanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Ventilkegel (28) mindestens einer Ventilstufe (27) eine durch den Ventilsitz (29) ragende Nase (51) aufweist.

15. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenventilgruppe (13) antiparallel zur Ventilgruppe (12) angeordnet ist, die den gleichen Aufbau wie die Ventilgruppe (12) aufweist.

16. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pilotdruckkammer (32) der zweiten Ventilstufe (27) über ein zur Pilotdruckkammer (32) hin öffnendes erstes Rückschlagventil (43) mit dem zweiten Arbeitsanschluß (11) verbunden ist und die Pilotdruckkammer (19) der ^"ersten Ventilstufe (14)^" über ^"ein zur Pilotdruckkammer (32) der zweiten Ventilstufe (27) hin öffnendes zweites Rückschlagventil (44) mit der Pilotdruckkammer (32) der zweiten Ventilstufe (27) verbunden ist.

17. Ventilanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rückschlagventil (43) in Reihe mit einer Drossel (45) angeordnet ist.

18. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die den höchsten in der Ventilanordnung (1) vorkommenden Druck als Schließdruck in die erste Ventilstufe (14) leitet.

19. Ventilanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein erstes Wechselventil (46) , das zwischen dem ersten Arbeitsanschluß (10) und dem zweiten Arbeitsanschluß (11) angeordnet ist, und ein zweites Wechselventil (48) aufweist, das zwischen dem Ausgang (47) des ersten Wechselventils (46) und dem Hochdruckanschluß (3) angeordnet ist.

20. Ventilanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (49) des zweiten Wechsel- ventils (48) durch die Führung (17) hindurch in eine im Ventilkörper (15) der ersten Ventilstufe (14) ausgebildete Druckkammer (23) mündet.