DE19522744B4

DE19522744B4 - Elektrohydraulische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE19522744B4
Application number: DE1995122744
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. Sandau (Fh); Werner Dipl.-Ing. Schumacher; Rainer Dipl.-Ing. Trucksess (Fh); Holger Dipl.-Ing. Lueues
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: DE19522744A1

Abstract

Elektrohydraulische Steuervorrichtung zur Steuerung des Volumenstroms zwischen einem Motoranschluß und einem Rücklaufanschluß, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Hauptsteuerglied, in das ein von einem Proportionalmagnet betätigbares Vorsteuerglied ragt, das zum Zwecke der Vorsteuerung den Druck in einer stirnseitig am Hauptsteuerglied liegenden Druckkammer steuert und das nach Art einer Folgesteuerung mit dem Hauptsteuerglied zusammenarbeitet, wobei das Hauptsteuerglied einen den Motoranschluß absichernden Hauptventilkegel und davon im Abstand liegende Feinsteuernuten aufweist, die mit dem Hauptventilkegel in Serie zwischen Motoranschluß und Rücklaufanschluß geschaltet sind und mit einer sich gehäusefest abstützenden Feder die das Vorsteuerglied in Richtung Ausgangsstellung belastet, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerglied (28) gegenüber dem Druck im Motoranschluß (13) druckausgeglichen ausgebildet ist und von einer sich gehäusefest abstützenden Druckfeder (42) in Richtung seiner Ausgangsstellung belastet ist, in der sein Hauptventilkegel (39) auf einem Ventilsitz (41) im Gehäuse (12) anliegt, daß das Vorsteuerglied (48) in die Steuerverbindung von einem Steueranschluß (15) zu der Druckkammer (35) geschaltet ist und daß die Druckkammer (35) über eine Steuerleitung (65) zum Rücklaufanschluß (14) entlastet ist, die über im Vorsteuerglied (48) angeordnete Kanäle (58, 57) und stromabwärts davon über eine im Hauptsteuerglied (28) angeordnete Drosselstelle (61) geführt ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuervorrichtung zur Steuerung des Volumenstroms zwischen einem Motoranschluß und einem Rücklaufanschluß nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon eine solche elektrohydraulische Steuervorrichtung zur Steuerung des Volumenstroms von einem hydraulischen Motor zum Tank aus der DE 41 40 604 A1 bekannt, wobei das vom Proportionalmagnet betätigte Vorsteuerglied in das Hauptsteuerglied hineinragt und mit diesem nach Art einer Folgesteuerung zusammenarbeitet. Solche Steuervorrichtungen werden als stetig arbeitende, feinsteuerbare Sperrventile bzw. als Senkventile verwendet, bei denen mit Hilfe geringer Kräfte große hydraulische Leistungen gesteuert werden, wobei die Leckage gering sein soll. Zudem ermöglicht diese Steuervorrichtung bei schwingungsarmen Betrieb eine hohe Regelstabilität, so daß der von einem belasteten Motor abfließende Volumenstrom feinfühlig und ohne Voreilung der Last steuerbar ist. Diese Steuervorrichtung ist so ausgeführt, daß der Lastdruck im Motoranschluß zum Antrieb des Hauptsteuerglieds verwendet wird, an dem eine geeignete, vom Lastdruck beaufschlagte Differenzfläche ausgebildet ist. Ein Senken der Last kann daher bei nicht eingeschalteter Hydraulikanlage erfolgen. In manchen Anwendungsfällen ist es aber erwünscht, daß erst nach dem Einschalten einer Hydraulikanlage und dem Aufbau eines Steuerdrucks ein Senken der Last möglich sein soll, um somit auch eine größere Sicherheit gegen unbeabsichtigte Betätigung zu erreichen.

Ferner ist aus der US 4 585 206 eine elektrohydraulische Steuervorrichtung bekannt, die als vorgesteuertes, proportional arbeitendes 2-Wege-Ventil ausgeführt ist, das neben einem feinfühligen Steuern schwerer Lasten hohe Anforderungen an die Dichtheit erfüllt. Bei dieser Steuervorrichtung sind das Hauptsteuerglied einerseits und andererseits das Vorsteuerglied mit Proportionalmagnet in parallelen Achsen angeordnet, so daß keine Folgesteuerung möglich ist. Für den Antrieb des Hauptsteuerglieds wird ebenfalls der Lastdruck verwendet, so daß eine Steuerölversorgung entfällt.

Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Steuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine proportionale, feinfühlige Steuerung von Volumenströmen zum Senken einer Last ermöglicht, wobei durch geringe Leckage hohe Dichtheitsforderungen erfüllt werden und zum Antrieb des Hauptsteuerglieds eine gesondert zugeführte Steuerenergie verwendet wird. Eine Betätigung der Steuervorrichtung über die Folgesteuerung ist nur möglich, wenn ein gesonderter Zulaufanschluß für den Steuerölstrom mit Druck versorgt wird. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung höhere Sicherheitsanforderungen erfüllen, da ein Senken der Last nur bei eingeschalteter Steuerölversorgung möglich ist.

Zudem baut die Steuervorrichtung relativ einfach und platzsparend.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen,Steuervorrichtung möglich, wobei insbesondere eine einfache, kompakte und kostengünstige Bauweise unterstützt wird. Besonders zweckmäßig für das Regelverhalten der Steuervorrichtung ist, wenn gemäß Anspruch 5 eine Dämpfung vorgesehen wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei die einzige Figur einen Längsschnitt durch eine elektrohydraulische Steuervorrichtung in vereinfachter Darstellung zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrohydraulische Steuervorrichtung 10 in vereinfachter Darstellung, wie sie zur Steuerung des Volumenstroms beim Senken eines einfachwirkenden hydraulischen Motors 1, 1 verwendbar ist; solche Steuervorrichtungen werden deshalb auch als Sperrventil oder Senkventil bezeichnet. Die Steuervorrichtung 10 hat in einem Gehäuse 12 einen Motoranschluß 13, einen Rücklaufanschluß 14 sowie einen Steueranschluß 15, der von einer Steuerdruckmittelquelle 16 mit Druckmittel versorgt wird.

Der Motoranschluß 13 steht über eine Arbeitsleitung 17 mit einem Kolbenraum 18 des Motors 11 in Verbindung, der mit seinem Kolben 19 und der Kolbenstangen 21 eine nicht näher gezeichnete Last heben kann. Ferner steht der Kolbenraum 18 über eine Zuführleitung 22 mit dem Ausgang einer Pumpe 23 in Verbindung, welche Druckmittel aus einem Tank 24 saugt und über ein 3/2-Wegeventil 25 und ein Rückschlagventil 26 in den Kolbenraum 18 fördern kann.

Die Steuervorrichtung 10 weist in dem Gehäuse 12 eine durchgehende Schieberbohrung 27 auf, in der ein Hauptsteuerglied 28 gleitend geführt ist. In der Schieberbohrung 27 sind durch ringförmige Erweiterungen Kammern ausgebildet, von denen eine mittig liegende Motorkammer 29 mit dem Motoranschluß 13 Verbindung hat. Auf der einen Seite der Motorkammer 29 schließt sich in der Schieberbohrung 27 eine Zwischenkammer 31 und daran eine Rücklaufkammer 32 an, die nach außen hin durch einen Stopfen 33 verschlossen ist und die mit dem Rücklaufanschluß 14 Verbindung hat. Auf der anderen Seite der Motorkammer 29 ist in der Schieberbohrung 27 eine Zulaufkammer 34 ausgebildet, welche mit dem Steueranschluß 15 Verbindung hat und daran anschließend eine Druckkammer 35, in deren aufgeweitetem Endabschnitt eine Einstellschraube 36 eingebaut ist, während die Druckkammer 35 nach außen hin durch einen Proportionalmagneten 37 verschlossen ist.

Das Hauptsteuerglied 28 weist an seiner der Rücklaufkammer 32 zugewandten Stirnseite 38 ein verdicktes Ende auf, das als Hauptventilkegel 39 ausgebildet ist, der mit einem gehäusefesten Ventilsitz 41 zusammenarbeitet. Der Hauptventilkegel 39 wird von einer in der Rücklaufkammer 32 angeordneten Druckfeder 42 auf diesen Ventilsitz 41 gedrückt, wobei das Hauptsteuerglied 28 eine Ausgangsstellung einnimmt, in welcher durch die Sitzventilfunktion die Motorkammer 29 dicht abgesperrt wird. Angrenzend an diesen Hauptventilkegel 39 weist das Hauptsteuerglied 28 einen ersten Kolbenabschnitt 43 auf, an dem geeignete Feinsteuernuten 44 angeordnet sind, welche die Verbindung von der Motorkammer 29 zur Zwischenkammer 31 steuern. Im Bereich zwischen Motorkammer 29 und Druckkammer 35 weist das Hauptsteuerglied 28 einen zweiten Kolbenabschnitt 45 auf, der mit seiner Stirnseite 46 an den Druckraum 35 grenzt und dort der Einstellschraube 36 gegenüberliegt. Im Hauptsteuerglied 28 ist ausgehend von der zweiten Stirnseite 46 eine sacklochartige Bohrung 47 zentrisch angeordnet, in welche ein Vorsteuerglied 48 ragt. Das Vorsteuerglied 48 ist mit einem schieberförmigen Abschnitt 49 in der Bohrung 47 dicht und gleitend geführt, während es mit seinem Schaft 51 die Einstellschraube 36 durchdringt und eine Feder 52 trägt, die sich ihrerseits an der Einstellschraube 36 abstützt. In der gezeichneten Ausgangsstellung hält die Feder 52 den Schaft 51 anliegend an einen Anker 53 des Proportionalmagneten 37. Der schieberförmige Abschnitt 49 bildet am Übergang zum Schaft 51 eine Steuerkante 54, die mit einer zugeordneten Steuerkante 55 im Hauptsteuerglied 28 Teile der Folgesteuerung 56 bilden. Mit diesen Steuerkanten 54, 55 wird die Verbindung von der Zulaufkammer 34 zur Druckkammer 35 gesteuert. Im Bereich des schieberförmigen Abschnitts 49 weist das Vorsteuerglied eine Axialbohrung 57 sowie Radialbohrungen 58 auf, über welche die Druckkammer 35 Verbindung zum inneren Ende der sacklochartigen Bohrung 47 hat.

Das Hauptsteuerglied 28 weist ausgehend von seiner Stirnseite 38 eine zweite sacklochartige Bohrung 59 auf, die an ihrem Ende über eine Drosselstelle 61 mit der ersten sacklochartigen Bohrung 47 Verbindung hat. Die im Hauptsteuerglied 28 liegende Drosselstelle 61 befindet sich somit in Längsrichtung gesehen im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Kolbenabschnitt 43 bzw. 45. In dieser sacklochartigen Bohrung 59 ist ein Dämpfungskolben 62 dicht und gleitend geführt, der sich mit seinem aus dem Hauptsteuerglied 28 herausragenden Ende an dem Stopfen 33 abstützt. Im Dämpfungskolben 62 ist eine Dämpfungsdrossel 63 angeordnet, welche den Innenraum der sacklochartigen Bohrung 59 mit der Rücklaufkammer 32 verbindet.

Das Hauptsteuerglied 28 arbeitet am Ventilsitz 41 mit einem wirksamen Dichtungsdurchmesser, der dem Außendurchmesser des zweiten Kolbenabschnitts 45 entspricht, der durch eine gehäusefeste Dichtung 64 noch zusätzlich abgedichtet ist. Auf diese Weise ist das Hauptsteuerglied 28 gegenüber dem in der Motorkammer 29 herrschenden Lastdruck druckausgeglichen ausgeführt. Auch das Vorsteuerglied 48 ist gegenüber den Drücken in der Zulaufkammer 34 und in der Druckkammer 35 druckausgeglichen ausgebildet. Die Druckkammer 35 ist ständig über eine Steuerleitung 65 zum Rücklaufanschluß 14 entlastet, wobei diese Steuerleitung 65 im einzelnen über die Radialbohrungen 58, die Axialbohrung 57, die sacklochartige Bohrung 47, die Drosselstelle 61, die Bohrung 59, den Dämpfungskolben 62 mit Dämpfungsdrossel 63 hindurch in die Rücklaufkammer 32 führt.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätzliche Funktion derartiger Sperrventile und einer Folgesteuerung als an sich bekannt vorausgesetzt werden.

Wird in einer Neutralstellung eine Last am einfach wirkenden Motor 11 lediglich gehalten, so ist an der Steuervorrichtung 10 der Proportionalmagnet 37 nicht erregt und das 3/2-Wegeventil 25 nimmt seine gezeichnete Schaltstellung I ein. Der Kolbenraum 18 ist damit durch das Rückschlagventil 26 in der Zuführleitung 22 einerseits sowie durch das in der gezeichneten Ausgangsstellung befindliche Hauptsteuerglied 28 dicht abgesperrt. Das gegenüber dem Lastdruck druckausgeglichene Hauptsteuerglied 28 wird dabei von der Druckfeder 42 mit seinem Hauptventilkegel 39 gegen den Ventilsitz 41 gedrückt, während andererseits die Motorkammer 29 durch die Dichtung 64 am zweiten Kolbenabschnitt 45 abgesperrt ist. Der Motor 11 kann daher schwere Lasten bei geringer Leckage über lange Zeit halten.

Zum Heben einer Last am Motor 11 wird bei nicht aktivierter Steuervorrichtung 10 das 3/2-Wegeventil 25 in seine Schaltstellung II geschaltet, so daß nun die Pumpe 23 über das Rückschlagventil 26 und die Zuführleitung 22 Druckmittel in den Kolbenraum 18 fördern kann. Es sei davon ausgegangen, daß dabei die Steuervorrichtung 10 den Motoranschluß 13 hydraulisch blockiert, so daß die Hebenfunktion durchgeführt wird.

Zum Senken einer Last am Motor 11 wird bei abgeschaltetem 3/2-Wegeventil 25 der Proportionalmagnet 37 aktiviert und zugleich auch die Steuerdruckmittelquelle 16 eingeschaltet, so daß sich in der Zulaufkammer 34 ein geeigneter Steuerdruck aufbauen kann. Beim Senken wird nun vom Proportionalmagneten 37 im Ausgleich gegen die Kraft der Feder 52 das Vorsteuerglied 48 betätigt. Bei dieser Linksbewegung des Vorsteuerglieds 48 öffnet die Steuerkante 54, 55 eine Verbindung von der Zulaufkammer 34 zur Druckkammer 35, in der sich nun ein gegenüber dem Steueröldruck niedrigerer Zwischendruck einstellt und das Hauptsteuerglied 28 gegen die Kraft der Druckfeder 42 nach links verschiebt. Gleichzeitig fließt von der Druckkammer 35 über die stets geöffnete Steuerleitung 65 ein Steuerölstrom zum Tank 54 ab, wobei dieser Steuerölstrom an der Drosselstelle 61 ein Druckgefälle erzeugt, das am Hauptsteuerglied 28 wirksam wird und dessen Linksbewegung gegen die Kraft der Druckfeder 42 unterstützt. Vorsteuerglied 48 und Hauptsteuerglied 28 arbeiten auf diese Weise nach Art einer Folgesteuerung zusammen. Bei dieser Linksbewegung des Hauptsteuerglieds 28 hebt der Hauptventilkegel 39 vom Ventilsitz 41 ab, wobei anschließend die Feinsteuernuten 44 die Verbindung von der Motorkammer 29 über die Zwischenkammer 31 zur Rücklaufkammer 32 aufsteuern. Vom Motor 11 kann daher über die Arbeitsleitung 17, den Motoranschluß 13 ein stetig gesteuerter Volumenstrom zum Tank 24 abströmen. Durch die bei der Steuervorrichtung 10 in Reihe geschalteten Funktionen von Sitzventil und Feinsteuerung in Verbindung mit der stetigen Betätigung durch einen Proportionalmagneten 37 ergibt sich ein Sperrventil, das besonders vorteilhaft zum feinfühlig gesteuerten oder geregelten Senken schwerer Lasten einsetzbar ist, bei denen zugleich eine geringe Leckage bzw. hohe Dichtheit des Senkventils gefordert wird. Die Energie zum Betätigen des Hauptsteuerglieds 28 wird nun dem von der Steuerdruckmittelquelle 16 kommenden Steuerölstrom entzogen. Ein Senkenvorgang kann daher nur bei eingeschalteter Steuerdruckmittelquelle 16 erfolgen, so daß höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Mit Hilfe des Dämpfungskolbens läßt sich ein besonders schwingungsarmer Betrieb und damit eine hohe Regelgüte der Steuervorrichtung 10 erreichen.

Auch kann die Dichtung 64 in anderer Weise ausgeführt werden, zum Beispiel als Kolbenring oder einfach als langer Dichtspalt; auch kann die Dichtung 64 bei Bedarf im Hauptsteuerglied selbst angeordnet werden. Die Steuerdruckmittelquelle 16 ist hier rein schematisch angegeben und läßt sich ohne weiteres auch so ausführen, daß sie von der Pumpe 23 versorgt wird. Obwohl der Dämpfungskolben 62 besonders vorteilhaft ist, kann das Hauptsteuerglied 28 bei geeigneten Anwendungsfällen auch ohne Dämpfungskolben auskommen, wobei dann eine steifere Druckfeder 42 zweckmäßig ist. Auch lassen sich die Vorteile der Steuervorrichtung 10 dann erreichen, wenn anstelle der hier dargestellten 2/2-Wegefunktion das Ventil für eine 4/2-Funktion ausgebildet wird, wobei dann die Zulaufkammer 34 zugleich für den Zufluß des Arbeitsdruckmittels benutzt wird und im Gehäuse im Bereich der Dichtung 64 eine zusätzliche Motorkammer angeordnet wird, während beim Hauptsteuerglied 28 im Bereich des zweiten Kolbenabschnitts 45 eine zusätzliche geeignete Steuerkante angeordnet wird.

Claims

Elektrohydraulische Steuervorrichtung zur Steuerung des Volumenstroms zwischen einem Motoranschluß und einem Rücklaufanschluß, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Hauptsteuerglied, in das ein von einem Proportionalmagnet betätigbares Vorsteuerglied ragt, das zum Zwecke der Vorsteuerung den Druck in einer stirnseitig am Hauptsteuerglied liegenden Druckkammer steuert und das nach Art einer Folgesteuerung mit dem Hauptsteuerglied zusammenarbeitet, wobei das Hauptsteuerglied einen den Motoranschluß absichernden Hauptventilkegel und davon im Abstand liegende Feinsteuernuten aufweist, die mit dem Hauptventilkegel in Serie zwischen Motoranschluß und Rücklaufanschluß geschaltet sind und mit einer sich gehäusefest abstützenden Feder die das Vorsteuerglied in Richtung Ausgangsstellung belastet, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerglied (28) gegenüber dem Druck im Motoranschluß (13) druckausgeglichen ausgebildet ist und von einer sich gehäusefest abstützenden Druckfeder (42) in Richtung seiner Ausgangsstellung belastet ist, in der sein Hauptventilkegel (39) auf einem Ventilsitz (41) im Gehäuse (12) anliegt, daß das Vorsteuerglied (48) in die Steuerverbindung von einem Steueranschluß (15) zu der Druckkammer (35) geschaltet ist und daß die Druckkammer (35) über eine Steuerleitung (65) zum Rücklaufanschluß (14) entlastet ist, die über im Vorsteuerglied (48) angeordnete Kanäle (58, 57) und stromabwärts davon über eine im Hauptsteuerglied (28) angeordnete Drosselstelle (61) geführt ist.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (42) und die Druckkammer (35) an entgegengesetzten Stirnseiten (38, 46) des Hauptsteuerglieds (28) angeordnet sind.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerglied (28) an einem verdickten Ende, das der Druckfeder (42) zugewandt ist, den Hauptventilkegel (39) aufweist.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerglied (28) zwei, jeweils von seinen Stirnseiten (38, 46) ausgehende, sacklochartige Bohrungen (59, 47) aufweist, zwischen deren inneren Enden die der Steuerleitung (65) zugeordnete Drosselstelle (61) liegt.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hauptsteuerglied (28) ein sich gehäusefest abstützender Dämpfungskolben (62) mit Dämpfungsdrossel (63) gleitend geführt ist.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden sacklochartigen Bohrungen (59, 47) der Dämpfungskolben (62) bzw. das Vorsteuerglied (48) gleitend geführt sind.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerglied (48) als Schieberventil ausgeführt und gegenüber den Drücken in der Zulaufkammer (34) und in der Druckkammer. (35) druckausgeglichen ausgebildet ist.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuerglied (28) in einer Schieberbohrung (27) des Gehäuses (12) gleitend geführt ist, in der eine dem Motoranschluß (13) zugeordnete Motorkammer (29) ausgebildet ist, an die sich auf der vom Magneten (37) abgewandten Seite eine den Feinsteuernuten (44) zugeordnete Zwischenkammer (31) und danach eine dem Rücklaufanschluß (14) zugeordnete Rücklaufkammer (32) anschließen, während auf der dem Magneten (37) zugeordneten Seite eine Zulaufkammer (34) liegt und zwischen letzterer (34) und der Motorkammer (29) ein Dichtring (64), insbesondere gehäusefest, angeordnet ist.
Elektrohydraulische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckkammer (35) eine die Feder (52) aufnehmende Einstellschraube (36) angeordnet ist, durch deren Bodenteil das Vorsteuerglied (48) hindurchgeführt ist und mit dem Anker (53) des Proportionalmagneten (37) in Wirkverbindung steht.