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WO2003074883A1 - Ventilanordnung - Google Patents

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Publication number
WO2003074883A1
WO2003074883A1 PCT/DE2003/000209 DE0300209W WO03074883A1 WO 2003074883 A1 WO2003074883 A1 WO 2003074883A1 DE 0300209 W DE0300209 W DE 0300209W WO 03074883 A1 WO03074883 A1 WO 03074883A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
pressure
pilot
arrangement according
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2003/000209
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kauss
Didier Desseux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10218783A external-priority patent/DE10218783A1/de
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Priority to JP2003573301A priority Critical patent/JP4495973B2/ja
Priority to US10/506,491 priority patent/US7080663B2/en
Priority to DE50309629T priority patent/DE50309629D1/de
Priority to EP03706251A priority patent/EP1481167B1/de
Publication of WO2003074883A1 publication Critical patent/WO2003074883A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/01—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0416—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor with means or adapted for load sensing
    • F15B13/0417—Load sensing elements; Internal fluid connections therefor; Anti-saturation or pressure-compensation valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86622—Motor-operated
    • Y10T137/8663—Fluid motor

Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for controlling loads independent of load pressure.
  • Valve arrangements of this type are used, for example, in LUDV systems, as are known from WO 95/32364 AI and data sheet RD 64 127/04.98 (hydraulic valves for mobile applications).
  • An LUDV system includes, for example, a variable displacement pump that can be controlled so that it produces a pressure at its outlet that is a certain difference above the highest load pressure of all hydraulic consumers.
  • An adjustable metering orifice with a downstream pressure compensator is assigned to each of the consumers, the latter keeping the pressure drop across the metering orifice constant, so that the quantity of pressure medium flowing to the corresponding hydraulic consumer depends solely on the opening cross section of the metering orifice and not on the load pressure of the consumer or on the pump pressure.
  • the pressure balances of the system ensure that, in the case in which the hydraulic pump has been adjusted to the maximum stroke volume and the pressure medium flow is not sufficient to maintain the predetermined pressure drop across the metering orifices, the pressure balances of all actuated hydraulic consumers in Closing direction can be adjusted so that all pressure medium flows are reduced by the same percentage.
  • the disk-shaped valve housing with an integrated check valve could be used instead of the check valve fitted. Since such leakage-free designs are only used comparatively rarely in comparison to the conventional designs described above, such a custom-made design could only be realized with a comparatively high financial outlay.
  • the invention has for its object to provide a compact valve assembly that can be produced with minimal effort.
  • the shut-off valve which enables the leak-free shut-off is designed with a pilot valve, via which the shut-off valve can be opened in order to enable a pressure medium flow to the tank.
  • the pilot valve actuated by an actuating movement of a main slide of a main valve, by means of which the working connections of the valve arrangement connected to the consumer can be connected to a pressure medium tank or a pressure channel carrying the pump pressure.
  • the pilot valve is arranged essentially coaxially with the main slide of the main valve determining the pressure medium flow direction and is operatively connected to it, so that the valve arrangement can be constructed in an extremely compact manner.
  • a plunger is formed on the end of the main slide of the main valve, which, when the main slide is actuated appropriately, lifts the pilot piston from its pilot seat, so that a control surface of the check valve which is effective in the closing direction is relieved.
  • the main slide is particularly simple when the plunger is used as an insert in the main slide.
  • the valve housing placed on the side can be constructed particularly compactly in that the axis of the pilot valve runs parallel to the axis of the check valve.
  • control surface of the shut-off valve which is effective in the closing direction, is connected via the pilot valve to a control connection, which has one in the axial displacement of the main slide of the main valve described at the beginning comparatively low pressure, for example corresponding to the tank pressure.
  • the pilot piston of the pilot valve is preferably provided with fine control grooves, via which the connection to the low-pressure connection, for example the control connection described above, is gradually opened.
  • a pressure relief / suction valve is assigned to the shut-off valve.
  • a connection of this valve is connected via a tank channel to a tank connection of the valve arrangement.
  • the construction of the laterally attached valve housing is particularly simple if this tank channel surrounds a housing cartridge of the check valve as an annular channel, which preferably extends from the laterally attached valve housing into the valve disk.
  • the main slide is biased into its neutral division by a return spring device.
  • This return spring device is designed such that the return spring, which acts counter to the setting direction for actuating the pilot valve, only becomes effective after a predetermined initial stroke of the main spool, so that the main spool initially only has to be displaced essentially against the force acting on the pilot piston.
  • this is achieved in that the return spring in question is supported on a spring plate which only runs onto a support shoulder after the aforementioned initial stroke, so that after the run-up the further axial displacement of the main slide against the force of the return spring.
  • the main valve forms a variable metering orifice which is followed by a pressure compensator common to both work connections, the axis of which can preferably be accommodated in the valve disk perpendicular to the axis of the main valve.
  • FIG. 1 is a greatly simplified circuit diagram of the valve assembly according to the invention.
  • Figure 2 shows a section through a valve assembly according to the invention in disc design
  • FIG. 3 shows a partial representation of the valve arrangement from FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified hydraulic diagram of a directional valve element 2 for controlling a double-acting hydraulic cylinder 4.
  • the directional valve element 2 is designed with a pressure connection P, a tank connection T, two working connections A, B, an LS connection (not shown) and two control connections a, b.
  • the working port A is connected to a piston chamber-side cylinder chamber 6 and the other working port B is connected to an annular chamber 8 of the hydraulic cylinder.
  • the directional valve element 2 contains a main valve 10 designed as a continuously adjustable directional valve, the main slide 12 of which is biased into the zero position shown by a return spring device 14.
  • the main slide 12 is displaced by applying a control pressure via the two control connections a, b.
  • the main valve 10 is designed with a speed part forming a metering orifice (not shown in FIG.
  • the metering orifice is followed by a pressure compensator 16, indicated schematically in FIG. 1, which is acted upon in the opening direction by the pressure at the outlet of the metering orifice and in the closing direction by the load pressure on the consumer (hydraulic cylinder 4).
  • the downstream pressure compensator 16 keeps the pressure drop across the metering orifice formed by the main valve 10 constant, so that a flow pressure-independent flow distribution (LUDV) is made possible.
  • LUDV flow pressure-independent flow distribution
  • a pilot-operated check valve 18 is provided in the directional valve element 2, the pilot valve 20 of which is arranged approximately coaxially with the valve axis of the main valve 10. That is, shut-off valve 18 and pilot valve 20 are arranged separately from one another in the variant according to the invention.
  • the check valve 18 allows a pressure medium flow from the main valve 10 to the working port A; a pressure medium flow in the reverse direction is only possible when the pilot valve 20 is actuated.
  • pilot valve 20 Via the pilot valve 20 an effective control surface in the closing direction of the check valve can be relieved, so that the check valve 18 is opened by the pressure in the cylinder chamber 6 and a pressure medium flow from the cylinder chamber 6 to the tank connection T is possible.
  • the pilot valve 20 is actuated according to the invention by means of a tappet 22 of the main slide 12, by means of which a pilot piston 24 can be lifted off a valve seat, so that the pressure medium acting on the control surface of the check valve 18 acting in the closing direction can be released towards the control connection a.
  • a control pressure which corresponds approximately to the tank pressure.
  • a pressure / suction valve 28 is arranged, which on the one hand limits the pressure in the working channel 26 to a maximum value and, when the pressure is exceeded, opens a tank channel 30 leading to the tank port T, in the case a very rapid extension movement of the hydraulic cylinder 4, for example caused by driving movements etc. a suction of pressure medium from the tank channel 30 enables.
  • a pilot-controlled pressure / Infeed valve 34 is provided, via which the pressure in the further working channel 32 can be limited to a variable maximum value and via which pressure medium can be fed from the tank channel 30 into the further working channel 32.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a directional valve element 2 according to FIG. 1.
  • a directional valve element of this type which is constructed in a disc design, has a valve disc 36, which is essentially a standard component, as described, for example, in data sheet RE 64 127 / 04.98 of the applicant.
  • a valve housing 38 is attached to the side of the valve disk 36, in which those valve elements are combined which are not present in a standard version according to the aforementioned data sheet.
  • the working connection B, the pressure connection P, the tank connection T, the control connection b (not shown) and the LS connection are formed in the valve disk 36.
  • the valve disk 36 is penetrated by a valve bore 40 in which the main slide 12 of the main valve 10 is guided.
  • a central pressure chamber 42, a pressure compensator channel 44, two connecting channels 46, 48, the working channel 26, the further working channel 32 and tank channel sections 50, 52 open in the radial direction.
  • the main slide 12 is at its left end section with an end-face annular collar 54 and formed at its right end portion with an annular collar 56.
  • the main slide 12 has two control collars 58, 60 of the directional part, the control collar 58 being assigned to the working connection A and the control collar 60 to the working connection B. Between the two control collars 58, 60 is located at the measuring diaphragm collar 62, which is provided with fine control grooves 64 in both ring end faces.
  • the return spring device 14 is placed on the right side surface of the valve disk 36 in FIG.
  • This has a return spring 68, the right end section of which is supported in FIG. 2 on a spring plate 70 which is guided axially displaceably on a sliding guide 72 inserted into the main slide 12 on the end face.
  • This sliding guide has a radial shoulder 74 against which the spring plate 70 is biased to the right by the force of the return spring 68.
  • the other end of the return spring 68 is supported on a further spring plate 76, which in turn is biased against the end face of the main slide 12 via the return spring 68.
  • a further spring plate 76 which in turn is biased against the end face of the main slide 12 via the return spring 68.
  • the further spring plate 76 is sliding on the right annular collar 56 of the main slide 12 and on the slide guide 72 guided.
  • the spring plates 70, 76 can thus move towards one another when the main slide 12 is axially displaced.
  • the return spring 68 and spring plates 70, 76 receiving spring chamber 82 is encompassed by a cover 84 and can be acted upon by the pressure at the control connection b.
  • the working channel 32 assigned to the working connection B can be connected to the tank channel T via the pressure / feed valve 34 in order to limit the pressure in the working channel 26 or to suck in pressure medium from the pressure medium tank.
  • the pressure / feed valve shown in Figure 2 is designed with pilot control. It is a cartridge-type standard component, so that further explanations are unnecessary.
  • the pressure compensator 16 is inserted, the valve axis of which runs at right angles to that of the main valve 10.
  • the pressure compensator piston 82 is in the opening direction by the pressure downstream of the measuring orifice 82 delimited by the measuring orifice collar 62 and in the closing direction by the pressure at the LS channel and
  • the output connection 84 of the pressure compensator 16 is connected via a load holding valve 86, 88 to the connection channel 46 assigned to the working connection A and to the connecting channel 48 assigned to the working connection B.
  • a load holding valve 86 is in principle a non-return valve which enables a pressure medium flow from the outlet connection 84 of the pressure compensator 16 to the associated channel 44 or 46 and in
  • the work port A is in the side Valve housing 38 is formed.
  • the pilot valve 20 which is formed coaxially to the main valve 10, the check valve 18 assigned to it and the pressure / suction valve 28 assigned to the working connection A, are accommodated, the axes of these valve elements being parallel (18, 28) or coaxial (20) Axis of the main valve 10 run.
  • valve housing Details of the valve housing are explained below with reference to the partial representation according to FIG. 3.
  • the check valve 18 has a housing cartridge 92 inserted in a transverse bore 96, which passes through the valve housing 38 in the horizontal direction (view according to FIG. 3) and whose end section 94 is immersed in an extension of the transverse bore 96 connected to the working channel 26 into the valve disk 36.
  • the housing cartridge 92 has a stepped axial bore 98, on which a valve seat 100 is designed, against which a cone 102 of the check valve 18 is prestressed by means of a compression spring 104. This is supported on a screw plug 106 screwed into the housing cartridge 92.
  • a radial bore star 108 of the housing cartridge 92 opens, which in turn is connected to a channel 110 leading to the working connection A.
  • a connecting bore 109 is formed in the jacket of the cone 102, via which a spring chamber 105 receiving the compression spring 104 is connected to the channel 110, so that the check valve in addition to the force of the compression spring 104 by the pressure in the channel 110 against the Valve seat 100 is biased.
  • a tank bore 112 in the form of an angular bore, the horizontal leg (view according to FIG. 3) of which does not intersect the channel 110. This can be achieved, for example, by the tank bore 112 being offset with respect to the channel 110.
  • both the working channel and the tank channel can be formed by parallel bores.
  • the tank bore 112 is formed by a vertical bore and a horizontal bore intersecting it, the vertical bore being closed by a closure piece 114, while the pressure / suction valve 28 is inserted into the horizontal bore.
  • the tank bore 112 opens into an annular space 116 which is delimited by a radially enlarged part of the transverse bore 96 of the valve housing 38 and the outer circumference of the end section 94 of the housing cartridge 92.
  • the tank channel section 50 opens into this annular space 116, so that the tank bore 112 is connected to the tank connection T.
  • the pressure / suction valve 28 has a suction piston 118 which is biased against a seat 122 by a spring 120.
  • a pressure limiting piston 124 is guided in the suction piston 118 and is biased by means of a pressure limiting spring 126 against a valve seat in the suction piston 118, not shown.
  • the pressure limiting spring 126 engages on a plate 128 which is formed on a part of the pressure limiting piston 124 which projects into the spring chamber.
  • a control channel 130 is formed in the valve housing 38, which is on the one hand in a radial bore
  • pilot valve 20 receiving stepped pilot bore 134 opens.
  • the pilot piston 24 is biased by means of a pilot spring 136 against a pilot seat 138, the pilot spring 136 being supported on a closure piece 140.
  • the pilot bore 134 opens into a control chamber 142, into which the left collar 54 of the main slide 12 dips and which is connected to the control connection a.
  • an insert part 144 carrying the tappet 22 is inserted, the tappet 22 being designed such that it can be immersed in the pilot seat 138 in order to lift the pilot piston 24 against the force of the pilot spring 136 from the pilot seat 138.
  • the pilot piston 24 is designed as a stepped piston, the cone of the pilot piston 24 cooperating with the pilot seat 138 having a substantially smaller diameter than the adjacent annular end face 135 or the rear end face 137 of the pilot piston 24.
  • Fine control notches 139 are formed on the outer circumference of the pilot piston 24, via which a pressure space delimited by the annular end face 135 and the pilot control seat 138 is connected to the control channel 130.
  • the pressure present in this pressure chamber is tapped via a compensating bore 152 passing through the pilot piston 24 and reported into the spring chamber 136, so that the end faces of the pilot piston 24 are essentially pressure-balanced.
  • the section of the control channel 130 which opens into the pilot bore 134 is in turn formed by a bore which is closed by means of a closure part 146.
  • a control pressure is applied to the control connection a, while the control connection b is connected to the tank or another low pressure source.
  • the main slide 12 is shifted from its spring-biased basic position ( Figure 2) to the right.
  • the connection between the pressure chamber 42 and the pressure balance channel 44 is opened via the fine control grooves 64 - the metering orifice 82 is opened and pressure medium can flow to the input connection of the pressure balance 16.
  • this is set as a function of the acting load pressure and the pressure downstream of the orifice plate 82 in a control position in which the pressure drop across the orifice plate 82 is kept constant regardless of the load pressure.
  • the pressure medium flows from the pressure compensator 16 via the load holding valve 86 into the connecting channel 46. Due to the axial displacement of the main slide 12, a control edge formed by the control collar 58 has opened the connection between the connecting channel 46 and the further working channel 32, so that the pressure medium can flow into the axial bore 98 of the housing cartridge 92 of the check valve 18 via the working channel 26.
  • the pressure of the pressure medium is so great that the cone 102 is lifted against the force of the compression spring 104 and the low pressure force in the spring chamber 105 from the valve seat 100 and the pressure medium via the radial bore star 108 and the channel 110 to the working connection A and from there a working line 148 (FIG. 1) can flow into the cylinder space 6 - the piston of the hydraulic cylinder 4 extends.
  • the pressure medium displaced from the annular space 8 flows via the line 150 (FIG. 1) to the pressure connection B and from there into the working channel 32. Due to the axial displacement of the main slide 12, the right-hand end ring collar 56 with a control edge has the connection between the working channel 26 and opened the tank channel section 52 so that the pressure medium can flow out of the working channel 32 to the tank port T.
  • the pressure / feed valve 34 is known to be designed with a suction function, so that pressure medium can be fed from the tank channel section 52 into the working channel 26 to avoid cavitation.
  • the pilot valve 20 When the hydraulic cylinder 4 is extended, the pilot valve 20 is closed because it is biased against the pilot seat 138 by the force of the pilot spring 136.
  • the pressure forces acting on the pilot piston 24 are essentially balanced, since the valve seat has a cross section which is substantially smaller than that of the end faces of the pilot piston and the end face sections of the pilot piston (apart from the surface of the pilot seat 138) are subjected to the same pressure.
  • the spring plate 76 runs onto the abutment shoulder 80, so that the further axial displacement of the main slide 12 is then only possible against the force of the return spring 68 received with pretension.
  • the pilot piston 24 is turned on so far that it is completely pressure-balanced, so that the force acting on the main slide 12 from the pilot valve 20 is negligible and thus its axial displacement only by the pressure at the control port b and the Force of the return spring 68 (also about 5 bar) is affected.
  • This initial stroke S thus ensures that the main slide is not suddenly moved to the left when opening the pilot valve and the corresponding loss of pressure (5 bar), so that continuous control is ensured.
  • the fine control notches 139 ensure that the check valve 18 is relieved only gradually, so that a sudden lowering of the load can be prevented.
  • the suction piston 118 lifts off its seat 122 against the force of the spring 120, so that pressure medium can be fed into the channel 110 via the tank bore 112.
  • the main valve 10 is pushed back into its neutral division, so that the check valve 18 is moved back into its blocking position by the force of the compression spring 104, in which the cone 102 rests on the valve seat 100 and the pressure medium is clamped in the cylinder chamber 6 without leakage.
  • control connection a is connected to the tank or a low-pressure source, while a control pressure is present at the control connection b, via which the main slide 12 is shifted to the left.
  • the main slide 12 Because of the play S set via the spring plate 56, the main slide 12 first performs an initial stroke in which the return spring 68 has no effect.
  • the tappet 22 runs onto the pilot piston 24, so that its axial projection forming a closing cone is lifted off the pilot seat 138. That is, during this initial stroke, the axial displacement of the main slide 12 takes place against the force of the Pilot spring 136, which corresponds, for example, to about 5 bar pressure.
  • the axial displacement of the pilot piston 24 gradually opens the connection between the pilot seat 152 and the control channel 130 via the fine control notches 139, so that pressure medium from the spring chamber 105 of the shut-off valve 18 via the radial bore 132, the control channel 130, the fine control notches 139, the pilot seat 138 and the control chamber 142 can flow to the control port a connected to the pressure medium tank - the check valve 18 is relieved from the rear.
  • the cone 102 can be lifted from the valve seat 100 by the load pressure acting on its annular surface 154, so that the pressure medium from the working connection A via the channel 110, the axial bore 98, the further working channel 32 and the tank channel section 50 controlled by the collar 54 to the tank connection T flow out.
  • the pressure medium is fed via the metering orifice 82, the pressure compensator 16, the connecting duct 48 and the working duct 26 controlled by the control collar 60 to the working connection B and from there into the annular space 8 - the hydraulic cylinder 4 retracts.
  • a valve arrangement for controlling loads independent of load pressure with a main valve, which has a directional part and a metering orifice part.
  • the valve arrangement has a shut-off valve for the leak-free shut-off of a working line leading to the consumer.
  • This check valve is designed with a pilot valve, via which a pressure chamber of the check valve which is effective in the closing direction can be relieved towards a tank or a low pressure source.
  • the pilot valve is opened by a main slide of the main valve.
  • Directional valve element hydraulic cylinder, cylinder chamber, annular chamber, main valve, main slide, return spring device, pressure compensator, shut-off valve, pilot valve, tappet, pilot piston, working channel, pressure / suction valve, valve channel, additional working channel, pressure / feed valve, valve disk, valve housing, valve bore, pressure chamber, pressure compensator channel, connecting channel, connecting channel, tank channel section, and final control ring (left) and right-hand control ring Spring plate, sliding guide, radial shoulder, further spring plate, left end face, spring plate, contact shoulder, measuring orifice, output connection, load-holding valve, load-holding valve, plug screw, housing cartridge, end section, transverse bore, axial bore, valve seat, cone, compression spring, spring chamber, locking screw, radial bore star, channel, tank bore, closure piece, ring chamber, suction piston, spring, seat, pressure limiting piston, pressure bore, ring spring, pilot, pilot bore, radial bore, pilot pilot 137 end face

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Abstract

Offenbart ist eine Ventilanordnung zum lastdruckunabhängigen Ansteuern von Verbrauchern (4) mit einem Hauptventil (10), das einen Richtungsteil und einen Zumessblendenteil aufweist. Die Ventilanordnung hat ein Sperrventil (18) zur leckagefreien Absperrung einer zum Verbraucher führenden Arbeitsleitung. Dieses Sperrventil (18) ist mit einem Pilot ventil (20) ausgeführt, über das ein in Schliessrichtung (18) wirksamer Druckraum des Sperrventils zu einem Tank oder einer Niederdruckquelle hin entlastbar ist. Das Pilotventil (20) wird erfindungsgemäss durch einen Hauptschieber (12) des Hauptventils (10) aufgesteuert.

Description

Beschreibung
Venti1anordnung
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum last- druckunabhängigen Ansteuern von Verbrauchern.
Derartige Ventilanordnungen werden beispielsweise bei LUDV-Systemen eingesetzt, wie sie aus der WO 95/32364 AI und dem Datenblatt RD 64 127/04.98 (Hydroventile für mobile Anwendungen) bekannt sind. Ein LUDV-System umfaßt beispielsweise eine Verstellpumpe, die so geregelt werden kann, daß sie an ihrem Ausgang einen Druck erzeugt, der um einen bestimmten Differenzbetrag über dem höchsten Lastdruck aller hydraulischen Verbraucher liegt.
Jedem der Verbraucher ist eine verstellbare Zumeß- blende mit nachgeschalteter Druckwaage zugeordnet, wobei letztere den Druckabfall über der Zumeßblende konstant hält, so daß die zu dem entsprechenden hydraulischen Verbraucher fließende Druckmittelmenge allein vom Öffnungsquerschnitt der Zumeßblende und nicht vom Lastdruck des Verbrauchers oder vom Pumpendruck abhängt . Durch die Druckwaagen des Systems wird erreicht, daß in dem Fall, in dem die Hydropumpe bis zum maximalen Hubvolumen verstellt worden ist und der Druckmittelstrom nicht ausreicht, um den vorgegebenen Druckabfall über den Zumeß- blenden aufrecht zu erhalten, die Druckwaagen aller betätigten hydraulischen Verbraucher in Schließrichtung verstellt werden, so daß alle Druckmittelströme um den gleichen Prozentsatz verringert werden. Aufgrund dieser lastunabhängigen Durchflußverteilung (LUDV) bewegen sich alle betätigten Verbraucher mit einer prozentual um den gleichen Wert verringerten Geschwindigkeit. Bei der Lösung gemäß der WO 95/32364 AI kann es bei längerem Abstützen eines Verbrauchers vorkommen, daß dieser aufgrund einer geringen Leckageströmung zwischen dem mit Druckmittel beaufschlagten Arbeitsanschluß und dem Druckmitteltank des Systems absinkt.
Zur Vermeidung einer derartigen Leckageströmung wird in der DE 196 46 447 AI vorgeschlagen, in den jeweiligen Arbeitsanschluß ein aufsteuerbares Rückschlagventil einzusetzen, das ein leckagefreies Absperren der zum Verbraucher führenden, mit Druckmittel beaufschlagten Arbeitsleitung ermöglicht. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß durch das Aufsetzen des Rückschlagventils auf den Arbeitsanschluß erheblicher Bauraum benötigt wird.
Anstelle des aufgesetzten Rückschlagventils könnte man das in Scheibenbauweise ausgeführte Ventilgehäuse mit integrierten Rückschlagventil ausführen. Da derartige leckagefreie Ausführungen im Vergleich zu den herkömmli- chen, oben beschriebenen Ausführungen nur vergleichsweise selten Anwendung wenden, ließe sich eine derartige Sonderanfertigung nur mit vergleichsweise hohem finanziellen Aufwand realisieren.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Ventilanordnung zu schaffen, die mit minimalem Aufwand herstellbar ist .
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist das die leckagefreie Absperrung ermöglichende Sperrventil mit einem Pilotventil ausgeführt, über das das Sperrventil zum Ermöglichen einer Druckmittelströmung zum Tank hin aufsteuerbar ist. Erfindungsgemäß wird das Pilotventil durch eine Stellbewegung eines Hauptschiebers eines Hauptventils betätigt, über das die mit dem Verbraucher verbundenen Arbeitsanschlüsse der Ventilanordnung mit einem Druckmitteltank oder einem den Pumpendruck führen- den Druckkanal verbindbar sind. Erfindungsgemäß ist das Pilotventil im wesentlichen koaxial zum Hauptschieber des die Druckmittelströmungsrichtung bestimmenden Hauptventils angeordnet und steht mit diesem in Wirkverbindung, so daß die Ventilanordnung äußerst kompakt aufbaubar ist. Die erfindungsgemäße Lösung mit dem direkt über das Hauptventil betätigten Pilotventil ermöglicht es, an einer Standardscheibe seitlich ein Ventilgehäuse anzusetzen, in dem das Pilotventil, das zugeordnete Sperrventil und der zugehörige Arbeitsanschluß ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn am Hauptschieber des Hauptventils stirnseitig ein Stößel ausgebildet ist, der bei entsprechender Ansteuerung des Hauptschiebers den Pilotkolben von seinem Vorsteuersitz ab- hebt, so daß eine in Schließrichtung wirksame Steuerfläche des Sperrventils entlastet wird.
Der Hauptschieber ist besonders einfach aufgebaut, wenn der Stößel als Einsatzteil in den Hauptschieber eingesetzt wird.
Das seitlich aufgesetzte Ventilgehäuse läßt sich besonders kompakt aufbauen, indem die Achse des Pilotventils im Parallelabstand zur Achse des Sperrventils ver- läuft.
Bei einer besonders einfach aufgebauten Lösung, wird über das Pilotventil die in Schließrichtung wirksame Steuerfläche des Sperrventils mit einem Steueranschluß verbunden, der bei der eingangs beschriebenen Axialverschiebung des Hauptschiebers des Hauptventils einen vergleichsweise geringen, beispielsweise dem Tankdruck entsprechenden Druck führt.
Um ein schlagartiges Aufreißen des Sperrventils zu verhindern, wird der Pilotkolben des Pilotventils vorzugsweise mit Feinsteuernuten versehen, über die die Verbindung zu dem Niederdruckanschluß, beispielsweise dem vorbeschriebenen Steueranschluß, allmählich aufgesteuert wird.
Zur Vermeidung von Druckspitzen und von Kavitations- erscheinungen wird dem Sperrventil ein Druckbegrenzungs- /Nachsaugventil zugeordnet. Ein Anschluß dieses Ventils ist über einen Tankkanal mit einem Tankanschluß der Ventilanordnung verbunden. Der Aufbau des seitlich angesetzten Ventilgehäuses ist besonders einfach, wenn dieser Tankkanal eine Gehäusepatrone des Sperrventils als Ringkanal umgreift, der sich vorzugsweise von dem seitlich angesetzten Ventilgehäuse in die Ventilscheibe hinein erstreckt.
Der Hauptschieber ist über eine Rückstellfedereinrichtung in seine Neutralsteilung vorgespannt. Diese Rückstellfedereinrichtung ist derart ausgebildet, daß die entgegen der Stellrichtung zum Betätigen des Pilotventils wirksame Rückstellfeder erst nach einem vorbestimmten Anfangshub des HauptSchiebers wirksam wird, so daß der Hauptschieber zunächst im wesentlichen nur gegen die auf den Pilotkolben wirkende Kraft verschoben werden muß.
Dies wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die betreffende Rückstellfeder an einem Federteller abgestützt ist, der erst nach dem vorgenannten Anfangshub auf eine Stützschulter aufläuft, so daß nach dem Auflaufen die weitere Axialverschiebung des Hauptschiebers gegen die Kraft der Rückstellfeder erfolgt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das Hauptventil eine veränderliche Zumeßblende aus, der eine beiden Arbeitsanschlüssen gemeinsame Druckwaage nachgeschaltet ist, deren Achse vorzugsweise senkrecht zur Achse des Hauptventils in der Ventilscheibe aufgenommen werden kann.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein stark vereinfachtes Schaltschema der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
Figur 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung in Scheibenbauweise und
Figur 3 eine Teildarstellung der Ventilanordnung aus Figur 2.
Die im folgenden beschriebenen Ventilanordnungen werden zur Ansteuerung von mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise Schaufelbaggern verwendet und sind üblicher- weise in Scheibenbauweise ausgeführt. Dabei werden mehrere der VentilScheiben zu einem Steuerblock zusammengefaßt, wobei die Ventilelemente für jede Funktion (Schaufel betätigen, Fahrantrieb, Heben/Senken) jeweils in einer Ventilscheibe zusammengefaßt sind. Figur 1 zeigt ein stark vereinfachtes Hydraulikschau- bild eines Wegeventilelements 2 zur Ansteuerung eines doppelt wirkenden HydroZylinders 4.
Das Wegeventilelement 2 ist mit einem Druckanschluß P, einem Tankanschuß T, zwei Arbeitsanschlüssen A, B, einem LS-Anschluss (nicht dargestellt) und zwei Steueranschlüssen a, b ausgeführt. Der Arbeitsanschluß A ist mit einem kolbenbodenseitigen Zylinderraum 6 und der andere Arbeitsanschluß B mit einem Ringraum 8 des Hydrozylinders verbunden. Das Wegeventilelement 2 enthält ein als stetig verstellbares Wegeventil ausgeführtes Hauptventil 10, dessen Hauptschieber 12 durch eine Rückstellfedereinrichtung 14 in die dargestellte Nullposition vorgespannt ist . Die Verschiebung des Hauptschiebers 12 erfolgt durch Anlegen eines Steuerdruckes über die beiden Steueranschlüsse a, b. Wie im folgenden noch näher ausgeführt wird, ist das Hauptventil 10 mit einem eine Zumeßblende bildenden Geschwindigkeitsteil (in Figur 1 nicht darge- stellt) und einem die Druckmittelströmung zum bzw. von den Räumen 6, 8 bestimmenden Richtungsteil ausgeführt. Der Zumeßblende ist eine in Figur 1 schematisch angedeutete Druckwaage 16 nachgeschaltet, die in Öffnungsrichtung von dem Druck am Ausgang der Zumeßblende und in Schließrichtung von dem Lastdruck am Verbraucher (Hydrozylinder 4) beaufschlagt ist. Wie eingangs erwähnt, hält die nachgeschaltete Druckwaage 16 den Druckabfall über der durch das Hauptventil 10 ausgebildeten Zumeßblende konstant, so daß eine lastdruckunabhängige Durch- flußverteilung (LUDV) ermöglicht ist. Derartige LUDV- Steuerungen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der WO 95/32364 AI bekannt, so daß weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Für den Fall, daß der Hydrozylinder 4 in einer ausgefahrenen Position gehalten werden soll, muß das Druckmit- tel im Zylinderraum 6 leckagefrei eingespannt werden. Hierzu ist in dem Wegeventilelement 2 ein vorgesteuertes Sperrventil 18 vorgesehen, dessen Pilotventil 20 etwa koaxial zur Ventilachse des Hauptventils 10 angeordnet ist. D.h. Sperrventil 18 und Pilotventil 20 sind bei der erfindungsgemäßen Variante getrennt voneinander angeordnet. Das Sperrventil 18 ermöglicht eine Druckmittelströmung vom Hauptventil 10 hin zum Arbeitsanschluß A; eine DruckmittelStrömung in umgekehrter Richtung ist nur bei Ansteuerung des Pilotventils 20 möglich. Über das Pilotventil 20 läßt sich eine in Schließrichtung des Sperrventils wirksame Steuerfläche entlasten, so daß das Sperrventil 18 durch den Druck im Zylinderraum 6 aufgesteuert und eine Druckmittelströmung vom Zylinderraum 6 hin zum Tankanschluß T möglich ist. Die Betätigung des Pilotventils 20 erfolgt erfindungsgemäß über einen Stößel 22 des Hauptschiebers 12, über den ein Pilotkolben 24 von einem Ventilsitz abhebbar ist, so daß das auf die in Schließrichtung wirksame Steuerfläche des Sperrventils 18 wir- kende Druckmittel zum Steueranschluß a hin entspannt werden kann. Dieser führt bei einer Verschiebung des Hauptschiebers 12 zum Pilotventil 20 hin einen Steuerdruck, der etwa dem Tankdruck entspricht.
In einem Arbeitskanal 26 zwischen dem Arbeitsanschluß A und dem Hauptventil 10 ist ein Druck-/Nachsaugventil 28 angeordnet, das zum einen den Druck im Arbeitskanal 26 auf einen Maximalwert begrenzt und bei Überschreiten des Druckes einen zum Tankanschluß T führenden Tankkanal 30 aufsteuert und das im Fall einer sehr schnellen Ausfahrbewegung des Hydrozylinders 4, beispielsweise verursacht durch Fahrbewegungen etc . ein Nachsaugen von Druckmittel aus dem Tankkanal 30 ermöglicht.
In einem zum Arbeitsanschluß B führenden weiteren Arbeitskanal 32 ist ein vorgesteuertes Druck- /Einspeiseventil 34 vorgesehen, über das der Druck im weiteren Arbeitskanal 32 auf einen veränderbaren Maximalwert begrenzbar ist und über das Druckmittel vom Tankkanal 30 in den weiteren Arbeitskanal 32 eingespeist werden kann.
Durch Kombination mehrerer der vorbeschriebenen Wegeventilele ente 2 mit einem Eingangselement und einer Abschlußplatte läßt sich ein sehr kompakter Steuerblock zur Lösung mobilhydraulischer Aufgaben zusammenstellen, der aufgrund der Sandwichbauweise sehr einfach an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.
In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung eines Wegeven- tilelementes 2 gemäß Figur 1 dargestellt. Ein derartiges in Scheibenbauweise ausgeführtes Wegeventilelement hat eine Ventilscheibe 36, bei der es sich im wesentlichen um ein Standardbauelement handelt, wie es beispielsweise im Datenblatt RD 64 127/04.98 der Anmelderin beschrieben ist. Seitlich an die Ventilscheibe 36 ist ein Ventilgehäuse 38 angesetzt, in dem diejenigen Ventilelemente zusammengefaßt sind, die bei einer Standardausführung gemäß vorgenanntem Datenblatt nicht vorhanden sind.
In der Ventilscheibe 36 sind der Arbeitsanschluß B, der Druckanschluß P, der Tankanschluß T, der nicht dargestellte Steueranschluß b und der LS-Anschluß ausgebildet. Die Ventilscheibe 36 wird von einer Ventilbohrung 40 durchsetzt, in der der Hauptschieber 12 des Hauptventils 10 geführt ist. In der Ventilbohrung 40 münden in Radialrichtung ein mittiger Druckraum 42 , ein Druckwaagenkanal 44, zwei Verbindungskanäle 46, 48, der Arbeitskanal 26, der weitere Arbeitskanal 32 und Tankkanalabschnitte 50, 52. Der Hauptschieber 12 ist an seinem linken Endab- schnitt mit einem stirnseitigen Ringbund 54 und an seinem rechten Endabschnitt mit einem Ringbund 56 ausgebildet. Des weiteren hat der Hauptschieber 12 zwei Steuerbünde 58, 60 des Richtungsteiles, wobei der Steuerbund 58 dem Arbeitsanschluß A und der Steuerbund 60 dem Arbeitsanschluß B zugeordnet ist . Zwischen den beiden Steuerbünden 58, 60 befindet sich bei Meßblendenbund 62, der in beiden Ringstirnflächen mit Feinsteuernuten 64 versehen ist .
In der dargestellten Grundposition des Hauptschiebers 12 verschließen die stirnseitigen Ringbünde 54, 56 die Tankkanalabschnitte 50, 52, die Steuerbünde 58, 60 die beiden Verbindungskanäle 46, 48 und die Feinsteuernuten 64 des Meßblendenbundes 62 sind durch den mittigen Steg der Ventilbohrung 40 abgesperrt.
Auf die in Figur 2 rechte Seitenfläche der Ventil- Scheibe 36 ist die Rückstellfedereinrichtung 14 aufgesetzt. Diese hat eine Rückstellfeder 68, deren in Figur 2 rechter Endabschnitt an einem Federteller 70 abgestützt ist, der axial verschiebbar auf einer stirnseitig in den Hauptschieber 12 eingesetzten Gleitführung 72 geführt ist. Diese Gleitführung hat eine Radialschulter 74, gegen die der Federteller 70 durch die Kraft der Rückstellfeder 68 nach rechts hin vorgespannt ist.
Das andere Ende der Rückstellfeder 68 ist an einem weiteren Federteller 76 abgestützt, der seinerseits über die Rückstellfeder 68 gegen die Stirnfläche des Hauptschiebers 12 vorgespannt ist. In dieser Grundposition befindet sich zwischen der in Figur 2 linken Stirnfläche 78 des Federtellers und einer Anlageschulter 80 ein Spiel S. Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist der weitere Federteller 76 gleitend auf dem rechten Ringbund 56 des Haupt- Schiebers 12 und auf der Gleitführung 72 geführt. Die Federteller 70, 76 können sich somit bei einer Axialver- Schiebung des HauptSchiebers 12 aufeinander zu bewegen. Der die Rückstellfeder 68 und die Federteller 70, 76 aufnehmende Federraum 82 ist von einer Abdeckkappe 84 umgriffen und kann mit dem Druck am Steueranschluß b beaufschlagt werden.
Wie anhand von Figur 1 erläutert, kann der dem Arbeitsanschluß B zugeordnete Arbeitskanal 32 über das Druck-/Einspeiseventil 34 mit dem Tankkanal T verbunden werden, um den Druck im Arbeitskanal 26 zu begrenzen oder Druckmittel aus dem Druckmitteltank anzusaugen. Das in Figur 2 dargestellte Druck-/Einspeiseventil ist mit Vorsteuerung ausgeführt. Es handelt sich um ein in Patronenbauweise ausgeführtes Standardbauteil, so daß weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
In den Druckwaagenkanal 44 ist die Druckwaage 16 eingesetzt, deren Ventilachse rechtwinklig zu derjenigen des Hauptventils 10 verläuft. Der Druckwaagenkolben 82 ist in Öffnungsrichtung durch den Druck stromabwärts der durch den Meßblendenbund 62 begrenzten Meßblende 82 und in Schließrichtung durch den Druck am LS-Kanal sowie die
Kraft einer Regelfeder beaufschlagt .
Der Ausgangsanschluß 84 der Druckwaage 16 ist über jeweils ein Lasthalteventil 86, 88 mit dem dem Arbeitsan- Schluß A zugeordneten Verbindungskanal 46 bzw. dem Arbeitsanschluß B zugeordneten Verbindungskanal 48 verbunden. Bei einem derartigen Lasthalteventil 86 handelt es sich im Prinzip um ein Rückschlagventil, das eine Druckmittelströmung vom Ausgangsanschluß 84 der Druckwaage 16 zum zugeordneten Kanal 44 oder 46 ermöglicht und in
Gegenrichtung absperrt .
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bei der Standardventilscheibe 36 vorgesehene Arbeitsanschluß A mit einem Verschlußstück 90 abgesperrt.
Der Arbeitsanschluß A ist in dem seitlich angesetzten Ventilgehäuse 38 ausgebildet. In diesem Ventilgehäuse 38 sind das koaxial zum Hauptventil 10 ausgebildete Pilotventil 20, das diesem zugeordnete Sperrventil 18 und das dem Arbeitsanschluß A zugeordnete Druck-/Nachsaugventil 28 aufgenommen, wobei die Achsen dieser Ventilelemente parallel (18, 28) bzw. koaxial (20) zur Achse des Hauptventils 10 verlaufen.
Einzelheiten des Ventilgehäuses werden im folgenden anhand der Teildarstellung gemäß Figur 3 erläutert.
Das Sperrventil 18 hat eine in einer Querbohrung 96 eingesetzte Gehäusepatrone 92, die das Ventilgehäuse 38 in Horizontalrichtung (Ansicht nach Figur 3) durchsetzt und deren Endabschnitt 94 in eine mit dem Arbeitskanal 26 verbundene Verlängerung der Querbohrung 96 in die Ventilscheibe 36 eintaucht.
Die Gehäusepatrone 92 hat eine abgestufte Axialboh- rung 98, an der ein Ventilsitz 100 ausgeführt ist, gegen den ein Kegel 102 des Sperrventils 18 mittels einer Druckfeder 104 vorgespannt ist. Diese stützt sich an einer in die Gehäusepatrone 92 eingeschraubten Verschlußschraube 106 ab.
In der Axialbohrung 98 mündet ein Radialbohrungsstern 108 der Gehäusepatrone 92, der seinerseits mit einem zum Arbeitsanschluß A führenden Kanal 110 verbunden ist. Im Bereich des Radialbohrungssterns 108 ist im Mantel des Kegels 102 eine Verbindungsbohrung 109 ausgebildet, über die ein die Druckfeder 104 aufnehmender Federraum 105 mit dem Kanal 110 verbunden ist, so daß das Sperrventil zusätzlich zur Kraft der Druckfeder 104 durch den Druck im Kanal 110 gegen den Ventilsitz 100 vorgespannt ist. Im Ventilgehäuse 38 ist des weiteren noch eine als Winkelbohrung ausgeführte Tankbohrung 112 ausgebildet, deren Horizontalschenkel (Ansicht nach Figur 3) den Kanal 110 nicht schneidet. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Tankbohrung 112 gegenüber dem Kanal 110 versetzt ist. Des weiteren können sowohl der Arbeitskanal als auch der Tankkanal durch Parallelbohrungen ausgebildet werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tankbohrung 112 durch eine vertikale Bohrung und eine diese schneidende Horizontalbohrung ausgebildet, wobei die Vertikalbohrung durch ein Verschlußstück 114 verschlossen ist, während in die Horizontalbohrung das Druck- /Nachsaugventil 28 eingesetzt ist. Gemäß Figur 3 mündet die Tankbohrung 112 in einen Ringraum 116 ein, der durch einen radial erweiterten Teil der Querbohrung 96 des Ventilgehäuses 38 und den Außenumfang des Endabschnittes 94 der Gehäusepatrone 92 begrenzt ist. In diesen Ringraum 116 mündet der Tankkanalabschnitt 50 ein, so daß die Tankbohrung 112 mit dem Tankanschluß T verbunden ist.
Gemäß Figur 3 hat das Druck-/Nachsaugventil 28 einen Nachsaugkolben 118, der durch eine Feder 120 gegen einen Sitz 122 vorgespannt ist. Im Nachsaugkolben 118 ist ein Druckbegrenzungskolben 124 geführt, der mittels einer Druckbegrenzungsfeder 126 gegen einen nicht dargestellten Ventilsitz im Nachsaugkolben 118 vorgespannt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift die Druckbegren- zungsfeder 126 an einem Teller 128 an, der an einem in den Federraum auskragenden Teil des Druckbegrenzungskolbens 124 ausgebildet ist.
Im Ventilgehäuse 38 ist des weiteren ein Steuerkanal 130 ausgebildet, der einerseits in einer Radialbohrung
132 der Gehäusepatrone 92 und andererseits in einer das Pilotventil 20 aufnehmenden abgestuften Pilotbohrung 134 mündet. In dieser ist der Pilotkolben 24 mittels einer Pilotfeder 136 gegen einen Vorsteuersitz 138 vorgespannt, wobei die Pilotfeder 136 an einem Verschlußstück 140 abgestützt ist. Über diesen Ventilsitz 138 mündet die Pilotbohrung 134 in einem Steuerraum 142, in den der linke Ringbund 54 des Hauptschiebers 12 eintaucht und der mit dem Steueranschluß a verbunden ist. In die Stirnfläche des Ringbundes 54 ist ein den Stößel 22 tragendes Einsatzteil 144 eingesetzt, wobei der Stößel 22 derart ausgebildet ist, daß er in den Vorsteuersitz 138 eintauchen kann, um den Pilotkolben 24 gegen die Kraft der Pilotfeder 136 vom Vorsteuersitz 138 abzuheben. Der Pilotkolben 24 ist als Stufenkolben ausgeführt, wobei der mit dem Vorsteuersitz 138 zusammen wirkende Kegel des Pilotkolbens 24 einen wesentlich geringeren Durchmesser als die benachbarte Ringstirnfläche 135 oder die rückseitige Stirnfläche 137 des Pilotkolbens 24 hat. Am Außenumfang des Pilotkolbens 24 sind Feinsteuerkerben 139 ausge- bildet, über die ein von der Ringstirnfläche 135 und dem Vorsteuersitz 138 begrenzter Druckraum mit dem Steuerkanal 130 verbunden ist. Der in diesem Druckraum anliegende Druck wird über eine den Pilotkolben 24 durchsetzende Ausgleichsbohrung 152 abgegriffen und in den Federrraum 136 gemeldet, so daß die Stirnflächen des Pilotkolbens 24 im wesentlichen druckausgeglichen sind.
Der in die Pilotbohrung 134 einmündende Abschnitt des Steuerkanals 130 ist wiederum durch eine Bohrung gebil- det, die mittels eines Verschlußteiles 146 verschlossen ist.
Zum Ausfahren des Hydrozylinders 4 wird an den Steueranschluß a ein Steuerdruck angelegt, während der Steu- eranschluß b mit dem Tank oder einer anderen Niederdruckquelle verbunden ist. Durch die auf die Stirnflächen wirkende Druckdifferenz wird der Hauptschieber 12 aus seiner federvorgespannten Grundposition (Figur 2) nach rechts verschoben. Dabei wird über die Feinsteuernuten 64 die Verbindung zwischen dem Druckraum 42 und dem Druc - waagenkanal 44 aufgesteuert - die Zumeßblende 82 wird geöffnet und Druckmittel kann zum Eingangsanschluß der Druckwaage 16 strömen. Wie eingangs ausgeführt, stellt sich diese in Abhängigkeit vom wirkenden Lastdruck und vom Druck stromabwärts der Meßblende 82 in einer Regelpo- sition ein, in der der Druckabfall über der Meßblende 82 lastdruckunabhängig konstant gehalten wird. Das Druckmittel strömt von der Druckwaage 16 über das Lasthalteventil 86 in den Verbindungskanal 46 ein. Durch die Axialverschiebung des Hauptschiebers 12 hat eine durch den Steu- erbund 58 gebildete Steuerkante die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 46 und dem weiteren Arbeitskanal 32 aufgesteuert, so daß das Druckmittel über den Arbeitskanal 26 in die Axialbohrung 98 der Gehäusepatrone 92 des Sperrventils 18 einströmen kann. Der Druck des Druckmit- tels ist so groß, daß der Kegel 102 gegen die Kraft der Druckfeder 104 und die geringe Druckkraft im Federraum 105 vom Ventilsitz 100 abgehoben wird und das Druckmittel über den Radialbohrungsstern 108 und den Kanal 110 zum Arbeitsanschluß A und von dort über eine Arbeitsleitung 148 (Figur 1) in den Zylinderraum 6 einströmen kann - der Kolben des Hydrozylinders 4 fährt aus. Das aus dem Ringraum 8 verdrängte Druckmittel strömt über die Leitung 150 (Figur 1) zum Druckanschluß B und von dort in den Arbeitskanal 32. Aufgrund der Axialverschiebung des Haupt- Schiebers 12 hat der rechte stirnseitige Ringbund 56 mit einer Steuerkante die Verbindung zwischen dem Arbeitskanal 26 und dem Tankkanalabschnitt 52 aufgesteuert, so daß das Druckmittel aus dem Arbeitskanal 32 zum Tankanschluß T hin abströmen kann. Bei Überschreiten eines über das Druck- /Nachsaugventil 28 eingestellten Maximaldruckes wird der kleinere Druckbegrenzungskolben 124 von seinem Sitz im Nachsaugkolben 118 gegen die Kraft der Druckbegrenzungs- feder 126 (nach rechts) abgehoben, so daß die Verbindung zur Tankbohrung 112 aufgesteuert wird und Druckmittel über die Tankbohrung 112, den Ringraum 116 und den Tankkanalabschnitt 50 zum Tankanschluß T hin abströmen kann, bis der Druck am Arbeitsanschluß A unterhalb des maximal eingestellten Druckes abgefallen ist.
Das Druck-/Einspeiseventil 34 ist bekannterweise mit einer Nachsaugfunktion ausgeführt, so daß zur Vermeidung von Kavitationen Druckmittel aus dem Tankkanalabschnitt 52 in den Arbeitskanal 26 eingespeist werden kann.
Beim Ausfahren des Hydrozylinders 4 ist das Pilotventil 20 geschlossen, da dieses durch die Kraft der Pilotfeder 136 gegen den Vorsteuersitz 138 vorgespannt ist. Die auf den Pilotkolben 24 wirkenden Druckkräfte sind im wesentlichen ausgeglichen, da der Ventilsitz einen gegenüber den Stirnflächen des Pilotkolbens wesentlich geringeren Querschnitt hat und die Stirnflächenabschnitte des Pilotkolbens (abgesehen von der Fläche des Vorsteuersit- zes 138) mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind.
Nach dem Anfangshub S läuft der Federteller 76 auf die Anlageschulter 80 auf, so daß die weitere Axialverschiebung des Hauptschiebers 12 dann nur noch gegen die Kraft der mit Vorspannung aufgenommenen Rückstellfeder 68 möglich ist. Nach Durchlaufen dieses Anfangshubes S ist der Pilotkolben 24 soweit aufgesteuert, daß dieser vollständig druckausgeglichen ist, so daß die von Seiten des Pilotventils 20 auf den Hauptschieber 12 wirkende Kraft vernachlässigbar ist und somit dessen Axialverschiebung nur noch durch den Druck am Steueranschluß b und die Kraft der Rückstellfeder 68 (ebenfalls etwa 5 bar) beeinflußt ist. Durch diesen Anfangshub S wird somit bewirkt, daß der Hauptschieber beim Aufsteuern des Pilotventils und dem entsprechenden Wegfall der Druckkraft (5 bar) nicht schlagartig nach links bewegt wird, so daß eine kontinuierliche Ansteuerung gewährleistet ist.
Die Feinsteuerkerben 139 gewährleisten, daß das Sperrventil 18 nur allmählich entlastet wird, so daß ein schlagartiges Absenken der Last verhindert werden kann.
In dem Fall, in dem der Druck im Kanal 110 unter den Tankdruck absinkt (Kavitationsgefahr) hebt der Nachsaugkolben 118 gegen die Kraft der Feder 120 von seinem Sitz 122 ab, so daß Druckmittel über die Tankbohrung 112 in den Kanal 110 eingespeist werden kann.
Zum Halten der Last wird das Hauptventil 10 in seine Neutralsteilung zurückverschoben, so daß das Sperrventil 18 durch die Kraft der Druckfeder 104 in seine Sperrposition zurückbewegt wird, in der der Kegel 102 auf dem Ventilsitz 100 aufliegt und das Druckmittel leckagefrei im Zylinderraum 6 eingespannt ist.
Zum Absenken der Last wird der Steueranschluß a mit dem Tank oder einer Niederdruckquelle verbunden, während am Steueranschluß b ein Steuerdruck anliegt, über den der Hauptschieber 12 nach links verschoben wird. Aufgrund des über den Federteller 56 eingestellten Spieles S führt der Hauptschieber 12 zunächst einen Anfangshub durch, bei dem die Rückstellfeder 68 noch keine Wirkung entfaltet. Während dieses Anfangshubes läuft der Stößel 22 auf den Pilotkolben 24 auf, so daß dessen einen Schließkegel bildender Axialvorsprung vom Vorsteuersitz 138 abgehoben wird. D.h. während dieses Anfangshubes erfolgt die Axial- Verschiebung des Hauptschiebers 12 gegen die Kraft der Pilotfeder 136, die beispielsweise etwa 5 bar Druck entspricht. Durch die Axialverschiebung des Pilotkolbens 24 wird über die Feinsteuerkerben 139 die Verbindung zwischen dem Vorsteuersitz 152 und dem Steuerkanal 130 allmählich aufgesteuert, so daß Druckmittel vom Federraum 105 des Sperrventils 18 über die Radialbohrung 132, den Steuerkanal 130, die Feinsteuerkerben 139, den Vorsteuersitz 138 und den Steuerraum 142 zum dem mit dem Druckmitteltank verbundenen Steueranschluß a hin abströmen kann - das Sperrventil 18 wird rückseitig entlastet. Daraufhin kann der Kegel 102 durch den auf seine Ringfläche 154 wirkenden Lastdruck vom Ventilsitz 100 abgehoben werden, so daß das Druckmittel vom Arbeitsanschluß A über den Kanal 110, die Axialbohrung 98, den weiteren Arbeitskanal 32 und den vom Ringbund 54 aufgesteuerten Tankkanalabschnitt 50 zum Tankanschluß T hin abströmen. Gleichzeitig wird das Druckmittel über die Zumeßblende 82, die Druckwaage 16, den Verbindungskanal 48 und dem vom Steuerbund 60 aufgesteuerten Arbeitskanal 26 zum Arbeitsanschluß B und von dort in den Ringraum 8 geführt - der Hydrozylinder 4 fährt ein.
Offenbart ist eine Ventilanordnung zum lastdruckunabhängigen Ansteuern von Verbrauchern mit einem Hauptven- til, das einen Richtungsteil und einen Zumeßblendenteil aufweist. Die Ventilanordnung hat ein Sperrventil zur leckagefreien Absperrung einer zum Verbraucher führenden Arbeitsleitung. Dieses Sperrventil ist mit einem Pilotventil ausgeführt, über das ein in Schließrichtung wirk- samer Druckraum des Sperrventils zu einem Tank oder einer Niederdruckquelle hin entlastbar ist. Das Pilotventil wird erfindungsgemäß durch einen Hauptschieber des Hauptventils aufgesteuert . Bezugszeiσhenli ste
Wegeventilelement Hydrozylinder Zylinderraum Ringraum Hauptventil Hauptschieber Rückstellfedereinrichtung Druckwaage Sperrventil Pilotventil Stößel Pilotkolben Arbeitskanal Druck-/Nachsaugventi1 Tankkanal weiterer Arbeitskanal Druck-/Einspeiseventil Ventilscheibe Ventilgehäuse Ventilbohrung Druckraum Druckwaagenkanal Verbindungskanal Verbindungskanal Tankkanalabschnitt Tankkanalabschnitt stirnseitiger Ringbund (links) stirnseitiger Ringbund (rechts) Steuerbund Steuerbund Meßblendenbund Feinsteuernuten Rückstellfeder Federteller Gleitführung Radialschulter weiterer Federteller linke Stirnfläche Federteller Anlageschulter Meßblende Ausgangsanschluß Lasthalteventil Lasthalteventil Verschlußschraube Gehäusepatrone Endabschnitt Querbohrung Axialbohrung Ventilsitz Kegel Druckfeder Federraum Verschlußschraube Radialbohrungsstern Kanal Tankbohrung Verschlußstück Ringraum Nachsaugkolben Feder Sitz Druckbegrenzungskolben Druckbegrenzungsfeder Teller Steuerkanal Radialbohrung Pilotbohrung Ringstirnfläche Pilotfeder 137 Stirnfläche
138 Vorsteuersitz
139 Feinsteuerkerben
140 Verschlußstück 142 Steuerraum
144 Einsatzteil
146 Verschlußteil 148 Arbeitsleitung 150 Leitung 152 Ausgleichsbohrung
154 Ringfläche

Claims

Ansprüche
1. Ventilanordnung zum lastdruckunabhängigen Ansteuern von Verbrauchern (4) , mit einem die Druckmittelströmung zu oder vom Verbraucher regelnden Hauptventil (10) , wobei in einem Druckmittelströmungspfad zwischen einem Arbeitsanschluß (A) und dem Hauptventil (10) ein Sperrventil (18) angeordnet ist, das eine Druckmittelströmung zum Arbeitsanschluß (A) ermöglicht und das in Gegenrichtung mittels eines Pilotventils (20) aufsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotkolben (24) des Pilotventils (20) durch Verschieben eines Hauptschiebers (12) des Hauptventils (10) von einem Vorsteuersitz (138) ab- hebbar ist .
2. Ventilanordnung nach Patentanspruch 1, wobei am Hauptschieber (12) ein Stößel (22) ausgebildet ist, der in Anlage an den Pilotkolben (24) bringbar ist.
3. Ventilanordnung nach Patentanspruch 2 , wobei der Stößel (22) an einem in eine Stirnfläche des Haupt- Schiebers (12) eingesetzten Einsatzteil (144) ausgebildet ist.
4. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Ventilachse des Pilotventils (20) im Parallelabstand zur Achse des Sperrventils (18) und etwa koaxial zur Achse des Hauptventils (10) angeordnet ist.
5. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patent- ansprüche, wobei das Pilotventil (20) und das Sperrventil (18) in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (38) angeordnet sind, das an eine Stirnfläche einer das Hauptventil (10) aufnehmenden Ventilscheibe (36) angesetzt ist.
6. Ventilanordnung nach Patentanspruch 5, wobei am Ventilgehäuse (38) zumindest ein Arbeitsanschluß (A) ausgebildet ist.
7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patent- ansprüche, wobei ein Federraum (105) des Sperrventils
(18) über das Pilotventil (20) mit einem Niederdruckanschluß, vorzugsweise einem den den HauptSchieber
(12) in Richtung weg vom Pilotventil (20) beaufschlagenden Steuerdruck führenden Steueranschluß (a) ver- bindbar ist.
8. Ventilanordnung nach Patentanspruch 7, wobei der Pilotkolben (24) Feinsteuerkerben (139) zum allmählichen Aufsteuern der Verbindung zum Niederdruckan- Schluß (a) hat.
9. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Sperrventil (18) ein Druck- /Nachsaugventl (28) nachgeschaltet ist.
10. Ventilanordnung nach Patentanspruch 9, wobei ein Anschluß des Druck-/Nachsaugventils (28) über eine Tankbohrung (112) mit einem Tankanschluß (T) verbunden ist, wobei die Tankbohrung (112) eine Gehäusepa- trone (92) des Sperrventils (18) als Ringraum (116) umgreift .
11. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Hauptschieber (12) zumindest ei- ne Rückstellfedereinrichtung (14) zugeordnet ist, die nach einem vorbestimmten Anfangshub (S) des Haupt- Schiebers (12) entgegen der zum Betätigen des Pilotkolbens (24) erforderlichen Stellkraft wirkt.
12. Ventilanordnung nach Patentanspruch 11, wobei die Rückstellfedereinrichtung (14) eine Rückstellfeder (68) hat, die an einem Federteller (76) abgestützt ist, der nach dem Anfangshub (S) auf eine Anlageschulter (80) aufläuft.
13. Ventilanordnung nach Patentanspruch 5 und 10, wobei die Gehäusepatrone (92) in einen Arbeitskanal (26) der Ventilscheibe (36) einmündet.
14. Ventilanordnung nach Patentanspruch 5, wobei mittels des Hauptventils (10) eine veränderliche Zumeßblende (82) ausgebildet ist, der eine in der Ventilscheibe (36) aufgenommene Druckwaage (16) nachgeschaltet ist.
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