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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilvorrichtung, insbesondere
LS-Stromregelventil, mit einer Fluidanschlußanordnung,
beinhaltend mindestens
- – einen Druckversorgungsanschluß (P),
- – einen Rücklaufanschluß (R),
- – einen Sektions-Loadsensinganschluß (LS),
- – zwei Steueranschlüsse (P'A)
und (P'B),
- – zwei Nutzanschlüsse (A, B) und
- – mindestens eine verfahrbare Steuereinrichtung zum
zumindest teilweisen Ansteuern von Anschlüssen der Fluidanschlußanordnung.
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Durch
die
DE 10 2005
033 222 A1 ist eine sog. LUDV-Ventilanordnung bekannt,
bei der ein Regelventil eine Zulaufmeßblende ausbildet,
der eine Individualdruckwaage nachgeschaltet ist. Mittels der LUDV-Ventilanordnung
wird ein hydraulischer Verbraucher angesteuert, der an zwei Verbraucheranschlüsse
der Steueranordnung angeschlossen ist. Zum Einstellen eines Eilganges
können zwei Druckräume des Verbrauchers miteinander
und mit einer Druckmittelquelle verbunden werden. Um ein Absacken
des Verbraucherdruckes zu verhindern, erfolgt diese Verbindung der
beiden Verbraucheranschlüsse über einen Druckmittelströmungspfad,
in dem ein Rückschlagventil angeordnet ist. Über
das Wegeventil ist dabei nur die Verbindung zu einem der Verbraucheranschlüsse
aufgesteuert; die Ver bindung des anderen Verbraucheranschlusses
mit der Druckmittelquelle und/oder dem erstgenannten Verbraucheranschluß ist
im Eilgang nur über den Druckmittelströmungspfad
und das geöffnete Rückschlagventil möglich.
Mit der bekannten Lösung ist eine unbeabsichtigte Bewegung
eines hydraulischen Verbrauchers in einer Eilgangstellung der Ventilanordnung
verhindert. Die bekannte LUDV-Steuerung stellt einen Sonderfall einer
Loadsensing-Steuerung dar, bei der der höchste Lastdruck
der hydraulischen Verbraucher an eine Einstellpumpe gemeldet und
diese so geregelt wird, dass in der Pumpenleitung ein um eine bestimmte Druckdifferenz Δ
P über dem Lastdruck liegender Pumpendruck
anliegt. Bei der bekannten LUDV-Steuerung sind die Individualdruckwaagen stromabwärts
der Zumeßblenden angeordnet und drosseln jeweils zwischen
der Zumeßblende und der Last den Fluidstrom so stark an,
dass der Druck nach allen Zumeßblenden gleich, vorzugsweise
gleich dem höchsten Lastdruck ist oder leicht über
diesem liegt. Die größte Schwäche dahingehender
hydraulischer LS-Systeme liegt in deren Empfindlichkeit gegen Systemschwingungen
im Loadsensing-Regelkreis, unter anderem bedingt durch Lastwechsel
am jeweiligen Verbraucher.
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Durch
die
EP 1 370 773 131 ist
als hydraulische Ventilvorrichtung ein Wegeventil bekannt zur Steuerung
des Druckes und des Flusses von Hydrauliköl von bzw. zu
Arbeitsanschlüssen mindestens eines Fluidverbrauchers,
bei dem der Druck und der Durchfluß mittels eines durch
mindestens einen Antrieb betätigbaren, in einer Schieberbohrung
verschiebbaren Steuerschiebers und damit in Wirkverbindung stehenden
Ringkanälen steuerbar ist, wobei in einem sog. Symmetriemittelpunkt
der Ventilanordnung auf einer Symmetrieachse ein Tankanschluß-Ringkanal
(R) angeordnet ist und beidseits sind weitere Ringkanäle
symmetrisch angeordnet. Ferner ist für die Realisierung
einer hydraulischen Pumpenansteuerung auf der einen Seite der genannten
Symmetrieachse ein dem einen Arbeitsanschluß zugeordneter
A-Ringkanal, ein erster Pumpendruck-Ringkanal, ein erster Load-Sensing- Ringkanal und
ein erster Endraum-Ringkanal und auf der anderen Seite der Symmetrieachse
ein dem anderen Arbeitsanschluß zugeordneter B-Ringkanal,
ein zweiter Pumpendruck-Ringkanal, ein zweiter Load-Sensing-Ringkanal
und ein zweiter Endraum-Ringkanal zugeordnet. Ferner ist der erste
Load-Sensing-Ringkanal mit dem zweiten Load-Sensing-Ringkanal über eine
Load-Sensing-Verbindungsleitung verbunden. Mit der bekannten Ventillösung
ist eine Art Mengenteiler für die angeschlossenen Verbraucher
erreicht, wobei bei dahingehenden Mengenteilerventilen die Druckwaagen
nicht den Druckabfall über die Ventilblende regeln, sondern
den höchsten Lastdruck des Systems übernehmen.
Schwankende Druckverluste in der Speiseleitung stören dann
direkt die verfügbare Druckdifferenz an der Reglerblende
und verhindern dergestalt eine konstante Stromregelung.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Ventillösungen dahingehend weiter zu verbessern,
dass Systemschwingungen im Load-Sensing-Regelkreis besser beherrschbar
sind und dass eine konstante Stromregelung für den jeweils
angeschlossenen hydraulischen Verbraucher möglich ist. Eine
dahingehende Aufgabe löst eine hydraulische Ventilvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 vorgesehen ist, dass die jeweilige Steuereinrichtung einem jeden Nutzanschluß A,
B zugeordnet einen Steuerschieber aufweist, dem eine Druckwaage
in Fluidrichtung zum jeweiligen Nutzanschluß A, B vorgeschaltet
ist, ist das hydraulische LS-System gegen Systemschwingungen weniger
empfindlich. Aufgrund der vorgeschalteten Druckwaage kann diese
einen entscheidenden Einfluß auf die Systemstabilität
nehmen. Druckschwingungen werden häufig durch mechanische
Schwingungen von nachgiebigen Strukturen bei den jeweils angeschlossenen
hydraulischen Verbrauchern (Kranarme) erzeugt und dann durch den Lastfühlkreis
(LS) auf die Druckwaage übertra gen. Der LS-Druck (Lastmeldedruck)
stellt dann insoweit die Führungsgröße
für die vorgeschaltete Druckwaage dar und kann insoweit
die Druckschwingungen glätten, noch bevor der Druck an
den nachfolgenden Steuerschieber der jeweiligen Steuereinrichtung
weitergeleitet wird, der dann in Abhängigkeit seiner jeweiligen
Schieber- oder Kolbenposition die Konstantversorgung für
den jeweils angeschlossenen hydraulischen Verbraucher sicherstellt.
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Neben
der genannten Systemglättung wird durch die Fluidfolge
von Druckwaage mit nachgeordnetem Steuerschieber sichergestellt,
dass unabhängig von der Druckdifferenz an der Steuereinrichtung für
den jeweiligen Verbraucher ein konstanter Nutzvolumenstrom zur Verfügung
steht, so dass der Gesamtdurchfluß unabhängig
von wechselnden Lastdrücken am Verbraucher konstant bleibt
und insoweit einen funktionssicheren Betrieb für den jeweils
angeschlossenen hydraulischen Verbraucher gewährleistet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Ventilvorrichtung ist die Druckwaage innerhalb des Steuerschiebers
integriert, wobei sowohl die Druckwaage als auch der Steuerschieber
in einer Relativbewegung zueinander innerhalb eines Ventilgehäuses
längsverschiebbar geführt sind. Die dahingehende
Koaxialanordnung von Steuerschieber und Druckwaage ist besonders
platzsparend und führt zu klein aufbauenden Ventilgehäusen, wobei
die dahingehende Anordnung dennoch besonders funktionssicher ist.
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Als
besonders funktionssicher hat es sich ferner erwiesen, wenn bei
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Ventilvorrichtung sowohl die Druckwaage als auch der Steuerschieber federzentriert
in einer Ausgangsstellung gehalten sind, wobei die Druckwaage von
einem LS-Druck ansteuerbar ist, der gleichzeitig auf eine Anschlußseite des
Steuerschiebers geführt ist, der wiederum von dem Steuerdruck
eines Pilotventils ansteuerbar ist und wobei ferner ein zwischen
Steuerschieber und Druckwaage abgegriffener Steueranschlußdruck
gegenläufig zum LS-Druck wirkend die Druckwaage ansteuert.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Ventilvorrichtung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung
anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher
Darstellung die
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1 in
der Art eines hydraulischen Schaltplans den prinzipiellen Aufbau
der hydraulischen Ventilvorrichtung in Form eines LS-Stromregelventils;
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2 die
praktische Umsetzung des Schaltplans nach der 1 in
einem Ventilprodukt, das teilweise mit seinen wesentlichen Komponenten
einmal im Längsschnitt und einmal in Ansicht wiedergegeben
ist;
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3 eine
vergrößerte Darstellung einer geschnitten dargestellten
Längsansicht einer in Blickrichtung auf die 2 gesehen
rechten Steuereinrichtung mit Druckwaage und Steuerschieber.
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Die
hydraulische Ventilvorrichtung nach der 1 weist
eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Fluidanschlußanordnung
auf, beinhaltend einen Druckversorgungsanschluß P, einen
Rücklaufanschluß R, einen Sektions-Loadsensinganschluß LS
mit LSmax, zwei Steueranschlüsse
P'A, P'B, zwei Nutzanschlüsse A,
B sowie zwei daran angeschlossene voneinander unab hängige
Hydromotoren 12 als Verbraucher, die an einen gemeinsamen
Tankanschluß T0 angeschlossen sind.
Die hydraulische Ventilvorrichtung weist ferner zwei als Ganzes
mit 14 bezeichnete Steuereinrichtungen auf zum zumindest
teilweise Ansteuern von Anschlüssen der Fluidanschlußanordnung 10.
Die jeweilige Steuereinrichtung 14 weist jedem Nutzanschluß A,
B zugeordnet einen Steuerschieber 16 auf, dem eine Druckwaage 18 vorgeschaltet
ist. Steuerschieber 16 sowie Druckwaage 18 sind
in der Art von Proportionalventilen aufgebaut, wobei der jeweilige
Steuerschieber 16 mit einer Art Drossel oder Blende 20 versehen
ist. Sowohl die Druckwaage 18 als auch der Steuerschieber 16 sind gemäß der
Darstellung nach der 1 federzentriert in einer Ausgangsstellung
gehalten, wobei der Steuerschieber 16 hierfür
eine Druckfeder 22 aufweist und die Druckwaage 18 eine
weitere Druckfeder 24.
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Die
jeweilige Druckwaage 18 ist von einem LS-Druck ansteuerbar,
der in der 1 mit LSA bzw. LSB bezeichnet ist. Der dahingehende LS-Druck
LSA, LSB ist gleichzeitig
auch auf eine Anschlußseite 26 des Steuerschiebers 16 geführt.
Der jeweilige Steuerschieber 16 ist ferner entgegen der
Wirkung der Druckfeder 22 von einem Steuerdruck XA, XB eines an sich
bekannten Pilotventils PA, PB ansteuerbar, wobei
ein zwischen Steuerschieber 16 und Druckwaage 18 abgegriffener
Steueranschlußdruck P'A, und P'B gegenläufig zum LS-Druck LSA, LSB wirkend die
Druckwaage 18 ansteuert. Der direkt am Eingang der Druckwaage 18 anstehende
LS-Druck soll dabei mit LSA, bezeichnet
sein sowie mit LSB1.
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Eine
weitere Anschlußseite 28 des Steuerschiebers 16 ist
an einen Rücklaufanschluß R angeschlossen und
der LS-Druck LSA und LSB ist über
ein Wechselventil 30 ansteuerbar, das über ein
Rückschlagventil 32 an LSmax angeschlossen
ist, wobei das Rückschlagventil 32 in Richtung
von LSmax öffnet. Die Pilotventile
PA, PB sind an einen
Steuerdruck PST als Versorgungsquelle angeschlossen
und weiter an den Tankanschluß T0.
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Die
in der 1 in der Art eines hydraulischen Schaltplans vorgestellte
hdraulische Ventilvorrichtung ist nun gemäß der
Längsschnittdarstellung nach der 2 dort als
konstruktive Ventillösung aufgezeigt. Die Ventilvorrichtung
weist ein als Ganzes mit 34 bezeichnetes Ventilgehäuse
auf, wobei das Ventilgehäuse in der Art eines modularen
Baukastenkonzeptes realisiert ist. Insbesondere sind die Pilotventile
PA, PB mit ihren
Anschlußgehäuseteilen 36 an das Mittengehäuse 38 angeschlossen,
wobei in Blickrichtung auf die 2 gesehen
im oberen Bereich des Mittengehäuses 38 die Nutzanschlüsse
A, B in der Art von Einschraubpatronen angeschlossen sind und im
unteren Bereich des Mittengehäuses 38 ist dieses
von einem Durchgangskanal 40 durchgriffen, in dem insgesamt
der Pumpendruck P ansteht, der über Anschlußleitungen 42 an
eine Mittenkanalbohrung 44 angeschlossen ist, in die die
beiden Steuereinrichtungen 14 eingesetzt sind. Ebenso wie
der Durchgangskanal 40 erstreckt sich auch die Mittenkanalbohrung 44 quer
zu einer Mittenlängsachse des Gesamtventilgehäuses 34 und
entlang dieser nicht näher dargestellten Mittenlängsachse
ist in Blickrichtung auf die 2 gesehen
unterhalb der Mittenkanalbohrung 44 der Rücklaufanschluß R
angeordnet, der über eine weitere Anschlußleitung 46 in
den Mittenkanal 44 ausmündet. Ferner ist der Mittenkanal 44 vorzugsweise
in Form einer Bohrung ausgebildet über Verbindungsleitungen 48 fluidführend
an die Nutzanschlüsse A, B angeschlossen. Das in der 1 mit 32 bezeichnete
Rückschlagventil ist gleichfalls in dem Ventilgehäuse 34 integriert,
was aber aus Vereinfachungsgründen nicht näher
dargestellt ist.
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Die
in Blickrichtung auf die 2 gesehen horizontal verlaufende
Steuerschieberachse des jeweiligen Steuerschiebers 16,
gebildet durch die Mittenkanalbohrung 44 im Mittengehäuse 38,
ist insoweit auf beiden Seiten mit dem jeweiligen Pilotgehäuse
als Anschlußgehäuseteil 36 für
das Zuführen des Ansteuerdruckes XA,
XB dichtend verschlossen. Außerhalb
der Ventilmitte liegt der Rücklaufkanal R und vom Rücklaufkanal
R gesehen reihen sich nach außen auf der einen Seite A,
P und LSA an und auf der gegenüberliegenden
Seite B, P und LSB. Wie bereits dargestellt,
sind die LS-Ringkanäle LSA und
LSB mit dem Wechselventil 30 verbunden,
das die beiden Drücke voneinander trennt. Das Wechselventil 30 ist vorzugsweise
als kreisrundes Einsteckteil ausgebildet und wird auf der sog. Flanschseite
(nicht dargestellt) des scheibenartigen Ventilkörpers 34 montiert. Der
Ausgangsanschluß des Wechselventils 30 führt über
einen Druckkanal zum Rückschlagventil 32, das gegen
höheren Druck im LS-Meldekanal (LSmax)
abdichtet. Wird der Lastdruck LSA oder LSB höher als der Druck im Meldekanal,
dann wird dieser Druck über das Rückschlagventil 32 im
Steuerblock weitergemeldet und von da aus weiter bis zu einer nicht
näher dargestellten Systemdruckregelung für das
gesamte Ventilsystem.
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Der
gesamte Raum in Form des Durchgangskanals 40 im unteren
Teil des Mittengehäuses 38 steht unter Pumpendruck
P und von diesem Raum führt jeweils eine Kanalleitung zur
Hohlraumachse des jeweils zuordenbaren Steuerschiebers 16 neben die
Ringkanäle, die zu den Nutzanschlüssen A und B führen.
Die beiden Steuerschieber 16 sind identisch aufgebaut und
nehmen in koaxialer Anordnung eine innenliegende, der Ventilblende
vorgeschaltete Druckwaage 18 auf, die auch insoweit miteinander baugleich
sind. Wie in der 2 dargestellt, sind in Neutralstellung
die Steuerschieber 16 durch gehäusefeste Anschläge
und ihre jeweilige Arbeitsfeder (Druckfeder 22) in ihrer
Stellung gehalten. Die Arbeitsfeder (Druckfeder 22) stützt
sich dabei einerseits gegen das Gehäuse 34 des
Ventils ab und andererseits gegen eine Verschlußschraube 50,
die mit dem Steuerschieber 16 fest verschraubt ist. In
der dahingehenden Ausgangs- oder Neutralstellung trennt der jeweilige
Steuerschieber 16 den Arbeitsanschluß A oder B
vom Pumpenanschluß P ab.
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Wie
insbesondere die 3 zeigt, ist eine variable Ventilblende
gebildet in Form von ersten radialen Durchbrüchen 52 innerhalb
der Hohlschieber anordnung, bestehend aus Steuerschieber 16 und Druckwaage 18,
wobei insoweit ein Dichtsteg P zu A und P zu B innerhalb des Ventilgehäuses 34 entsteht. Auch
ist die innenliegende Druckwaage 18 über zweite
radiale Durchbrüche 54 im Steuerschieber 16 ständig
mit dem Pumpenkanal P verbunden. Die Federkammer mit der weiteren
Druckfeder 24 der Druckwaage 18 ist über
dritte radiale Durchbrüche 56 im Steuerschieber 16 ständig
mit dem jeweils zuordenbaren LSA- oder LSB-Ringkanal verbunden. In der Neutralstellung
sind die dritten radialen Durchbrüche 56 des Steuerschiebers 16 zusätzlich
mit dem Federraum mit der Druckfeder 22 des Steuerschiebers 16 druckführend
verbunden. Das geschieht durch korrespondierende Radialdurchgänge
im Regelkolben der Druckwaage 18 und insoweit ist der genannte
Federraum der Druckwaage 18 dann in Neutralstellung entlastet.
Der Steuerschieber 16 kann mit vierten radialen Durchbrüchen 57 versehen
sein, deren zur Ventilmitte liegende Kante auf gleicher axialer
Länge liegt wie die ersten Durchbrüche (Steuerkante 52).
Diese dahingehenden vierten Durchbrüche 57 haben,
anders als die ersten drei Durchbrüche, keine korrespondierenden
Durchgänge im Regelkolben der Druckwaage 18. Die
lagerichtige Orientierung von korrespondierenden Durchbrüchen
mit Durchgängen ist durch eine Verdrehsicherung 58 in
Form einer Rastkugel gewährleistet, die insoweit eine Radialsicherung
bietet zwischen Steuerschieber 16 und dem Regelkolben der
Druckwaage 18.
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Im
drucklosen Zustand drückt die Regelfeder 24 den
Regelkolben der Druckwaage 18 gegen das Sacklochende des
Steuerschiebers 16. Der dahingehende Druckwaagekolben ist
ebenfalls als Hohlkolben ausgebildet und hat einen zweiten radialen Durchgang 60,
der die Verbindung mit dem Durchbruch 54 als sog. P-Durchbruch
im Steuerschieber 16 beim Hub gegen die Druckwaagenfeder 24 verschließt
(Steuerkante der Druckwaage 18). Ein erster radialer Durchgang 62 ist
mit einer Ventilblende in Form des ersten Durchbruches 52 im
Steuerschieber 16 ständig verbunden. Die Federkammer
der Druckwaage 18 ist durch den dritten radialen Durchbruch 56 mit
dem jeweils zuordenbaren dritten Durchgang 64 des Steuerschiebers 16 verbunden
und außerdem mit Längsnuten 66 auf der
Mantelfläche des Regelkolbens der Druckwaage 18.
Die dahingehenden Längsnuten 66, von denen in
der 3 strichliniert nur eine dargestellt ist, erstrecken
sich in Richtung R-Kanal bis zur Steuerkante des Regelkolbens und liegen – am
Umfang betrachtet – zwischen den radialen Durchbrüchen
und Durchgängen. Die jeweilige Längsnut 66 hat
dabei ständige Verbindung mit dem vierten radialen Durchbruch 57 im
Steuerschieber 16. Die dahingehende Längsnutverbindung
stellt den LS-Meldeanschluß vom Arbeitsanschluß in
die Federkammer mit der Druckfeder 24 der Druckwaage 18 dar.
Dabei entspricht die Anschlußstelle 57 gemäß Darstellung
nach der 1 dem Abzweigpunkt LSB und der Durchbruch 56 bildet auf
der einen Eingangssteuerseite der Druckwaage 18 den Meldeanschluß LSB1 aus, wohingegen der vorstehend bezeichnete LS-Druck
LSB den Fühlanschluß darstellt.
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Wenn
der Pumpendruck über den Pumpenanschluß P ansteht,
dann wirkt dieser Druck auch in der P'A-
oder P'B-Kammer der Druckwaage 18 und drückt
den Regelkolben gegen die Feder, bis die korrespondierende Steuerkante
schließt, so dass der P'A- oder
P'B-Druck genau auf den Betrag der Regelfeder 24 der
Druckwaage 18 eingeregelt ist. Es ist selbstredend, dass
die erwähnten radialen Durchbrüche und Durchgänge,
wie in 3 auch dargestellt, mehrfach entlang der Außenumfänge
von Steuerschieber 16 und Regelkolben der Druckwaage 18 angeordnet
sein können.
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Wird
nun über die Pilotventile PA oder
PB ein Pilotdruck vorgegeben, wobei als
Pilotventil ein elektrohydraulisches Druckreduzierventil dienen
soll, mit zentraler Versorgung aus einem Steuerölkreis
PSt, dann verschiebt sich der Steuerschieber 16 gegen die
Federkraft der Druckfeder 22 in Richtung R-Kanal (vgl. 2).
Die Ventilblende beginnt dann dabei einen Öffnungsquerschnitt
zwischen Druckwaage 18 und jeweils zuordenbarem Arbeitsanschluß A
oder B zu öffnen. Demgemäß bricht der
P'A- oder P'B-Druck je weils
ein, weil Volumen abfließt. Die Regelfeder 24 kann
dann den Regelkolben in Richtung öffnender Steuerkante
schieben und es fließt Öl aus dem Pumpenanschluß P
nach, bis wieder ein Staudruck vor der Ventilblende entsteht, der
im Kräftegleichgewicht mit der Regelfeder und dem gemeldeten
Lastdruck ist. Der Lastdruck wird dann vom vierten radialen Durchbruch 57 des
Steuerschiebers 16 in die Längsnut 66,
die gleichfalls mehrfach sich um den Umfang des Regelkolbens erstrecken
kann, gemeldet und von dort durch den dritten radialen Durchbruch 64 im Regelkolben
in die Federkammer mit der weiteren Druckfeder 24 geführt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist
eine systemstabile Ventilvorrichtung vorgegeben, die platzsparend
eine LS-Stromregelfunktion erfüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005033222
A1 [0002]
- - EP 1370773131 [0003]