Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur lastunabhängigen Steuerung eines
hydraulischen Verbrauchers mit einem Steuerschieber zur Steuerung der
Bewegungsrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers und einem
dem Steuerschieber zugeordneten Drosselventil, das bei der Verbindung einer
Pumpe mit dem Verbraucher in Richtung einer Öffnungsstellung von dem Druck
stromab der Drosselstelle des Steuerschiebers und in Richtung einer Sperrstellung
von dem Lastdruck des Verbrauchers sowie einer Feder beaufschlagbar ist.
Derartige Steuerventile mit einem zugeordneten Drosselventil, beispielsweise einer
Druckwaage, werden in Load-Sensing-Antriebssystemen verwendet und steuern bei
der Verbindung der Pumpe mit dem Verbraucher, beispielsweise zum Anheben einer
an einem Hydraulikzylinder anstehenden Last, die durch die Öffnungsweite des
Steuerventils vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit unabhängig von der am
Verbraucher angreifenden Last. Das Drosselventil ist hierbei beispielsweise stromab
des Steuerventils angeordnet und von der Kraft einer Feder sowie dem Lastdruck des
Verbrauchers in Schließrichtung und dem Druck stromab der Drosselstelle des
Steuerventils in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Von dem Drosselventil wird somit bei
der Verbindung des Verbrauchers mit der Pumpe die Druckdifferenz am Steuerventil
auch bei unterschiedlichem Lastdruck des Verbrauchers konstant gehalten, wodurch
die von der Pumpe dem Verbraucher zuströmende Druckmittelmenge konstant bleibt
und die durch die Öffnungsweite des Steuerschiebers vorgegebene Bewegungs
geschwindigkeit konstant gehalten wird.
Bei der Verbindung des Verbrauchers mit einem Behälter, beispielsweise zum
Absenken einer an einem Hydraulikzylinder angreifenden Last, wird durch die
Öffnungsweite des Steuerventils ebenfalls eine Bewegungsgeschwindigkeit vor
gegeben. Der in Richtung der Schließstellung wirkende Steuerdruckraum des
Drosselventils ist hierbei zum Behälter entlastet, so daß das Drosselventil von dem
stromab der Drosselstelle des Steuerventils anstehenden Druck in die
Öffnungsstellung beaufschlagt wird. Dadurch ist die durch die Drosselstelle des
Steuerventils vom Verbraucher zum Behälter abströmende Druckmittelmenge von der
Last des Verbrauchers abhängig. Insbesondere bei in Abflußrichtung wirkenden
Lasten, beispielsweise an Hydraulikzylindern hängenden Lasten, ist jedoch eine
Begrenzung der vom Verbraucher abströmenden Druckmittelmenge und somit der
Absenkgeschwindigkeit des Verbrauchers notwendig.
Zur Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers bei der
Verbindung des Verbrauchers mit dem Behälter mittels des Steuerventils ist es
bekannt, zusätzliche Ventile vorzusehen, um eine lastunabhängige Steuerung der
abströmenden Druckmittelmenge und somit der Bewegungsgeschwindigkeit des
Verbrauchers in Abflußrichtung zu erhalten. Hierzu werden bei Hydraulikzylindern zur
Begrenzung der Absenkgeschwindigkeit, insbesondere bei hängenden Lasten Strom
regler oder Senkbremsventile verwendet. Zudem ist es bekannt, Drosselventile,
beispielsweise Drosselschrauben, zur Begrenzung der Absenkgeschwindigkeit zu
verwenden, die jedoch lastabhängig sind. Bei Fahrmotoren ist es bekannt, zur
Begrenzung der abströmenden Druckmittelmenge zusätzlich zu den Steuerventilen
Fahrbremsventile vorzusehen, die einen Bremsdruck in der Ablaufseite der Fahr
motoren aufstauen, falls der Fahrmotor beispielsweise während einer Bergabfahrt
angetrieben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zur
Verfügung zu stellen, das mit geringem Bauaufwand eine Begrenzung der vom
Verbraucher zu einem Behälter abströmenden Druckmittelmenge und somit eine
lastunabhängige Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers in
Abflußrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drosselventil bei der
Verbindung des Verbrauchers mit dem Behälter die abströmende Druckmittelmenge
begrenzt. Der erfindungswesentliche Gedanke besteht somit darin, das zur last
unabhängigen Geschwindigkeitssteuerung in Durchflußrichtung von der Pumpe zum
Verbraucher bereits vorhandene Drosselventil ebenfalls zur lastunabhängigen
Geschwindigkeitssteuerung des Verbrauchers in Durchflußrichtung vom Verbraucher
zum Behälter und somit zur Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des
Verbrauchers auf den durch die Öffnungsweite des Steuerventils festgelegten
Geschwindigkeitswert in Abflußrichtung zu verwenden. Dadurch sind keine
zusätzlichen Ventile für die Begrenzung des von dem Verbrauchers abströmenden
Druckmittelstroms notwendig, wodurch sich ein geringer Bauaufwand des
Steuerventils ergibt. Durch den Wegfall zusätzlicher Ventile sind weiterhin der
Bauraumbedarf und die Herstellkosten verringerbar.
Mit besonderem Vorteil ist hierbei bei der Verbindung des Verbrauchers mit dem
Behälter das Drosselventil in Richtung der Schließstellung mit dem Druck stromauf
der Drosselstelle des Steuerschiebers beaufschlagbar. Bei der Verbindung des
Verbrauchers mit dem Behälter über das Steuerventil ist das Drosselventil somit in
Richtung der Schließstellung durch den Druck stromauf der ablaufseitigen Drossel
stelle des Steuerventils und der Feder beaufschlagt. In Richtung der Öffnungsstellung
des Drosselventils wirkt der Druck stromab der ablaufseitigen Drosselstelle des
Steuerventils. Durch entsprechende Flächenverhältnisse der in Öffnungsrichtung und
in Schließrichtung wirkenden Steuerflächen des Drosselventils kann somit eine
bestimmte in Öffnungsstellung des Drosselventils wirkende Kraft vorgegeben werden,
die die Öffnungsweite des Drosselventils steuert. Die abströmende Druckmittelmenge
und somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers in Abflußrichtung wird
somit auf einfache Weise durch das Drosselventil lastunabhängig auf den durch die
Öffnungsweite des Steuerschiebers festgelegten Wert begrenzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist bei einer Verbindung des
Verbrauchers mit dem Behälter der in Richtung der Schließstellung des Drosselventils
wirkende Druck mittels einer einen Differenzdruck erzeugenden Ventileinrichtung
einstellbar. Eine derartige Ventileinrichtung vermindert den stromauf der
ablaufseitigen Drosselstelle des Steuerventils eingangsseitig an der Ventileinrichtung
anstehenden Druck um einen bestimmten Differenzdruck, wodurch der in Richtung
der Schließstellung des Drosselventils wirkende Druck entsprechend dem an der
Ventileinrichtung erzeugten Differenzdruck vermindert wird. Dadurch kann auf
einfache Weise eine in Richtung der Öffnungsstellung des Drosselventils wirkende
Druckdifferenz vorgegeben werden und somit die Bewegungsgeschwindigkeit des
Verbrauchers in Abflußrichtung lastunabhängig entsprechend der
Schieberauslenkung des Steuerventils gesteuert werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der an der Ventileinrichtung erzeugbare
Differenzdruck veränderbar ist. Durch eine Änderung des Differenzdrucks kann auf
einfache Weise die Öffnungsweite des Drosselventil und somit die dem Verbraucher
abströmende Druckmittelmenge verändert werden. Dadurch ist es auf einfache Weise
möglich, bei einem doppeltwirkenden Verbraucher die Abflußmenge an die
Zulaufmenge des Verbrauchers anzupassen und beispielsweise die Grenzmenge der
Pumpe oder Drehzahländerungen der Pumpe zu berücksichtigen.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist der an der Ventileinrichtung erzeugbare
Differenzdruck mittels einer Feder, insbesondere einer einstellbaren Feder
veränderbar. Der stromauf der Drosselstelle des Steuerschiebers anstehende Druck
wird somit entsprechend der Federvorspannung vermindert und beaufschlagt das
Drosselventil in Richtung der Schließstellung. Durch eine einstellbare Feder kann auf
einfache Weise der an der Ventileinrichtung erzeugte Differenzdruck verändert
werden und somit die Öffnungsweite des Drosselventils festgelegt werden, wodurch
die Abflußmenge an die Zuflußmenge angepaßt werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der an der Ventileinrichtung erzeugbare
Differenzdruck in Abhängigkeit der aus dem Pumpendruck und dem Lastdruck des
Verbrauchers gebildeten Druckdifferenz veränderbar. Dadurch können auf einfache
Weise die Grenzmenge der Pumpe bei der Einstellung der abströmenden
Druckmittelmenge berücksichtigt werden. Die Druckdifferenz aus Pumpendruck und
Lastdruck kann hierbei derart an der Ventileinrichtung wirken, daß bei einer
Verringerung dieser Druckdifferenz der an der Ventileinrichtung erzeugbare
Differenzdruck abnimmt. Dadurch erhöht sich der in Richtung der Schließstellung
wirkende Druck am Drosselventil, wodurch am Drosselventil eine geringere in
Öffnungsrichtung wirkende Druckdifferenz ansteht und somit die abströmende
Druckmittelmenge verringert wird. Zudem können durch diese Maßnahme
Schwankungen des dem Verbraucher zuströmenden Druckmittelstroms,
beispielsweise durch Drehzahländerungen der Pumpe, durch eine entsprechende
Änderung der Abflußmenge berücksichtigt werden.
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn ein mit der Ventileinrichtung in Wirk
verbindung stehenden Hilfskolben vorgesehen ist, der in Richtung einer Erhöhung
des Differenzdrucks der Ventileinrichtung von dem Pumpendruck und in Richtung
einer Verringerung des Differenzdrucks der Ventileinrichtung von dem Lastdruck des
Verbrauchers beaufschlagbar ist. Dadurch kann auf einfache Weise die aus
Pumpendruck und Lastdruck gebildete Druckdifferenz auf hydraulischem Wege an
der Ventileinrichtung abgebildet werden.
In einer Ausgestaltungsform ist der an der Ventileinrichtung erzeugbare
Differenzdruck elektrisch veränderbar. Auf elektrischem Wege kann ebenfalls die
Abflußmenge an die Grenzmenge der Pumpe und an Schwankungen des dem
Verbraucher zuströmenden Druckmittelstroms angepaßt werden.
Mit besonderem Vorteil ist hierbei ein mit der Ventileinrichtung in Wirkverbindung
stehender Proportionalmagnet vorgesehen, der ausgangsseitig mit einer
elektronischen Regeleinrichtung in Verbindung steht, die eingangsseitig mit Druck
aufnehmern zur Erfassung des Pumpendrucks und des Lastdrucks des Verbrauchers
in Verbindung steht. Der an der Ventileinrichtung erzeugbare Differenzdruck und
somit die vom Verbraucher zum Behälter abströmende Druckmittelmenge wird hierbei
mittels eines Proportionalmagneten bestimmt, dessen Einstellung in der
elektronischen Regeleinrichtung aus den von den Druckaufnehmern ermittelten
Werten von Pumpendruck und Lastdruck bestimmt wird.
In einer Ausführungsform ist die Ventileinrichtung in einer mit dem Verbraucher und
einem in Richtung der Schließstellung des Drosselventils wirkenden Steuerdruckraum
in Verbindung bringbaren Steuerdruckleitung angeordnet und als Vorspannventil,
insbesondere ein in Richtung zum Steuerdruckraum öffnendes, federbelastetes
Rückschlagventil, ausgebildet. Mit einem als federbelasteten Rückschlagventil
ausgebildetem Vorspannventil, das in einer von dem Verbraucheranschluß zur in
Schließrichtung des Drosselventils wirkenden Steuerfläche geführten
Steuerdruckleitung angeordnet ist, kann auf einfache Weise ein Differenzdruck in der
Steuerdruckleitung erzeugt werden und somit das Drosselventil zur Begrenzung der
abströmenden Druckmittelmenge verwendet werden. Hierzu ist am Steuerventil
lediglich eine entsprechende Steuerdruckleitung und die Ventileinrichtung
vorzusehen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die
Ventileinrichtung in einer mit dem Verbraucher und dem in Richtung der
Schließstellung des Drosselventils wirkenden Steuerdruckraum in Verbindung
bringbaren Steuerdruckleitung angeordnet und als Differenzdruckregelventil
ausgebildet ist. Mit einem Differenzdruckregelventil ergibt sich eine verbesserte
Druckunabhängigkeit des Differenzdrucks vom Ablaufdruck des Verbrauchers.
Insbesondere bei der Verwendung des Steuerventils in einem Fahrantrieb zur
Ansteuerung eines Fahrmotors kann dadurch erzielt werden, daß die am Steuerventil
eingestellte Bewegungsgeschwindigkeit konstant gehalten wird und somit eine
Bewegungsgeschwindigkeitszunahme des Fahrmotors bei einem Lastwechsel oder
einer Bergabfahrt vermieden wird.
Mit besonderem Vorteil weist das Differenzdruckregelventil eine Tankentlastung zur
Verbindung der Steuerdruckleitung mit einem Behälter auf. Durch eine separate
Tankentlastung der Steuerdruckleitung, wobei der von der Steuerdruckleitung zum
Behälter abströmende Druckmittelstrom vom Differenzdruckregelventil angesteuert ist,
ist es möglich, den am Differenzdruckregelventil eingestellten Differenzdruck
unabhängig von der Schieberstellung des Steuerventils und somit unabhängig von
der vom Verbraucher abströmenden Druckmittelmenge konstant zu halten. Mit einer
als Differenzdruckregelventil mit separater Tankentlastung ausgebildeten
Ventileinrichtung kann somit eine vom Ablaufdruck des Verbrauchers und von der
Schieberstellung des Steuerventils unabhängiger und somit konstanter Differenzdruck
erzeugt werden. Durch eine Änderung des Differenzdrucks kann hierbei die
Ablaufmenge unabhängig vom Ablaufdruck und der Schieberstellung des
Steuerventils für jeden Betriebspunkt mit hoher Genauigkeit an die Zulaufmenge
angepaßt werden. Bei der Verwendung des Steuerventils in einem Fahrantrieb kann
dadurch auf einfache Weise eine Geschwindigkeitszunahme des Fahrzeugs während
der Bergabfahrt oder einem Lastwechsel vermieden werden.
Zweckmäßigerweise ist das Differenzdruckregelventil als in Zwischenstellungen
drosselndes Schieberventil ausgebildet und weist eine erste Schaltstellung auf, in der
die Verbindung der Steuerdruckleitung zu dem in Richtung der Schließstellung
wirkenden Steuerdruckraum des Drosselventils sperrbar und der in Richtung der
Schließstellung wirkende Steuerdruckraum des Drosselventils mit einem Behälter in
Verbindung steht, und eine zweite Schaltstellung auf, in der die Steuerdruckleitung
mit dem in Richtung der Schließstellung wirkenden Steuerdruckraum der
Drosselventils in Verbindung steht und die Verbindung des in Schließrichtung
wirkenden Steuerdruckraums mit dem Behälter sperrbar ist, wobei das
Differenzdruckregelventil von dem stromauf des Differenzdruckregelventils in der
Steuerdruckleitung anstehenden Druck in Richtung der zweiten Schaltstellung und
von dem stromab des Differenzdruckregelventils in der Steuerdruckleitung
anstehenden Drucks sowie einer Feder in Richtung der ersten Schaltstellung
beaufschlagbar ist. Mit einem derartigen Differenzdruckregelventil kann der
Differenzdruck und somit die das Drosselventil ansteuernde Druckdifferenz
unabhängig vom Ablaufdruck des Verbrauchers und der Schieberstellung des
Steuerventils auf den durch die Feder festgelegten Wert konstant gehalten werden.
Dadurch kann durch das Drosselventil der vom Verbraucher zum Behälter
abströmende Druckmittelstrom mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, wobei die
Ablaufmenge lediglich von der Öffnungsweite des Steuerventils bestimmt wird.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Verbraucher als einfachwirkender
Hydraulikzylinder, insbesondere als Hubzylinder eines Hubmastes eines Flur
förderzeugs, ausgebildet ist. Der Hubzylinder eines Flurförderzeugs ist meist von
einer hängenden Last beaufschlagt, d. h. einer in Abflußrichtung wirkender Last.
Durch das erfindungsgemäße Steuerventil kann hierbei auf einfache Weise eine
Begrenzung und somit eine lastunabhängige Steuerung der Absenkgeschwindigkeit
bei unter Last stehenden Hydraulikzylindern erzielt werden.
Der Verbraucher kann zudem als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet sein,
insbesondere als Ausleger oder Stielzylinder eines Baggers. Mit dem
erfindungsgemäßen Steuerventil kann ebenfalls bei doppeltwirkenden, unter Last
stehenden Zylindern, beispielsweise dem Auslegerzylinder oder der Stangenseite des
Stielzylinders eines Baggers, mit einfachen Mitteln eine lastunabhängige Steuerung
der Senkgeschwindigkeit erzielt werden.
Darüber hinaus kann der Verbraucher als rotatorischer Verbraucher, insbesondere als
Fahrmotor eines hydrostatischen Fahrantriebs, ausgebildet sein. Durch die
Begrenzung der Abflußmenge kann hierbei die Fahrgeschwindigkeit beispielsweise
bei der Bergabfahrt eines Fahrzeugs mit einem hydrostatischen Fahrantrieb
lastunabhängig gesteuert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform, bei der der Steuerschieber in einer
Gehäusebohrung längsverschiebbar gelagert ist und eine erste mit einer Pumpe in
Verbindung stehende Ringnut, mindestens eine zweite mit einem Verbraucher
anschluß in Verbindung bringbare Ringnut, mindestens eine dritte an einen Behälter
anschließbare Ringnut und mindestens eine vierte zur Erfassung des Lastdrucks des
Verbrauchers vorgesehene Ringnut in der Gehäusebohrung angeordnet ist, der
Steuerschieber mittels Radialdurchbrechungen mit den Ringnuten in Verbindung
bringbar ist und das Drosselventil als ein in dem Steuerschieber angeordneter
Steuerkolben ausgebildet ist, ist in der Gehäusebohrung mindestens eine weitere
Ringnut vorgesehen, die mittels einer Steuerdruckleitung mit dem
Verbraucheranschluß in Wirkverbindung steht, wobei in der Steuerdruckleitung die
Ventileinrichtung angeordnet ist und die Ringnut bei der Verbindung des
Verbraucheranschlusses mit dem Behälter mit dem in Richtung der Schließstellung
wirkenden Steuerdruckraum des Drosselventils in Verbindung bringbar ist. Dadurch
ergibt sich ein besonders geringer Bauaufwand, da zur Begrenzung der Abflußmenge
am Steuerventil lediglich eine weitere Ringnut, die mit der entsprechenden
Steuerfläche des Drosselventils in Verbindung bringbar ist, in der Gehäusebohrung
vorzusehen ist, wobei die Ringnut mittels einer Steuerdruckleitung, in der die
Ventileinrichtung angeordnet ist, mit dem Verbraucheranschluß in Verbindung steht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei
zeigt
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuerventil zur Steuerung eines
einfachwirkenden Verbrauchers,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Steuerventil zur Steuerung eines
doppeltwirkenden Verbrauchers,
Fig. 3 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß der
Fig. 2 und
Fig. 4 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Steuerventils gemäß der
Fig. 2 und
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils.
Die Fig. 1 zeigt ein Steuerventil 1 zur Ansteuerung eines einfachwirkenden
Verbrauchers 2, beispielsweise eines Hydraulikzylinders, in einem Load-Sensing-
Antriebssystem mit einer im Fördervolumen verstellbaren Pumpe 3, deren Verstell
einrichtung 4 von einem Bedarfsstromregler 5 beaufschlagbar ist.
Das Steuerventil 1 ist als Längsschieberventil ausgebildet und in einer Gehäuse
bohrung 6 eines Ventilgehäuses 7 längsverschiebbar gelagert. An der Gehäuse
bohrung 6 sind mehrere axial beabstandete Ringnuten angeformt, wobei eine Ringnut
10 mit einem Pumpenanschluß P einer an die Pumpe 3 angeschlossenen Förder
leitung 11 in Verbindung steht. An die Förderleitung 11 können weitere Verbraucher
angeschlossen werden, die jeweils mittels eines Steuerventils ansteuerbar sind. Die
Pumpe 3 arbeitet hierbei im offenen Kreislauf. Eine von der Ringnut 10 axial
beabstandete Ringnut 12 steht mittels eines Kanals mit einem Verbraucheranschluß
A in Verbindung, der über eine Leitung 13 mit dem Verbraucher 2 verbunden ist. Eine
weitere Ringnut 14 ist an einen Tankanschluß T angeschlossen und steht über eine
Ablaufleitung 15 mit einem Behälter 16 in Verbindung. Zur Erfassung des Lastdrucks
des Verbrauchers 2 ist eine Ringnut 17 vorgesehen, die mittels einer
Lastdruckmeldeleitung 19 an den Bedarfsstromregler 5 angeschlossen ist.
Der Ventilschieber 20 des Steuerventils 1 weist mehrere axial beabstandete
Radialdurchbrechungen 21, 22 und 23 auf, die bei einer Auslenkung des
Ventilschiebers 20 mit den Ringnuten 10,12,14 und 17 in Verbindung bringbar sind.
Im Ventilschieber 20 ist eine Längsbohrung 25 vorgesehen, in der ein Steuerkolben
26 des Drosselventils 24 längsverschiebbar gelagert ist. Im Steuerkolben 26 ist eine
Längsbohrung 27 vorgesehen, die über eine Querbohrung 28 an die
Radialdurchbrechung 22 des Ventilschiebers 20 anschließbar ist. Eine weitere von der
Längsbohrung 27 ausgehende Querbohrung 29 steht mit der im Ventilschieber 20
angeordnete Radialdurchbrechung 23 in Verbindung.
Der Steuerkolben 26 weist an einer Stirnseite 30 einen Zapfen 31 auf, mit dem der
Steuerkolben 26 an dem Ende der Bohrung 25 einen Ringraum 32 bildet. Die der
Stirnseite 30 gegenüberliegende Stirnseite 33 des Steuerkolbens 26 bildet in der
Bohrung 25 einen in Schließrichtung des Drosselventils 24 wirkenden Steuerdruck
raum 34, in dem eine Feder 38 angeordnet ist und der mittels einer Bohrung 36 an die
Längsbohrung 27 angeschlossen ist. Zwischen den Querbohrungen 28 und 29 ist in
der Längsbohrung 27 ein Rückschlagventil 45 angeordnet, so daß der höhere der in
den Querbohrungen 28, 29 anstehenden Druck über die Bohrung 36 im Steuerdruck
raum 34 ansteht. Am Außenumfang weist der Steuerkolben 26 eine Ringnut 37 auf,
die mit der Querbohrung 29 in Verbindung steht und an eine im Ventilschieber 20
angeordnete schräge Drosselbohrung 39 angeschlossen ist.
Bei einer Auslenkung des Ventilschiebers 20 nach in der Figur rechts zum Anheben
einer am Verbraucher 2 angreifenden Last wird die Ringnut 10 über die
Radialdurchbrechung 21 an den Ringraum 32 angeschlossen. Druckmittel strömt
somit von der Pumpe 5 über die als Drosselstelle wirkende Radialdurchbrechung 21
in den Ringraum 32, wodurch der Steuerkolben 26 des Drosselventils 24 durch den
an der Stirnseite 30 anstehenden Druck stromab der Drosselstelle des Ventilschiebers
20 nach in der Figur links bewegt wird und der Steuerkolben 26 mit der Stirnseite 30
eine Verbindung des Ringraums 32 mit der Radialdurchbrechung 22 und somit dem
Verbraucher 2 über die Ringnut 12 und die Leitung 13 freigibt. Der Druck in der
Radialdurchbrechung 22 und somit der Lastdruck des Verbrauchers 2 wird über die
Querbohrung 28 und die Längsbohrung 27 über das geöffnete Rückschlagventil 45 in
die Radialdurchbrechung 27 gemeldet, die mit der Ringnut 17 in Verbindung steht.
Der Lastdruck des Verbrauchers steht somit über die Lastdruckmeldeleitung 19 an der
Federseite des Bedarfsstromreglers 5 an. Der Lastdruck des Verbrauchers steht
weiterhin über die Bohrung 36 im Steuerdruckraum 38 an und beaufschlagt den
Steuerkolben 26 zusammen mit der Feder 38 in Richtung der Schließstellung. Bei
einem Antriebssystem mit mehreren Verbrauchern wird durch das Rückschlagventil
45 sichergestellt, daß der höchste Lastdruck der angesteuerten Verbraucher am
Bedarfsstromregler 5 und den in Schließrichtung der Drosselventile wirkenden
Steuerdruckräume 34 ansteht.
An der Radialdurchbrechung 21 wird hierbei ein Solldruckmittelstrom und somit eine
Sollbewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers 2 vorgegeben, wobei mittels des
Bedarfsstromreglers 5 die Verstelleinrichtung 4 der Pumpe 3 zur Erzeugung dieses
Druckmittelstroms ausgelenkt wird. Der Steuerkolben 26 des Drosselventils 24 bildet
an der Stirnseite 30 zusammen mit der Radialdurchbrechung 22 eine Drosselstelle,
wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers unabhängig von der Last
auf die von dem Steuerventil vorgegebene Sollbewegungsgeschwindigkeit gehalten
wird.
Bis hierher entspricht das Steuerventil dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist eine weitere Ringnut 40 an der Gehäusebohrung 6 angeformt,
die über einen in dem Ventilgehäuse 7 angeordnete Steuerdruckleitung 41 an den mit
der Ringnut 12 in Verbindung stehenden Kanal angeschlossen ist und somit mit dem
Verbraucheranschluß A in Verbindung steht. In der Steuerdruckleitung 41 ist hierbei
eine einen Differenzdruck erzeugende Ventileinrichtung 42 angeordnet,
beispielsweise ein als in Richtung zur Ringnut 40 öffnendes, federbelastetes
Rückschlagventil 43 ausgebildetes Vorspannventil. Der am Rückschlagventil 43
erzeugbare Differenzdruck wird hierbei durch die Vorspannung des Rückschlagventils
43 festgelegt. Die Vorspannung wir hierbei durch eine Feder 44 bestimmt, die fest
eingestellt oder verstellbar sein kann.
Bei einer Auslenkung des Steuerventils nach in der Figur links zum Absenken einer
am Verbraucher angreifenden Last wird die mit dem Verbraucheranschluß A in
Verbindung stehende Ringnut 12 über die Radialdurchbrechung 21 an den Ringraum
32 angeschlossen, wobei die Radialdurchbrechung 21 eine ablaufseitige Drosselstelle
bildet, durch deren Öffnungsweite eine Sollbewegungsgeschwindigkeit des
Verbrauchers vorgegeben wird. Die Radialdurchbrechung 22 steht mit der Ringnut 14
und somit mit dem Tankanschluß T in Verbindung.
Über die Steuerdruckleitung 41 steht der Druck stromauf der von der
Radialdurchbrechung 21 gebildeten ablaufseitigen Drosselstelle an der als
federbelastetes Rückschlagventil 43 ausgebildeten Ventileinrichtung 42 an. Der Druck
in der Ringnut 40 wird um einen entsprechend an der Feder 44 der Ventileinrichtung
42 eingestellten Wert vermindert, wobei ein der Federvorspannung entsprechender
Differenzdruck an der Ventileinrichtung 42 erzeugt wird. Die Ringnut 40 steht hierbei
über die Radialdurchbrechung 23, die Querbohrung 29, die Längsbohrung 27 und die
Bohrung 36 mit dem in Schließrichtung wirkenden Steuerdruckraum 34 des
Drosselventils 24 in Verbindung. Am Steuerkolben 26 steht somit in Öffnungsrichtung
der Druck im Ringraum 32 und in Schließrichtung der entsprechend dem an der
Ventileinrichtung 42 erzeugten Differenzdruck herabgesetzte Verbraucherdruck sowie
die Kraft der Feder 44 an, wodurch das Drosselventil 24 durch eine entsprechende
Druckdifferenz an den Stirnseiten 33 und 30 in Richtung der Öffnungsstellung
beaufschlagt wird und einen bestimmten Öffnungsquerschnitt vom Ringraum 32 zur
Radialdurchbrechung 22 über die Stirnseite 30 freigibt. Dadurch kann die
Absenkgeschwindigkeit des Verbrauchers 2 unabhängig von der am Verbraucher 2
angreifenden Last auf den durch die Öffnungsweite der Radialdurchbrechung 21
vorgegebenen Geschwindigkeitswert konstant gehalten und somit begrenzt werden.
Durch die in der Absenkstellung des Steuerventils mit der Ringnut 14 in Verbindung
stehende Drosselbohrung 39 wird eine Verbindung des Steuerdruckraums 34 mit dem
Behälter erreicht, wodurch der Druck im Ringraum 37 und somit im Steuerdruckraum
34 sich ändernden Verbraucherdrücken angepaßt werden kann.
Durch eine Erhöhung der an den Stirnseiten 30 und 33 anstehenden Druckdifferenz
am Drosselventil 24, beispielsweise durch eine Erhöhung des Differenzdrucks der
Ventileinrichtung 42 und somit der Vorspannung der Feder 44, kann die Abflußmenge
des Verbrauchers 2 erhöht werden. Entsprechend kann durch eine Verringerung des
Differenzdrucks der Ventileinrichtung 42 und somit der Federvorspannung die am
Drosselventil 24 anstehende Druckdifferenz verringert werden, wodurch sich eine
geringere Abflußmenge des Verbrauchers 2 ergibt. Durch eine Veränderung der an
der Ventileinrichtung 42 erzeugten Druckdifferenz kann somit auf einfache Weise der
Volumenstrom der Ablaufseite des Verbrauchers an den Volumenstrom der
Zulaufseite angepaßt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Steuerventils 1 zur
Ansteuerung eines doppeltwirkenden Verbrauchers 2, beispielsweise eines
Hydraulikzylinders. Das Steuerventil 1 entspricht hierbei dem Steuerventil der Fig. 1
mit einer bezüglich der Ringnut 10 symmetrische Ausbildung. Gleiche Bauteile sind
hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Im mittleren Bereich des Ventilgehäuses 7 ist in der Gehäusebohrung 6 eine mit dem
Pumpenanschluß P in Verbindung stehende Ringnut 10 angeordnet. Von der Mitte
nach Außen sind Ringnuten 12a, 12b vorgesehen, wobei die Ringnut 12a mit dem
Verbraucheranschluß A, beispielsweise mit der Stangenseite des Hydraulikzylinders,
und die Ringnut 12b mit dem Verbraucheranschluß B, beispielsweise der Kolbenseite
des Hydraulikzylinders, in Verbindung steht. Weitere Ringnuten 14a, 14b stehen mit
dem Tankanschluß T in Verbindung. Die Ringnuten 17a und 17b sind an eine
Lastdruckmeldeleitung 19 angeschlossen, die zur Federseite des Bedarfsstromreglers
5 der Pumpe 3 geführt ist.
Im Ventilschieber 20 ist im mittleren Bereich ein Trennsteg angeordnet, wobei sich
Gehäusebohrungen 25a, 25b von dem Trennsteg in Richtung der äußeren Enden des
Ventilschiebers 20 erstrecken. In jeder Gehäusebohrung 25a bzw. 25b ist hierbei ein
Steuerkolben 26a, 26b eines Drosselventils 24a, 24b angeordnet.
Bei einer Auslenkung des Steuerschiebers 20 nach in der Figur rechts, stellt der
Verbraucheranschluß A den zulaufseitigen Verbraucheranschluß und der Ver
braucheranschluß B den ablaufseitigen Verbraucheranschluß dar. Entsprechend
bildet bei einer Auslenkung nach in der Figur links der Verbraucheranschluß B den
zulaufseitigen Verbraucheranschluß und der Verbraucheranschluß A den ablauf
seitigen Verbraucheranschluß.
Um in beiden Bewegungsrichtungen des Verbrauchers 2 eine Begrenzung der
Abflußmenge zu erzielen, ist der in Richtung der Sperrstellung wirkende
Steuerdruckraum 34a bzw. 34b der Steuerkolben 26a bzw. 26b durch eine
Ventileinrichtung 42a bzw. 42b beaufschlagbar. Hierzu sind zwei
Steuerdruckleitungen 41a, 41b im Ventilgehäuse 7 und zwei Ringnuten 40a, 40b in
der Gehäusebohrung 6 angeordnet. Die Ventileinrichtungen 42a, 42b sind hierbei als
Vorspannventile, beispielsweise als federbelastete Rückschlagventile 43a, 43b aus
gebildet.
Die Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des Steuerventils 1 gemäß der Fig. 2. Das
Steuerventil 1 ist hierbei zur Beaufschlagung eines in beiden Drehrichtungen
betreibbaren rotatorischen Verbrauchers 2a, beispielsweise eines Fahrmotors eines
hydrostatischen Fahrantriebs, vorgesehen.
Der an den Ventileinrichtungen 42a, 42b jeweils erzeugbare Differenzdruck und somit
die Vorspannung der beispielsweise als federbelastete Rückschlagventile 43a, 43b
ausgebildeten Ventileinrichtungen 42a, 42b ist hierbei hydraulisch veränderbar.
Hierzu stehen die Ventileinrichtungen 42a, 42b mit jeweils einem Hilfskolben 50a, 50b
in Wirkverbindung. Der Hilfskolben 50a, 50b ist in jeweils einer Bohrung 51a, 51b des
Gehäuses 6 längsverschieblich gelagert und weist einen Zapfen 52a, 52b auf, der mit
der Feder 44a, 44b des Rückschlagventils 43a, 43b in Verbindung steht. Eine in
Richtung einer Erhöhung der Vorspannung der Feder 44a, 44b wirkende Stirnseite 53
des Hilfskolbens 50a, 50b ist hierbei von dem Förderdruck der Pumpe 3
beaufschlagbar. Hierzu ist mittels jeweils einer Steuerdruckleitung 54a, 54b die
Bohrung 51a, 51b an die Ringnut 10 angeschlossen. Eine in Richtung einer
Verringerung der Federvorspannung wirkende Stirnseite 55 ist vom Lastdruck des
Verbrauchers 2a beaufschlagbar. Hierzu ist die Bohrung 51a mittels einer
Steuerdruckleitung 56a an die Ringnut 17a und die Bohrung 51b mittels einer
Steuerdruckleitung 56b an die Ringnut 17b angeschlossen. Die Vorspannung der
Feder 44a, 44b der Ventileinrichtung 42a, 42b und somit die an der Ventileinrichtung
42a, 42b erzeugte Druckdifferenz ist hierbei entsprechend der aus dem Pumpendruck
und dem Lastdruck gebildeten Druckdifferenz veränderbar. Dadurch können die
Grenzmenge der Pumpe oder Drehzahlschwankungen der Pumpe berücksichtigt
werden.
Die Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung des Steuerventils gemäß der Fig. 2 mit einer
Veränderung der an der Ventileinrichtung 42a, 42b erzeugbaren Druckdifferenz auf
elektrischem Wege.
Hierzu stehen die als Rückschlagventile 43a, 43b ausgebildeten Ventileinrichtungen
42a, 42b zur Erhöhung der Federvorspannung mit jeweils einem Magnetsystem 60a,
60b, beispielsweise einem Proportionalmagneten, in Verbindung, die mittels
Steuerleitungen 61a, 61b an den Ausgang einer elektronischen Regeleinrichtung 62
angeschlossen sind. Die elektronische Regeleinrichtung 62 steht eingangsseitig mit
einem Druckaufnehmer 63 zur Erfassung des Förderdrucks der Pumpe 3 in
Verbindung. Der Druckaufnehmer 63 kann hierzu beispielsweise an die Förderleitung
11 der Pumpe 3 angeschlossen sein. Weiterhin ist ein Druckaufnehmer 64 zur
Erfassung des Lastdrucks des Verbrauchers 2 vorgesehen, der beispielsweise mittels
einer Steuerdruckleitung 65 an die Lastdruckmeldeleitung 19 angeschlossen ist. Die
aus dem Pumpendruck und dem Lastdruck gebildete Druckdifferenz kann somit auf
einfache Weise auf elektrischem Wege zur Änderung der Vorspannung des
Rückschlagventils und somit zur Änderung des Differenzdrucks der Ventileinrichtung
verwendet werden.
Bei dem in der Fig. 5 dargestellte Steuerventil 1 entspricht die bezüglich der Ringnut
10 angeordnete rechte Seite einem Steuerventil gemäß den Fig. 1 bis 4 mit einem
als Rückschlagventil 43b ausgebildeten Ventileinrichtung 42b, die in einer
Steuerdruckleitung 41b angeordnet ist. Der in Schließrichtung wirkende
Steuerdruckraum 34b des Drosselventils 24b ist hierbei über eine Drossel zum
Behälter entlastet, die beispielsweise gemäß der Fig. 1 von einer schrägen
Drosselbohrung 39 im Ventilschieber 20 gebildet werden kann.
In der Fig. 5 ist auf der linken Seite eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Steuerventils 1 gezeigt, bei dem die in der Steuerdruckleitung
41a angeordnete Ventileinrichtung 42a als Differenzdruckregelventil 70a ausgebildet
ist.
Anstelle der gezeigten Anordnung des Differenzdruckregelventils 70a ist ebenfalls
eine Anordnung möglich, bei der bei einem Steuerventil zur Ansteuerung eines
doppeltwirkenden Verbrauchers in beiden Steuerdruckleitungen 41a, 41b jeweils ein
Differenzdruckregelventil 70a, 70b angeordnet ist. Zudem ist bei einem Steuerventil
zur Ansteuerung eines einfachwirkenden Verbrauchers gemäß der Fig. 1 möglich, in
der Steuerdruckleitung 41 ein Differenzdruckregelventil 70 anzuordnen.
Das Differenzdruckregelventil 70a ist als in Zwischenstellungen drosselnden
Schieberventil mit einer ersten Schaltstellung 71a und einer zweiten Schaltstellung
71b ausgebildet. In der ersten Schaltstellung 71a ist die Verbindung der
Steuerdruckleitung 41a mit der Ringnut 40a gesperrt. In dieser Schaltstellung 71a ist
weiterhin der mit der Ringnut 40a in Verbindung stehende Abschnitt der
Steuerdruckleitung 41a über das Differenzdruckregelventil 70 an den Behälter 16
angeschlossen. In der zweiten Schaltstellung 71b steht die Steuerdruckleitung 41a mit
der Ringnut 40a in Verbindung. In dieser Schaltstellung 71b ist die Verbindung des
Steuerdruckraums 34 zum Behälter 16 gesperrt. Das Differenzdruckregelventil 70
weist eine in Richtung der zweiten Schaltstellung 71b wirkende Steuerdruckfläche 72b
auf, die von dem Druck stromauf des Differenzdruckregelventils 70 in der
Steuerdruckleitung 41a und somit dem in der Ringnut 12a anstehenden Ablaufdruck
des Verbrauchers beaufschlagbar ist. Hierzu ist eine Steuerdruckzweigleitung 73b
von dem mit der Ringnut 12a in Verbindung stehenden Abschnitt der
Steuerdruckleitung 41a zur Steuerfläche 72b geführt. Eine in Richtung der ersten
Schaltstellung 71a wirkende Steuerdruckfläche 72a ist von dem stromab des
Differenzdruckregelventils 70 in der Steuerdruckleitung 41a anstehenden Druck und
einer Feder 74 beaufschlagbar. Hierzu ist eine an den mit der Ringnut 40a in
Verbindung stehenden Abschnitt der Steuerdruckleitung 41a eine
Steuerdruckzweigleitung 73a angeschlossen, die zu der Steuerdruckfläche 72a
geführt ist.
Bei nach in der Fig. 5 links ausgelenktem Ventilschieber 20 wird über die
Steuerdruckleitung 41a ein Verbindung der mit der Ablaufseite des Verbrauchers in
Verbindung stehenden Ringnut 12a zum Steuerdruckraum 34a des Drosselventils 24a
hergestellt. Das Differenzdruckregelventil 70 wird hierbei in Richtung der
Schaltstellung 71b ausgelenkt und erzeugt einen Differenzdruck, der der
Vorspannung der Feder 74 entspricht. Durch die separate Tankentlastung des
Differenzdruckregelventils 70 zum Behälter 16 wird hierbei erzielt, daß bei nach in
Richtung der Schaltstellung 71b ausgelenktem Differenzdruckregelventil 70 ein
geringer Volumenstrom über das Differenzdruckregelventil 70a strömt. Dadurch wird
erzielt, daß der durch die Einstellung der Feder 74 bestimmte Differenzdruck am
Differenzdruckregelventil 70 unabhängig vom Ablaufdruck des Verbrauchers und der
Schieberauslenkung des Steuerventils 1 ist. Dadurch kann bei der Verwendung des
Steuerventils 1 in einem Fahrantrieb das Drosselventil 24a unabhängig vom
Ablaufdruck des Fahrmotors und der Schieberauslenkung des Fahrventils 10 mit einer
konstanten Druckdifferenz in Richtung einer Durchflußstellung beaufschlagt, wobei
der Fahrantrieb bei einem Lastwechsel oder einer Bergabfahrt mit der am Steuerventil
1 eingestellten Bewegungsgeschwindigkeit betrieben wird. Die Feder 74 kann hierbei
fest eingestellt oder stufenlos veränderbar sein. Zudem kann die Einstellung der
Feder 74 gemäß den Fig. 3 und 4 veränderbar sein.