DE4417204B4

DE4417204B4 - Vorgesteuertes Servoventil

Info

Publication number: DE4417204B4
Application number: DE19944417204
Authority: DE
Inventors: Arsène Bourkel; Bernd Lanfermann; Karl Tratberger; Karl-Heinz Prof. Dr. Post
Original assignee: Hydrolux SARL
Current assignee: Moog Luxembourg SARL
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2014-05-18
Also published as: LU88278A1; DE4417204A1

Abstract

Vorgesteuertes Servoventil umfassend
einen Hauptsteuerkolben (6) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende,
eine Steuerhülse (5) in welcher der Hauptsteuerkolben (6) axial verschiebbar angeordnet ist,
in axialem Abstand zu einander angeordnete Einmündungen (50', 51', 52', 53') in die Steuerhülse (5) für vier Hauptstromanschlüsse (50, 51, 52, 53),
eine erste axiale hydraulische Verbindung (28) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (50') für den ersten Hauptstromanschluss (50) und der Einmündung (52') für den zweiten Hauptstromanschluss (52),
eine zweite axiale hydraulische Verbindung (29) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (52') für den zweiten Hauptstromanschluss (52) und der Einmündung (51') für den dritten Hauptstromanschluss (51),
eine dritte axiale hydraulische Verbindung (30) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (51') für den dritten Hauptstromanschluss (51) und der Einmündung (53') für den vierten Hauptstromanschluss (53),
eine vierte axiale hydraulische Verbindung (31) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (53') für den dem vierten Hauptstromanschluss (53) und einer axialen Hilfsanschlusskammer (22),
eine, der ersten axialen hydraulischen Verbindung (28) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, erste Steuerkante (28') des Hauptsteuerkolbens (6),
eine, der zweiten axialen hydraulischen Verbindung (29) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, zweite Steuerkante (29') des Hauptsteuerkolbens (6), . . .

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Servoventil in 4-Wege-Ausführung.
Vorgesteuerte elektrohydraulische Servoventile in 4-Wege-Ausführung, werden in zwei- und mehrstufiger Ausführung bei Zylindern für Linearbewegungen zur Steuerung von Position, Geschwindigkeit, Kraft, respektiv bei Hydromotoren für Drehbewegungen zur Steuerung von Position, Drehzahl und Drehmoment eingesetzt. Die jeweils zwei Verdrängerkammern des Linear-, respektiv Rotationsmotors sind dabei mit einem ersten und zweiten Arbeitsanschluss des Ventils verbunden. Ein Tankanschluss verbindet das Ventil mit einer Tankleitung, ein Pumpenanschluss mit einer Druckleitung.
Diese 4-Wege-Servoventile sind in der herkömmlichen Bauform als Plattenaufbauventile ausgeführt. Ein Hauptsteuerschieber der Hauptstufe ist dabei direkt in einem Ventilgehäuse oder in einer im Gehäuse eingesetzten Steuerhülse eingepasst. Die Einmündungen der vier Hauptstromanschlüsse sind symmetrisch in Bezug auf den ebenfalls symmetrisch ausgebildeten Hauptsteuerkolben angeordnet. Die hydraulische Betätigung des Hauptsteuerkolbens erfolgt dabei durch Druckbeaufschlagung seiner beiden Endflächen in Steuerkammern welche in beidseitig am Ventilgehäuse angeflanschten Endkappen angeordnet sind. Diese Steuerkammern sind über Steuerbohrungen mit einem Vorsteuer-Servoventil verbunden. Rückstellfedern sind zur Mittenzentrierung des Hauptsteuerkolbens vorgesehen.
Ventile mit Steuerhülse für Blockeinbau sind in diversen Ausführungen bekannt. So gibt es auch Servoventile mit grossen Durchflüssen für Blockeinbau, jedoch haben diese nur 2 Hauptstromanschlüsse und sind als Sitzventile ausgeführt. Aus dem Mobilbereich sind Einschraub-Blockeinbauventile mit 4 Hauptstromanschlüssen bekannt, die jedoch als schaltende Wegeventile mit direkter Magnetbetätigung ausgeführt sind.
Von besonderer Bedeutung beim praktischen Einsatz von Servoventilen ist der Sicherheitsaspekt bei Ausfall oder Fehler in der elektrischen Ansteuerung oder im Vorsteuer-Servoventil. Ein solcher Ausfall darf nicht zu einer undefinierten Lage des Hauptsteuerkolbens und damit zu unkontrollierbaren Bewegungen des angeschlossenen Zylinders, z.B. Schliessbewegungen bei Pressen, führen.
Bekannte Lösungen bei mehrstufigen Servoventilen in Plattenaufbau-Ausführung sind so aufgebaut, dass ein zusätzliches, elektrisch betätigtes Wegeventil zwischen dem Vorsteuer-Servoventil und den hydraulischen Steuerkammern des Hauptsteuerkolbens angeordnet ist. Bei Fehler schaltet dieses Wegeventil in seine federzentrierte Grundstellung zurück, unterbricht die Verbindung zum Vorsteuer-Servoventil und verbindet die Steuerkammern des Hauptsteuerkolbens so, dass letzterer durch zwei Druckfedern zwischen zwei Federtellern mittenzentriert wird. Zum eindeutig definierten Verhalten der Zylinderbewegung bei Mittenzentrierung des Hauptsteuerkolbens muss das Ventil jedoch eine positive Überdeckung der Steuerkanten mindestens zur Druckquelle aufweisen. Diese positive Überdeckung der Steuerkanten hat gegenüber der Nullüberdeckung der vier Steuerkanten zwischen Druckquelle, Arbeitsanschlüssen und Tankrücklauf, gravierende Nachteile bezüglich der erzielbaren Positioniergenauigkeit der Zylinderbewegung im Lageregelkreis und bei Einsatz des Ventils zu Druckregelung.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein vorgesteuertes Servoventil welches folgende technische Merkmale aufweist:
einen Hauptsteuerkolben mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende,
eine Steuerhülse in welcher der Hauptsteuerkolben axial verschiebbar angeordnet ist,
in axialem Abstand zu einander angeordnete Einmündungen in die Steuerhülse für vier Hauptstromanschlüsse,
eine erste axiale hydraulische Verbindung innerhalb der Steuerhülse zwischen der Einmündung für den ersten Hauptstromanschluss und der Einmündung für den zweiten Hauptstromanschluss,
eine zweite axiale hydraulische Verbindung innerhalb der Steuerhülse zwischen der Einmündung für den zweiten Hauptstromanschluss und der Einmündung für den dritten Hauptstromanschluss,
eine dritte axiale hydraulische Verbindung innerhalb der Steuerhülse zwischen der Einmündung für den dritten Hauptstromanschluss und der Einmündung für den vierten Hauptstromanschluss,
eine vierte axiale hydraulische Verbindung innerhalb der Steuerhülse zwischen der Einmündung für den vierten Hauptstromanschluss und einer axialen Hilfsanschlusskammer,
eine erste, der ersten axialen hydraulischen Verbindung zum Regeln des Durchflusses zugeordnete Steuerkante des Hauptsteuerkolbens,
eine zweite, der zweiten axialen hydraulischen Verbindung zum Regeln des Durchflusses zugeordnete Steuerkante des Hauptsteuerkolbens,
eine dritte, der dritten axialen hydraulischen Verbindung zum Regeln des Durchflusses zugeordnete Steuerkante des Hauptsteuerkolbens, und
eine vierte, der vierten axialen hydraulischen Verbindung zum Regeln des Durchflusses zugeordnete Steuerkante des Hauptsteuerkolbens,
eine erste Steuerkammer, in welcher der Hauptsteuerkolben eine erste Betätigungsfläche ausbildet,
eine zweite Steuerkammer, in welcher der Hauptsteuerkolben eine zweite, der ersten Betätigungsfläche axial entgegenwirkende, Betätigungsfläche ausbildet,
ein Vorsteuerventil hydraulisch verbunden mit mindestens einer der beiden Steuerkammern, und eine Rückführung zwischen Hauptsteuerkolben und Vorsteuerventil, in welche ein Positionsaufnehmer des Hauptsteuerkolbens eingebunden ist.

In der Patentschrift US 3,010,438 wird ein Ventil für ein hydraulisches System beschrieben. Das Ventil ist für den direkten Anschluss an Hydraulikleitungen konzipiert und wird unmittelbar durch einen pneumatischen Stellantrieb angesteuert.

In der Patentschrift DD 265 947 wird ein hydraulisches Wegeventil für einen doppeltwirkenden Verbraucher beschriebenen. Das Ventil ist als Plattenaufbauventil mit international vereinheitlichten Anschlussmaßen ausgeführt und wird unmittelbar durch einen Proportionalmagnet angesteuert.

In der Patentschrift GB 956 312 wird ein manuell betätigtes Wegeventil für einen hydraulischen Steuerkreis beschrieben. Ein Schieberkolben wird unmittelbar über einen Kontrollhebel betätigt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 38 05 288 A1 ist ein 3/2-Proportional-Regelventil für die Druckregelung in einem hydraulischen System bekannt. Es weist eine Steuerhülse für Blockeinbau auf.

Ein Servoventil mit einem elektrischen Wegaufnehmer ist aus der Offenlegungsschrift DE 35 32 237 A1 bekannt. Eine Steuerhülse mit ihren Anschlüssen ist lediglich schematisch dargestellt. Das Ventil weist keine Sicherheitsstellung mit eindeutig festlegbarem hydraulischen Ventilverhalten auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil mit den oben angeführten Merkmalen zu schaffen, das raumsparend in einen Steuerblock integriert werden kann und eine Sicherheitsstellung mit eindeutig festlegbarem hydraulischen Ventilverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst:
dass die Einmündung in die Steuerhülse für den ersten Hauptstromanschluss gegenüber einer ersten Kolbenstirnfläche am ersten Ende des Hauptsteuerkolbens ausgebildet ist, die Einmündungen in die Steuerhülse für den zweiten, dritten und vierten Hauptstromanschluss seitlich zum Hauptsteuerkolben angeordnet sind,
dass die Hilfsanschlusskammer durch einen Verbindungskanal durch den Hauptsteuerkolben mit dem ersten Hauptstromanschluss hydraulisch verbunden ist,
dass der Hauptsteuerkolben eine Anschlagfläche ausbildet, welche durch Zusammenwirken mit einer entsprechenden Gegenanschlagfläche eine erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens mechanisch festlegt, wobei eine Rückstellfeder derart zum Hauptsteuerkolben angeordnet ist, dass sie auf letzteren eine Federkraft in Richtung seiner ersten axialen Endstellung ausübt, und
dass der Hauptsteuerkolben mindestens eine Hilfssteuerkante aufweist, welche derart zu den vier Steuerkanten angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens eine der vier axialen hydraulischen Verbindungen verschliesst.

Das erfindungsgemässe vorgesteuerte Servoventil wird mit seiner Steuerhülse direkt in eine entsprechende Stufenbohrung eines Steuerblocks eingesetzt. Dieser Steuerblock weist dann seitliche Blockbohrungen für den zweiten, dritten und jeden weiteren Hauptstromanschluss auf. Für die Anordnung der Blockbohrung für den ersten Hauptstromanschluss besteht jedoch eine grösstmögliche Freiheit. Diese Blockbohrung für den ersten Hauptstromanschluss kann zum Beispiel unmittelbar in axialer Verlängerung der Stufenbohrung für die Steuerhülse ausgeführt sein, was bei herkömmlichen vorgesteuerten 4-Wege-Servoventilen bis jetzt nicht möglich ist. Brückenbildungen im Steuerblock zwischen den einzelnen Einmündungen in die Steuerhülse sind ebenfalls nicht mehr erforderlich. Mit dem erfindungsgemässen Servoventil wird somit eine weitaus kompaktere Bauweise der Steuerblöcke erreicht, als dies bei herkömmlichen Ventilen der Fall ist. Auch in komplexeren hydraulichen Steuerungen kann das erfindungsgemässe Servoventil zusammen mit diversen zusätzlichen Ventilen, zum Beispiel 2-Wege-Einbauventile, in einen Steuerblock raumsparend integriert werden. Ein direkter Einbau in den Zylinderdeckel von grösseren Zylindern ist ebenfalls möglich.

Die durch unmittelbaren Gehäuseanschlag des Hauptsteuerkolben mechanisch definierte erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens, sowie die unmittelbar auf den Hauptsteuerkolben wirkende Rückstellfeder ergeben eine eindeutig festgelegte Sicherheitsstellung des Hauptsteuerkolbens. Selbst bei Nullüberdeckung der Steuerkanten ist in der ersten Endstellung des Hauptsteuerkolbens das Verhalten des erfindungsgemässen Ventils eindeutig festlegbar, was bei herkömmlichen, mittenzentrierten Servoventilen nicht möglich ist.

Wird die erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens in Richtung des ersten Hauptstromanschlusses festgelegt, sind die erste und dritte axiale hydraulische Verbindung durch eine Steuerkante bei erster axialer Endlage des Hauptsteuerkolbens verschliessbar. Dies trifft konstruktionsbedingt jedoch nicht für die vierte axiale hydraulische Verbindung und nur bei grossem Hub des Hauptsteuerkolbens für die zweite axiale hydraulische Verbindung zu, welche dann erfindungsgemäss mit einer Hilfssteuerkante verschliessbar sind.

Wird die erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens jedoch in Richtung des vierten Hauptstromanschlusses festgelegt, sind die vierte und zweite axiale hydraulische Verbindung durch eine Steuerkante bei erster axialer Endlage des Hauptsteuerkolbens verschliessbar. Dies trifft konstruktionsbedingt jedoch nicht für die erste axiale hydraulische Verbindung und nur bei grossem Hub des Hauptsteuerkolbens für die dritte axiale hydraulische Verbindung zu, welche dann erfindungsgemäss mit einer Hilfssteuerkante verschliessbar sind.

In den folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens in Richtung des ersten Hauptstromanschlusses festgelegt. Eine Festlegung der ersten axialen Endstellung des Hauptsteuerkolbens in Richtung des vierten Hauptstromanschlusses wird jedoch nicht ausgeschlossen.

In einer ersten Ausführungsform des Servoventils weist der Hauptsteuerkolben folgende Ausgestaltung auf:
die erste und zweite Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens mindestens eine derselben die erste axiale hydraulische Verbindung verschliesst,
die dritte und vierte Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens mindestens eine derselben die dritte axiale hydraulische Verbindung verschliesst,
eine erste Hilfssteuerkante ist derart angeordnet, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die vierte axiale hydraulische Verbindung verschliesst und
eine zweite Hilfssteuerkante ist derart angeordnet, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die zweite axiale hydraulische Verbindung verschliesst.

In einer zweiten Ausführungsform des Servoventils weist der Hauptsteuerkolben folgende Ausgestaltung auf:
die erste und zweite Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens mindestens eine derselben die erste axiale hydraulische Verbindung verschliesst,
die dritte und vierte Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die dritte axiale hydraulische Verbindung freigegeben ist,
eine Hilfssteuerkante ist derart angeordnet, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die vierte axiale hydraulische Verbindung verschliesst.

In einer dritten Ausführungsform des Servoventils weist der Hauptsteuerkolben folgende Ausgestaltung auf:
die dritte und vierte Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens mindestens eine derselben die dritte axiale hydraulische Verbindung verschliesst,
die erste und zweite Steuerkante sind derart angeordnet, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die erste axiale hydraulische Verbindung freigegeben ist,
eine Hilfssteuerkante ist derart angeordnet, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens die zweite axiale hydraulische Verbindung verschliesst.

Im Folgenden wird allgemein unter Pumpe eine hydraulische Druckquelle, unter Tank ein Gefäss oder eine Leitung ohne wesentlichen Gegendruck und unter Verbraucher z.B. ein hydraulischer Rotations- oder Linearantrieb verstanden.

In der ersten und zweiten Ausführungsform werden die Anschlüsse des Servoventils vorzugsweise wie folgt belegt:
der erste Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer Pumpe verbunden und bildet somit einen Pumpenanschluss (P),
der zweite Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer ersten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden und bildet somit einen ersten Arbeitsanschluss (A),
der dritte Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einem Tank verbunden und bildet somit einen Tankanschluss (T),
der vierte Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer zweiten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden und bildet somit einen zweiten Arbeitsanschluss (B).

Bei dieser Ausführung kann der Pumpenanschluss (P) axial in die Steuerhülse eingeführt werden; der Tankanschluss (T) befindet sich zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsanschluss. Bei dieser Belegung sind in der ersten Ausführungsform des Servoventils der erste und zweite Arbeitsanschluss (A) und (B) gegenüber dem Tank und der Pumpe gesperrt, so dass selbst bei anstehender äusserer Last der hydraulische Linear- oder Rotationsantrieb gestoppt ist. In der zweiten Ausführungsform des Servoventils sind der erste und zweite Arbeitsanschluss (A) und (B) gegenüber der Pumpe gesperrt und mit dem Tank verbunden, so dass der (unbelastete) hydraulische Linear- oder Rotationsantrieb gestoppt ist.

In der ersten und dritten Ausführungsform können jedoch die Anschlüsse des Servoventils auch vorteilhaft wie folgt belegt werden:
der dritte Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer Pumpe verbunden und bildet somit einen Pumpenanschluss (P),
der zweite Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer ersten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden und bildet somit einen ersten Arbeitsanschluss (A),
der erste Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einem Tank verbunden und bildet somit einen Tankanschluss (T),
der vierte Hauptstromanschluss wird hydraulisch mit einer zweiten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden und bildet somit einen zweiten Arbeitsanschluss (B).

Bei dieser Ausführung kann der Tankanschluss (T) axial in die Steuerhülse eingeführt werden; der Pumpenanschluss (P) befindet sich zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsanschluss. Auch bei dieser Belegung sind in der ersten Ausführungsform des Servoventils der erste und zweite Arbeitsanschluss (A) und (B) gegenüber dem Tank und der Pumpe gesperrt, so dass selbst bei anstehender Last der hydraulische Linear- oder Rotationsantrieb gestoppt ist. In der zweiten Ausführungsform des Servoventils sind der erste und zweite Arbeitsanschluss (A) und (B) gegenüber der Pumpe gesperrt und mit dem Tank verbunden, so dass der (unbelastete) hydraulische Linear- oder Rotationsantrieb gestoppt ist.

Andere Belegungen der Hauptstromanschlüsse sind ebenfalls möglich, ohne auf die wesentlichsten Vorteile des erfindungsgemässen Servoventils zu verzichten.

Die vier Steuerkanten des Hauptsteuerkolbens weisen vorzugsweise eine Nullüberdeckung auf. Dadurch werden zum Beispiel eine ausgezeichnete Positioniergenauigkeit bei Einsatz des Ventils in einem Lageregelkreis eines Hydraulikzylinders, und ein ausgezeichnetes Verhalten bei Einsatz des Ventils zu Druckregelung erzielt. Da das Ventil in Sicherheitsstellung nicht mittenzentriert ist, sondern eine axiale Endstellung aufweist, hat die Nullüberdeckung der Steuerkanten keine negative Auswirkungen auf das Verhalten des Ventils in seiner Sicherheitsstellung.

In einer Ausführungsvariante des Ventils bildet der Hauptsteuerkolben in einer Druckausgleichskammer eine, der ersten Kolbenstirnfläche axial entgegenwirkende, Kolbendruckausgleichsfläche aus, wobei die Druckausgleichskammer durch einen Druckentlastungskanal im Hauptsteuerkolben mit dem ersten Hauptstromanschluss hydraulisch verbunden ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Druckausgleichsfläche des Hauptsteuerkolben wird dann die unsymmetrische hydrostatische Druckbeaufschlagung des Hauptsteuerkolben kompensiert. Durch die hydrostatische Kompensation werden die erforderlichen Betätigungskräfte für den Hauptsteuerkolben verringert, wodurch die Betätigungsflächen in den Steuerkammern kleiner ausgelegt werden können. Es ergeben sich somit kleinere Steuerölvolumina, das heisst, dass bei gleich grossem Vorsteuerventil kürzere Stellzeiten erzielt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante wird das zweite Ende des Hauptsteuerkolbens axial abgedichtet in die Druckausgleichskammer eingeführt, um dort die Druckausgleichsfläche auszubilden. Diese Ausführungsform erlaubt eine kompaktere Bauform des Ventils, als dies bei einer ringförmigen Druckausgleichsfläche möglich ist. Letztere Ausführungsform wird jedoch nicht ausgeschlossen.

Eine hydrostatische Überkompensation des Servoventils wird erreicht, wenn die axial wirksame Fläche der Druckausgleichsfläche grösser als die axial wirksame Fläche der ersten Kolbenstirnseite ist. Bei Druckbeaufschlagung des ersten Hauptstromanschlusses wirkt somit eine Stellkraft in Richtung dieses ersten Hauptstromanschlusses und kann z.B. die Rückstellkraft der Rückstellfeder vorteilhaft ergänzen.

In einer weiteren Ausführungsvariante, ohne internen Druckausgleich, ist die zweite Betätigungsfläche als zweite Kolbenstirnfläche ausgeführt. Dies erlaubt die zweite Betätigungsfläche grösser als die erste Kolbenstirnfläche zu gestalten, ohne dabei auf eine kompakte Bauweise des Ventils verzichten zu müssen. So kann durch Druckbeaufschlagung der zweiten Betätigungsfläche und bei druckloser erster Betätigungsfläche, eine positive hydraulische Betätigungskraft auf den Hauptsteuerkolben in Richtung seiner ersten Endstellung ausgeübt werden.

Die Vorsteuerung der vorbeschriebenen Ventilausführungen kann vorteilhaft mit einem einfachen 3-Wege-Vorsteuerventil erfolgen, welches einen Vorsteuer-Druckanschluss (P'), einen Vorsteuer-Tankanschluss (T') und einen Vorsteuer-Arbeitsanschluss (A') aufweist.

In einer vorteilhaften Ausführung wird dabei die erste Steuerkammer, mit der in entgegengesetzte Richtung der ersten Endstellung wirkenden ersten Betätigungsfläche, mit einer Tankleitung (Y) umittelbar hydraulisch verbunden so dass sie stets drucklos ist. Das 3-Wege-Vorsteuerventil ist hydraulisch derart gestaltet, dass im nicht angesteuerten Zustand sein, mit der zweiten Steuerkammer verbundener, Vorsteuer-Arbeitsanschluss (A') mit seinem druckbeaufschlagten Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') hydraulisch verbunden ist. Im nicht angesteuerten Zustand wird demnach die die zweite Steuerkammer druckbeaufschlagt, und die entstehende hydrostatische Betätigungskraft fährt, in Zusammenwirkung mit der Rückstellfeder, den Hauptsteuerkolben in die erste axiale Endstellung. Durch die vorbeschriebenen Ausführungen der Kolbengeometrie kann in dieser ersten axialen Endstellung dann ein hydraulischer Linear- oder Rotationsantrieb durch Sperren der Arbeitsanschlüsse gestoppt, oder durch Verbinden der Arbeitsanschlüsse zum Tank drucklos geschaltet werden.

Die Kombination mit einem zusätzlich zwischen Vorsteuerventil und Hauptsteuerkolben angeordneten Freischaltventil ermöglicht bei dessen Entlastung in seine federzentrierte Grundstellung, z.B. bei einem Notaus- oder Fehlersignal, dass der Hauptsteuerkolben durch die hydrostatische Betätigungskraft in Zusammenwirkung mit der Rückstellfeder, in seine erste axiale Endstellung betätigt wird. Dadurch wird ein unkontrolliertes Verhalten eines hydraulischen Linear- oder Rotationsantriebs, bei erkanntem Fehler in der Regelelektronik, Maschinensteuerung oder im Vorsteuerventil, unabhängig von dem Verhalten des Vorsteuerventils vermieden.

Der Positionsaufnehmer des Hauptsteuerkolbens ist in einer ersten Ausgestaltung als Wegmessystem mit elektrischem Ausgang ausgeführt und in einen geschlossenen Regelkreis mit dem Vorsteuerventil eingebunden.

Das Servoventil kann jedoch ebenfalls mit mechanischer Rückführung ausgestattet sein. In dieser Ausführung ist dann das Vorsteuerventil zum Beispiel ein 3-Wege-Vorsteuer-Schieberventil mit einem Kolbenschieber, welcher in axialer Verlängerung des zweiten Endes des Hauptsteuerkolbens angeordnet ist. Eine Messfeder verbindet den Vorsteuer-Kolbenschieber axial mit dem Hauptsteuerkolben, und ein proportional zu einem elektrischen Signal wirkender Stellmagnet ist mechanisch mit dem Vorsteuer-Kolbenschieber verbunden. Die Positionierung des Hauptsteuerkolbens erfolgt somit in einem geschlossenem Positionsregelkreis bis ein Kräftegleichgewicht zwischen Magnet- und Messfederkraft erreicht ist.

Durch ein entsprechend in der Vorsteuerung angeordnetes Freischaltventil lässt sich auch bei diesem 3-Wege-Vorsteuerschieberventil mit mechanischer Rückführung zusätzliche Abschaltsicherheit, z.B. bei Fehlererkennung erreichen. Das Vorsteuerventil ist derart gestaltet, dass der Vorsteuer-Arbeitsanschluss (A'), je nach Stellung des Vorsteuer-Kolbenschiebers, entweder mit dem Vorsteuer-Tankanschluss (T') oder dem Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') unmittelbar hydraulisch verbunden ist. In Grundstellung des Freischalventils ist der Vorsteuer-Tankanschluss (T') über das Freischaltventil mit dem druckbeaufschlagten Vorsteuer-Druckanschluss (P') unmittelbar hydraulisch verbunden und zum Tank gesperrt. Bei Entlastung des Freischaltventils fährt somit der Hauptsteuerkolben, wie vorbeschrieben, in seine erste axiale Endstellung. Wird das Freischaltventil betätigt so wird die Verbindung zwischen Vorsteuer-Druckanschluss (P') und Vorsteuer-Tankanschluss (T') durch das Freischaltventil hydraulisch unterbrochen, und der Vorsteuer-Tankanschluss (T') wieder mit dem Tank verbunden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung des Servoventils, mit 4-Wege-Vorsteuerventil;

2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführung des Servoventils, mit 4-Wege-Vorsteuerventil;

3 einen Längsschnitt durch eine Ausführung des Servoventils, mit 4-Wege-Vorsteuerventil und Freischaltventil;

4 einen Längsschnitt durch eine Ausführung des Servoventils mit 3-Wege-Vorsteuerventil und Freischaltventil;

5 einen Längsschnitt durch eine Ausführung des Servoventils mit integriertem 3-Wege-Vorsteuerventil und Freischaltventil;

6 einen Längsschnitt durch eine vereinfachte Ausführung des Servoventils, mit integriertem 3-Wege-Vorsteuerventil und Freischaltventil.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung des Servoventils 3. Eine Steuerhülse 5 ist in eine Stufenbohrung 2 eines Steuerblocks 1 eingesetzt. In dieser Steuerhülse 5 ist ein Hauptsteuerkolben 6 axial verschiebbar eingepasst. Das in den Figuren gezeigte Servoventil 3 ist ein 4-Wege-Servoventil und weist einen Pumpenanschluss (P), einen Tankanschluss (T), sowie einen ersten Arbeitsanschluss (A) und einen zweiten Arbeitsanschluss (B) auf.

Der Pumpenanschluss (P) steht in hydraulischer Verbindung mit einer Druckleitung (nicht gezeigt). Der Tankschluss (T) steht in hydraulischer Verbindung mit einer drucklosen Leitung (nicht gezeigt). Die Arbeitsanschlüsse (A) und (B) stehen in hydraulischer Verbindung mit einer ersten, respektiv zweiten Verdrängerkammer eines hydraulischen Linear- oder Rotationsantrieb (nicht gezeigt).

Eine erste Steuerblockbohrung 50 für den Pumpenanschluss (P) mündet in koaxialer Verlängerung der Stufenbohrung 2 in die Steuerhülse 5. Drei Blockbohrungen 51, 52, 53 für den Tankanschluss (T) 51, den ersten Arbeitsanschluss (A) 52 und den zweiten Arbeitsanschluss (B) 53, sind quer zur Stufenbohrung 2 angeordnet und münden seitlich in die Steuerhülse 5. Sie bilden dabei, in axialem Abstand zueinander angeordnete, ringförmige Einmündungen 51', 52', 53', mit entsprechenden Querbohrungen in der Steuerhülse aus.

Innerhalb der Steuerhülse 5 verbindet eine erste axiale hydraulische Verbindung 28 die Einmündung 50' für den Pumpenanschluss (P) mit der Einmündung 52' für den Arbeitsanschluss (A); eine zweite axiale hydraulische Verbindung 29 die Einmündung 51' für den Tankanschluss (T) mit der Einmündung 52' für den Arbeitsanschluss (A); eine dritte axiale hydraulische Verbindung 30 die Einmündung 51' für den Tankanschluss (T) mit der Einmündung 53' für den Arbeitsanschluss (B); und eine vierte axiale hydraulische Verbindung 31 die Einmündung 53' für den Arbeitsanschluss (B) mit einer koaxial innerhalb der Steuerhülse 5 angeordneten Hilfsanschlusskammer 22. Bedingt durch die ringförmigen Einmündungen 51', 52', 53', ist der axiale Abstand zwischen der zweiten und dritten (29 und 30) axialen hydraulischen Verbindung weitaus grösser, als der axiale Abstand zwischen der ersten und zweiten (28 und 29), respektiv der dritten und vierten (30 und 31) axialen hydraulischen Verbindung.

Der Hauptsteuerkolben 6 weist einen ersten koaxialen Kolbenbund 8 auf, welcher dem Arbeitsanschluss (A) zugeordnet ist und axial in der ersten und zweiten axialen hydraulischen Verbindung 28 und 29 verschiebbar ist; sowie einen zweiten koaxialen Kolbenbund 9 auf, welcher dem Arbeitsanschluss (B) zugeordnet ist und axial in der dritten und vierten axialen hydraulischen Verbindung 30 und 31 verschiebbar ist. Der erste Kolbenbund 8 bildet eine, der ersten hydraulischen Verbindung 28 zugeordnete, erste Steuerkante 28', aus, sowie eine der zweiten hydraulischen Verbindung 29 zugeordnete zweite Steuerkante 29', aus. Beide Steuerkanten 28', 29' weisen eine Nullüberdeckung auf. Der zweite Kolbenbund 9 bildet eine, der dritten hydraulischen Verbindung 30 zugeordnete, dritte Steuerkante 30' aus, sowie eine, der vierten hydraulischen Verbindung 31 zugeordnete, vierte Steuerkante 31', aus. Beide Steuerkanten 30', 31' weisen ebenfalls eine Nullüberdeckung auf.

Über eine axiale Kolbenbohrung 18 und eine Kolbenquerbohrung 19 ist die Hilfsanschlusskammer 22 durch den Hauptsteuerkolben 6 mit dem Pumpenanschluss (P) verbunden. Der Hauptsteuerkolben 6 verbindet demnach mit seinem koaxialen Kolbenbund 8 den ersten Arbeitsanschluss (A) und mit seinem koaxialen Kolbenbund 9 den zweiten Arbeitsanschluss (B) wechselseitig mit dem Pumpenanschluss (P) oder dem Tankanschluss (T), wobei der jeweilige Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit über die vier Steuerkanten 28', 29', 30', 31' geregelt wird.

Über seine druckbeaufschlagte Kolbenstirnfläche 12, ist der Hauptsteuerkolben 6 hydrostatisch unsymmetrisch belastet. Ein hydrostatischer Druckausgleich des Hauptsteuerkolbens erfolgt, in 1, durch Weiterführung der koaxialen Kolbenbohrung 18 zum zweiten Ende des Hauptsteuerkolbens 6, wo sie über eine Kolbenquerbohrung 20 in eine Druckausgleichskammer 25 einmündet, welche in einem Ventildeckel 40 angeordnet ist. Das zweite Ende des Hauptsteuerkolbens ist, axial abgedichtet durch einen Dichteinsatz 7, in diese Druckausgleichskammer 25 eingeführt und bildet einen Druckausgleichsansatz 21 aus. Dieser weist in der Druckausgleichskammer 25 eine der ersten Kolbenstirnfläche 12 hydrostatisch entgegenwirkende Druckausgleichsfläche 13 auf. Ein vollständiger hydrostatischer Druckausgleich ergibt sich wenn die Druckausgleichsfläche 13 gleich der Kolbenstirnfläche 12 gewählt wird. Eine hydrostatische Überkompensation wird erreicht wenn die Druckausgleichs-fläche 13 grösser als die Kolbenstirnfläche 12 gewählt wird.

Die Betätigung des Hauptsteuerkolbens 6 erfolgt über einen angearbeiteten koaxialen Betätigungskolbenbund 11 durch entsprechende Druckbeaufschlagung seiner ringförmigen ersten und zweiten Betätigungsfläche 14, 15. Letztere sind in einer ersten und zweiten Steuerkammer 26 und 27 im Ventideckel 40 angeordnet, wo sie über Vorsteuer-Anschlüsse 56, 57 mit den Arbeitsanschlüssen (A') und (B') eines angeflanschten 4-Wege-Vorsteuer-Servoventils 60 verbunden sind. Durch Rückführung der, mit einer elektrischen Wegmessvorrichtung 63, gemessenen Position des Hauptsteuerkolbens 6, und Soll-Istwert-Vergleich in einem elektronischen Regelverstärker 64, ergibt sich demnach ein elektro-hydraulischer geschlossener Regelkreis.

Die Betätigungsringflächen 14, 15 sind gerade so gross ausgelegt, dass die beim Überströmen der Steuerkanten 28', 30', bzw. 29', 31' entstehenden Strömungskräfte sicher überwunden werden. Dadurch lassen sich die Stellzeiten zum Positionieren des Hauptsteuerkolbens 6 bei vorgegebenem Vorsteuerservoventil 60 verkürzen.

Zwei axial entgegengesetzte Endstellungen des Hauptsteuerkolbens 6 werden mechanisch durch eine Anschlagringfläche 16 des Hauptsteuerkolbens in der Steuerkammer 26, respektiv durch eine Anschlagendfläche 17 am zweiten Ende des Hauptsteuerkolbens festgelegt. Bei druckloser erster Steuerkammer 26 wird der Hauptsteuerkolben 6 durch eine Rückstellfeder 24, welche z.B. in der Druckausgleichskammer 25 angeordnet ist, in die erste axiale Endstellung gedrückt. In dieser ersten Endstellung liegt die Anschlagringfläche 16 an einer Gegenfläche 16' der Steuerhülse 5 an.

Bei vielen technischen Anwendungen, z.B. in Pressen und Kunststoffspritzgiessmaschinen, darf der vom Servoventil gesteuerte Zylinder keine Bewegung mehr ausführen, wenn eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, oder die Ansteuerelektronik ausfällt bzw. dort ein Fehler auftritt. Beide Arbeitsanschlüsse (A) und (B) müssen dazu entweder drucklos zum Tank entlastet oder völlig gesperrt werden, was bei Servoventilen mit Nullüberdeckung bis jetzt nicht möglich war.

Eine Sicherheitsendstellung mit gesperrten Arbeitsanschlüssen (A) und (B), zur Verriegelung des hydraulischen Linar- oder Rotationsantrieb auch bei anstehenden äusseren Belastungen, wird durch die Ausführung nach 1 erreicht. Dazu ist die Geometrie des Hauptsteuerkolbens derart festgelegt, dass in seiner ersten axialen Endstellung, z.B.:

– die erste Steuerkante 28' die erste hydraulische Verbindung 28 zwischen Pumpenanschluss (P) und Arbeitsanschluss (A) verschliesst;
– die vierte Steuerkante 31' die dritte hydraulische Verbindung 30 zwischen dem Tankanschluss (T) und dem Arbeitsanschluss (B) verschliesst;
– eine erste Hilfssteuerkante 32', an einem ersten, am Hauptsteuerkolben 6 angearbeiteten, Hilfskolbenbund 32, die vierte axiale hydraulische Verbindung 31 zwischen der Hilfsanschlusskammer 22 und dem Arbeitsanschluss (8) verschliesst;
– eine zweite Hilfssteuerkante 33', an einem zweiten, am Hauptsteuerkolben 6 angearbeiteten, Hilfskolbenbund 33, die zweite hydraulische Verbindung 29 zwischen dem Tankanschluss (T) und dem Arbeitsanschluss (A) verschliesst.

Damit sind beide Arbeitsanschlüsse (A) und (B) sowohl zum Tank als auch druckseitig gesperrt.

Eine Sicherheitsendstellung mit drucklosen Arbeitsanschlüssen (A) und (B) wird z.B. durch die Ausführung nach 2 erreicht. Dazu ist die Geometrie des Hauptsteuerkolbens derart festgelegt, dass bei seiner ersten axialen Endstellung:

– ein am Hauptsteuerkolben 6 angearbeiteter erster koaxialer Hilfskolbenbund 32 mit seiner ersten Hilfssteuerkante 32' die vierte hydraulische Verbindung 31 von der Hilfsanschlusskammer 22 zum zweiten Arbeitsanschluss (B) verschliesst,
– die dritte und vierte Steuerkante 30' und 31' des zweiten koaxialen Kolbenbundes 9 die dritte hydraulische Verbindung 30 zwischen Tankanschluss (T) und Arbeitsanschluss (B) freigeben, und
– die zweite Steuerkante 29' des ersten koaxialen Kolbenbundes 8 die zweite hydraulische Verbindung 29 zwischen Tankanschluss (T) und Arbeitsanschluss (A) freigibt,
– die erste Steuerkante 28' die erste hydraulische Verbindung 28 zwischen Pumpenanschluss (P) und Arbeitsanschluss (A) verschliesst.

Ein angeschlossener hydraulischer Zylinder ist demnach in beiden Arbeitsanschlüssen (A) und (B) drucklos geschaltet.

Wird entsprechend 3 der Druckausgleichsansatz 21 im Durchmesser so vergrössert, dass die Druckausgleichsfläche 13 grösser als die Kolbenstirnfläche 12 ist, bewirkt dieses eine Überkompensation mit einer zusätzlichen hydrostatischen Kraft zur Rückstellung des Hauptsteuerkolbens 6 in die erste Endstellung.

Durch ein zusätzlich zwischen dem Steueranschluss (A') 56 des 4-Wege-Vorsteuerservoventils 60 und der Steuerkammer (A') 26 angeordnetes Freischaltventil 62 wird in dessen federzentrierter Grundstellung (d.h. bei nicht betätigtem Magneten) die Steuerkammer (A') 26 mit der Betätigungsfläche (A') 14 zum Tank entlastet. Unabhängig von der Stellung des 4-Wege-Vorsteuerservoventils fährt der Hauptsteuerkolben 6 in die erste Endstellung. Erst bei Betätigung des Freischaltventils 62 wird das 4-Wege-Vorsteuerservoventil 60 zur Positionierung des Hauptsteuerkolbens 6 wirksam.

Durch eine veränderte Vorsteuerung kann, zur Kostenreduzierung, die Positionierung des Hauptsteuerkolbens 6 auch mit einem vereinfachten 3-Wege-Vorsteuerventil 61 durchgeführt werden (siehe 4). Es weist einen Vorsteuer-Pumpenanschluss (P'), einen Vorsteuer-Tankanschluss (T') und einen Steueranschluss (A') auf. Der Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') ist über die Steuerdruckleitung (X) druckbeaufschlagt. Der Vorsteuer-Tankanschluss (T') ist mit einer drucklosen Steuerleitung (Y) verbunden. Der Steueranschluss (A') ist über ein Freischaltventil 62 mit der ersten Steuerkammer 26 verbunden. Die Steuerkammer 27 mit der Betätigungsfläche 15 die, durch die vorbeschriebene Vergrösserung der Druckausgleichsfläche 13, kleiner wie die Betätigungsfläche 14 der Steuerkammer 26 ist, ist ständig über die drucklose Steuerleitung (Y) 54 zum Tank entlastet. Beim nicht angesteuerten 3-wege-Vorsteuerventil 61 ist der Hauptsteuerkolben 6 in Arbeitsruhestellung, während bei elektrischer Ansteuerung durch Druckbeaufschlagung der grösseren Betätigungsfläche 14 gegenüber der tankentlasteten Betätigungsfläche 15 eine hydraulische Steuerkraft entsteht, die den Hauptsteuerkolben 6, in der bereits beschriebenen Art, im elektrohydraulischen Positionsregelkreis positioniert. Dazu muss jedoch das Freischaltventil 62 betätigt sein. Bei Entlastung des Freischaltventils 62 in seine Grundstellung, z.B. infolge eines aufgetretenen Fehlers, wird die Steuerkammer 26 wieder zum Tank entlastet, so dass unabhängig vom 3-Wege-Vorsteuerventil 61, durch die hydrostatische Überkompensation und durch die Rückstellfeder 24, der Hauptsteuerkolben 6 in die erste Endstellung fährt.

Ist die zusätzliche Sicherheit durch das Freischaltventil 62 nicht erfordert, kann dieses auch entfallen, wobei dann die Steuerkammer 26 direkt mit dem Steueranschluss (A') des 3-Wege-Vorsteuerventils 61 verbunden ist.

Anstelle der in den 1 bis 4 eingesetzten elektrischen Rückführung mit dem elektrischen Wegmessystem 63, wird in der Ausführung nach 5 eine mechanische Rückführung eingesetzt Ein Kolbenschieberventil 67 in 3-Wege-Ausführung ist in axialer Verlängerung des Hauptsteuerkolbens 6 angeordnet. Es weist einen Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') 58, einen Vorsteuer-Tankanschluss (T') 59, einen Steueranschluss (A') 56 und einen Kolbenschieber 68 auf. Letzterer stützt sich mit einem Ende auf einen Federteller 69 in der Druckausgleichskammer 25 und ist mit seinem zweiten Ende mit einem Proportionalmagnet 66 verbunden. Eine Messfeder 65 ist in der Druckausgleichs-Kammer 25 zwischen Federteller 69 und Hauptsteuerkolben 6 angeordnet. Der Kolbenschieber 68 ist, zwecks hydrostatischem Druckausgleich, axial durchbohrt. Unabhängig von der Stellung des Kolbenschiebers 68 ist der Steueranschluss 56 stets mit dem Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') oder dem Vorsteuer-Tankanschluss (T') verbunden. Der Hauptsteuerkolben 6 ist wie in 4 und 5 ausgeführt und hat somit identische Eigenschaften.

Durch Kraftvergleich zwischen dem zum elektrischen Steuerstrom proportionalen Kraftaufbau des Proportional-Magneten 66, als Sollwert, und der zur Stellung des Hauptsteuerkolbens 6 proportionale Federkraft der Messfeder 65, als Istwert, wird bei Abweichungen zwischen Soll- und Istwert das Vorsteuerschieberventil 67 mit seinem auf die Betätigungsfläche (A') 14 wirkenden Ausgangssteuerdruck solange ausgeregelt, bis die elektrisch vorgegebene Position im Positionsregelkreis erreicht ist.

Im Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') 58' ist zusätzlich ein Freischaltventil 62 angeordnet. Bei dessen elektrischer Entlastung in die Grundstellung wird der Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') 58 mit dem Tank verbunden. Unabhängig von der Stellung des Kolbenschieberventils 67 ist die Betätigungsfläche (A') 14 damit immer drucklos zum Tank entlastet, wodurch der Hauptsteuerkolben 6 wieder durch die hydrostatische Überkompensation und die Rückstellfeder 24 in die erste Endstellung betätigt wird.

Auch bei dieser Ausführung kann bei reduzierten Sicherheitsanforderungen das Freischaltventil 62 entfallen, ohne die sichere Grundfunktion zu beeinträchtigen.

Eine vereinfachte Ausführung der hydraulischen Betätigung mit einem 3-Wege-Vorsteuerventil 67 und mechanischer Rückführung zeigt 6. In dieser Ausführung entfällt der Druckausgleichsansatz 21 mit, dem Dichteinsatz 7, und die gesamte zweite Kolbenstirnfläche 35 bildet in der zweiten Steuerkammer 27 die zweite Betätigungsfläche des Hauptsteuerkolbens aus. Die erste Steuerkammer (A') 26 mit der Betätigungsfläche (A') 14 ist über die hydraulische Verbindung 54 ständig zum Tank entlastet.

Das 3-Wege-Vorsteuerventil 67 ist als Kolbenschieberventil in axialer Verlängerung des Hauptsteuerkolbens 6 angeordnet. Es weist einen Vorsteuer-Pumpenanschluss (P'), einen Vorsteuer-Tankanschluss (T'), einen Steueranschluss (A') und einen Kolbenschieber 68 auf. Letzterer stützt sich mit seinem ersten Ende auf einen Federteller 69 in der Druckausgleichskammer 25 ab und ist mit seinem zweiten Ende mit einem Proportionalmagneten 66 verbunden. Eine Messfeder 65 ist in der Druckausgleichskammer 25 zwischen Federteller 69 und Hauptsteuerkolben 6 angeordnet. Der Kolbenschieber 68 ist, zwecks hydrostatischem Druckausgleich, axial durchbohrt. Unabhängig von der Stellung des Kolbenschiebers 68 ist der Steueranschluss 56 stets mit dem Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') oder dem Vorsteuer-Tankanschluss (T') verbunden. Der Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') ist unmittelbar über die hydraulische Verbindung 55 druckbeaufschlagt. Der Steueranschluss ist unmittelbar über die hydraulische Verbindung 56 mit der zweiten Steuerkammer 25 verbunden.

Bei nicht elektrisch angesteuerten Proportionalmagneten 66 ist die Betätigungskolbenquerschnittsfläche 35 druckbeaufschlagt. Durch Ansteuerung des Proportionalmagneten 66 öffnet das Vorsteuerschieberventil 67 zum Tank und senkt den Steuerdruck im Federraum 25 soweit ab, dass der Hauptsteuerkolben 6 infolge der jetzt überwiegenden Druckkräfte auf die Kolbenstirnfläche 12 positioniert wird. Durch Kraftvergleich zwischen dem zum elektrischen Steuerstrom proportionalen Kraftaufbau des Proportional-Magneten 66, als Sollwert, und der zur Stellung des Hauptsteuerkolbens 6 proportionale Federkraft der Messfeder 65, als Istwert, wird bei Abweichungen zwischen Soll- und Istwert das Vorsteuerschieberventil 67 mit seinem auf die Betätigungsfläche (8') 35 wirkenden Ausgangssteuerdruck solange ausgeregelt, bis die elektrisch vorgegebene Position im Positionsregelkreis erreicht ist.

Im Vorsteuer-Tankanschluss (T') 59 ist zusätzlich ein Freischaltventil 62 angeordnet. Bei dessen elektrischer Entlastung in seine federzentrierte Grundstellung ist der Vorsteuer-Tankanschluss (T') 59 über das Freischaltventil 62 druckbeaufschlagt. Unabhängig von der Stellung des Vorsteuerschieberventils 67 ist die zweite Betätigungsfläche 15 nun immer druckbeaufschlagt und erzeugt gegen die druckbeaufschlagte Kolbenstirnfläche 12 und die druckentlastete erste Betätigungsfläche 14 eine hydrostatische Betätigungskraft, die zusammen mit der Rückstellfeder 24 den Hauptsteuerkolben 6 in die untere Sicherheitsendstellung betätigt.

Entfällt bei reduzierten Sicherheitsanforderungen das Freischaltventil 62, wird der Vorsteuer-Tankanschluss (T') 59 direkt im Deckel 40 mit dem Steuerleitungsanschluss (Y) 54 zum Tank verbunden ohne die Grundfunktion zu beeinträchtigen.

Claims

Vorgesteuertes Servoventil umfassend einen Hauptsteuerkolben (6) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, eine Steuerhülse (5) in welcher der Hauptsteuerkolben (6) axial verschiebbar angeordnet ist, in axialem Abstand zu einander angeordnete Einmündungen (50', 51', 52', 53') in die Steuerhülse (5) für vier Hauptstromanschlüsse (50, 51, 52, 53), eine erste axiale hydraulische Verbindung (28) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (50') für den ersten Hauptstromanschluss (50) und der Einmündung (52') für den zweiten Hauptstromanschluss (52), eine zweite axiale hydraulische Verbindung (29) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (52') für den zweiten Hauptstromanschluss (52) und der Einmündung (51') für den dritten Hauptstromanschluss (51), eine dritte axiale hydraulische Verbindung (30) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (51') für den dritten Hauptstromanschluss (51) und der Einmündung (53') für den vierten Hauptstromanschluss (53), eine vierte axiale hydraulische Verbindung (31) innerhalb der Steuerhülse (5) zwischen der Einmündung (53') für den dem vierten Hauptstromanschluss (53) und einer axialen Hilfsanschlusskammer (22), eine, der ersten axialen hydraulischen Verbindung (28) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, erste Steuerkante (28') des Hauptsteuerkolbens (6), eine, der zweiten axialen hydraulischen Verbindung (29) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, zweite Steuerkante (29') des Hauptsteuerkolbens (6), eine, der dritten axialen hydraulischen Verbindung (30) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, dritte Steuerkante (30') des Hauptsteuerkolbens (6), und eine, der vierten axialen hydraulischen Verbindung (31) zum Regeln des Durchflusses zugeordnete, vierte Steuerkante (31') des Hauptsteuerkolbens (6), eine erste Steuerkammer (26), in welcher der Hauptsteuerkolben (6) eine erste Betätigungsfläche (14) ausbildet, eine zweite Steuerkammer (27), in welcher der Hauptsteuerkolben (6) eine, der ersten Betätigungsfläche (14) axial entgegenwirkende, zweite Betätigungsfläche (15) ausbildet, ein Vorsteuerventil (60, 67) hydraulisch verbunden mit mindestens einer der beiden Steuerkammern (26, 27), und eine Rückführung zwischen Hauptsteuerkolben (6) und Vorsteuerventil (60, 67), in welche ein Positionsaufnehmer (65, 66) des Hauptsteuerkolbens (6) eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmündung (50') in die Steuerhülse (5) für den ersten Hauptstromanschluss (50) gegenüber einer ersten Kolbenstirnfläche (12) am ersten Ende des Hauptsteuerkolbens (6) ausgebildet ist, die Einmündungen (52', 51', 53') in die Steuerhülse für den zweiten, dritten und den vierten Hauptstromanschluss (52, 51, 53) jedoch seitlich zum Hauptsteuerkolben (6) angeordnet sind, dass die Hilfsanschlusskammer (22) durch einen Verbindungskanal (18, 19) durch den Hauptsteuerkolben (6) mit dem ersten Hauptstromanschluss (50) hydraulisch verbunden ist, dass der Hauptsteuerkolben (6) eine Anschlagfläche (16) ausbildet, welche durch Zusammenwirken mit einer entsprechenden Gegenanschlagfläche (16') eine erste axiale Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) mechanisch festlegt, wobei eine Rückstellfeder (24) derart zum Hauptsteuerkolben (6) angeordnet ist, dass sie auf letzteren eine Federkraft in Richtung seiner ersten axialen Endstellung ausübt, dass der Hauptsteuerkolben (6) mindestens eine Hilfssteuerkante (32', 33') aufweist, welche derart zu den vier Steuerkanten (28', 29', 30', 31') angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) eine der vier axialen hydraulischen Verbindungen (28, 29, 30, 31) verschliesst.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Steuerkante (28', 29') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) mindestens eine derselben die erste axiale hydraulische Verbindung (28) verschliesst, dass die dritte und vierte Steuerkante (30', 31') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) mindestens eine derselben die dritte axiale hydraulische Verbindung (31) verschliesst, dass eine erste Hilfssteuerkante (33') derart angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die vierte axiale hydraulische Verbindung (31) verschliesst, und dass eine zweite Hilfssteuerkante (33') derart angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die zweite axiale hydraulische Verbindung (29) verschliesst.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Steuerkante (28', 29') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) mindestens eine derselben die erste axiale hydraulische Verbindung (28) verschliesst, die dritte und vierte Steuerkante (30', 31') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die dritte axiale hydraulische Verbindung (30) freigegeben ist, dass eine Hilfssteuerkante (32') derart angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die vierte axiale hydraulische Verbindung (31) verschliesst.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte Steuerkante (30', 31') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) mindestens eine derselben die dritte axiale hydraulische Verbindung (30) verschliesst, dass die erste und zweite Steuerkante (28', 29') derart angeordnet sind, dass bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die erste axiale hydraulische Verbindung (28) freigegeben ist, dass eine Hilfssteuerkante (33') derart angeordnet ist, dass sie bei erster axialer Endstellung des Hauptsteuerkolbens (6) die zweite axiale hydraulische Verbindung (29) verschliesst.
Vorgesteuertes Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hauptstromanschluss (50) hydraulisch mit einer Pumpe verbunden ist und somit einen Pumpenanschluss (P) bildet, der zweite Hauptstromanschluss (52) hydraulisch mit einer ersten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden ist und somit einen ersten Arbeitsanschluss (A) bildet, der dritte Hauptstromanschluss (51) hydraulisch mit einem Tank verbunden ist und somit einen Tankanschluss (T) bildet, der vierte Hauptstromanschluss (53) hydraulisch mit einer zweiten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden ist und somit einen zweiten Arbeitsanschluss (B) bildet.
Vorgesteuertes Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Hauptstromanschluss (51) hydraulisch mit einer Pumpe verbunden ist und somit einen Pumpenanschluss (P) bidet, der zweite Hauptstromanschluss (52) hydraulisch mit einer ersten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden ist und somit einen ersten Arbeitsanschluss (A) bildet, der erste Hauptstromanschluss (50) hydraulisch mit einem Tank verbunden ist und somit einen Tankanschluss (T) bildet, der vierte Hauptstromanschluss (53) hydraulisch mit einer zweiten Verdrängerkammer eines Verbrauchers verbunden ist und somit einen zweiten Arbeitsanschluss (B) bildet.
Vorgesteuertes Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Steuerkanten (28', 29', 3'' , 31') des Hauptsteuerkolbens (6) eine Nullüberdeckung aufweisen.
Vorgesteuertes Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betätigungsfläche als zweite Kolbenstirnfläche (35) ausgeführt ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolbenstirnfläche (35) grösser als die erste Kolbenstirnfläche (12) ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil ein 3-Wege-Vorsteuerventil (67) ist, welches einen druckbeaufschlagten Vorsteuer-Druckanschluss (P'), einen Vorsteuer-Tankanschluss (T') und einen mit der zweiten Steuerkammer (27) verbundenen Steueranschluss (A') aufweist, und hydraulisch derart gestaltet ist, dass im nicht angesteuerten Zustand sein, Steueranschluss (A') mit seinem Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') kurzgeschlossen ist und damit druckbeaufschlagt ist, und dass die erste Steuerkammer (26) unmittelbar mit einer drucklosen Steuerleitung (Y) verbunden ist und damit drucklos ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freischaltventil (62), in seiner Grundstellung, den Vorsteuer-Tankanschluss (T') mit dem druckbeaufschlagten Vorsteuer-Druckanschluss (P') hydraulisch verbindet und zum Tank sperrt.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil ein 3-Wege-Kolbeschieberventil (67) ist, welches einen Kolbenschieber (68) in axialer Verlängerung des zweiten Endes des Hauptsteuerkolbens (6) aufweist, dass eine Messfeder (65) den Kolbenschieber (68) axial mit dem Hauptsteuerkolben verbindet, und dass ein proportional zu einem elektrischen Signal wirkender, Stellmagnet (66) mechanisch mit dem Kolbenschieber (68) verbunden ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende des Hauptsteuerkolbens (6) axial abgedichtet in eine Druckausgleichskammer (25) eingeführt ist um dort eine, der ersten Kolbenstirnfläche (12) hydrostatisch entgegen wirkende, Druckausgleichsfläche (13) auszubilden, und dass die Druckausgleichskammer (25) durch einen Druckentlastungskanal (18, 20) im Hauptsteuerkolben (6) mit dem ersten Hauptstromanschluss (50) hydraulisch verbunden ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirksame Fläche der Druckausgleichsfläche (13) grösser als die axial wirksame Fläche der ersten Kolbenstirnseite (12) ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die erste Steuerkammer (26), mit der in entgegengesetzte Richtung der ersten axialen Endstellung wirkenden ersten Betätigungsfläche (14), und das Vorsteuerventil (60) ein Freischaltventil (62) geschaltet ist, und dass dieses Freischaltventil (62) in seiner Grundstellung die erste Steuerkammer (26) mit einer drucklosen Steuerleitung (Y) (54) hydraulisch verbindet.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerkammer (27), mit der in Richtung der ersten Endstellung wirkenden zweiten Betätigungsfläche (15), direkt mit einer drucklosen Steuerleitung (Y) (54) unmittelbar hydraulisch verbunden ist, und dass die erste Steuerkammer (26), mit der in entgegengesetzte Richtung der ersten Endstellung wirkenden ersten Betätigungsfläche (14), mit einem Steueranschluss (A') des Vorsteuerventils hydraulisch verbunden ist, wobei letzteres ein 3-Wege-Vorsteuerventil (61) ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsaufnehmer des Hauptsteuerkolbens (6) als Wegmesssystem (63) mit elektrischem Ausgang ausgeführt ist und in einen geschlossenen Regelkreis mit dem 3-Wege-Vorsteuerventil (61) eingebunden ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil ein 3-Wege-Vorsteuer-Schieberventil (67) in axialer Verlängerung des zweiten Endes des Hauptsteuerkolbens (6) ist, welches einen Vorsteuer-Druckanschluss (P') (58), einen Vorsteuer-Tankanschluss (T') (59), einen Vorsteuer-Arbeitsanschluss (A') (56) und einen Kolbenschieber (68) aufweist, dass eine Messfeder (65) den Kolbenschieber (68) axial mit dem Hauptsteuerkolben (6) verbindet, und dass ein proportional zu einem elektrischen Signal wirkender, Stellmagnet (66) mechanisch mit dem Vorsteuer-Kolbenschieber verbunden ist.
Vorgesteuertes Servoventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuer-Druckanschluss (P') (58) über ein Freischaltventil (62), in der Grundstellung desselben, mit dem Vorsteuer-Tankanschluss (T') (59) hydraulisch verbunden ist, und dass das Schieberventil (67) derart gestaltet ist, dass der Steueranschluss (A') (56), je nach Stellung des Kolbenschiebers (68), entweder mit dem Vorsteuer-Tankanschluss (T') (59) oder dem Vorsteuer-Pumpenanschluss (P') (58) unmittelbar hydraulisch verbunden ist.