EP1875084B1

EP1875084B1 - Wegeventil und damit ausgeführte ls-steueranordnung

Info

Publication number: EP1875084B1
Application number: EP06722721A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Lödige
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2008534887A; DE502006002946D1; EP1875084A1; ATE423913T1; DE102005029821A1; DK1875084T3; WO2006105765A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil mit zwei in einer Schieberbohrung geführten koaxial zueinander angeordneten Ventilschiebern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine mit einem derartigen Wegeventil ausgeführte LS-Steueranordnung.
Insbesondere in der Mobilhydraulik werden häufig Wegeventile mit vier Schieberstellungen benötigt, wobei neben einer Neutralstellung, in der ein Druckanschluss und zwei Arbeitsanschlüsse abgesperrt sind und einer Schwimmstellung, in der die beiden Arbeitsanschlüsse mit einem Tankanschluss verbunden sind noch zwei weitere Arbeitspositionen vom Wegeventil eingenommen werden müssen, bei denen einmal ein Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss und der andere Arbeitsanschluss mit dem Rücklaufanschluss und in den anderen Positionen entsprechend der erstgenannte Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss und der weitere Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss verbunden ist.
Derartige herkömmliche Wegeventile werden mit einem Hauptschieber ausgeführt, wobei die Steuerfunktionen in den Weg dieses Schiebers gelegt werden. Dies hat einige Nachteile, da beispielsweise zum Erreichen der Schwimmstellung eine Arbeitsstellung vollständig überfahren werden muss. Der dafür erforderliche große Schieberhub führt zu einem relativ langem Schieber und damit zu einem entsprechend langem Ventilgehäuse.
Bei einer elektrohydraulischen Betätigung wird die häufig für eine längere Zeit eingestellte Schwimmstellung in der Endposition des Schiebers angesteuert. Dies erfordert, dass der Ventilschieber mit einem ständigen hohem Steuerdruck beaufschlagt ist, so dass entsprechend auch ein hoher elektrischer Eingangsstrom gehalten werden muss. Des Weiteren wird die Auflösung für den Schieberhub in seinen Arbeitsstellungen gemindert, da ein Teil des Steuerdruckbereichs für die Schwimmstellung benötigt wird.
Zur Beseitigung zumindest einiger dieser Nachteile sind aus dem Stand der Technik Wegeventile mit zwei Ventilschiebern bekannt, die in einer gemeinsamen Ventilgehäusebohrung aufgenommen sind. Die EP 1 500 825 A2 der Anmelderin offenbart beispielsweise eine Lösung, bei der die beiden Ventilschieber über eine Zentralfeder voneinander beabstandet sind, wobei der maximale Abstand zwischen den beiden Ventilschiebern durch eine Zugstange oder dergleichen begrenzt ist.
Ähnliche Lösungen sind in der EP 0 114 470 B1 und der EP 0 573 191 B1 offenbart, bei denen das Wegeventil ebenfalls mit zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilschiebern ausgeführt ist, zwischen denen eine Feder vorgesehen ist.
Derartige Lösungen sind vergleichsweise aufwendig, da die Feder in geeigneter Weise aufgenommen werden muss. Nachteilig bei den in der EP 0 114 470 B1 und der EP 0 573 191 B1 gezeigten Lösungen ist des Weiteren, dass die Verstellung der Ventilschieber mittels Elektromagneten und davon betätigter Stößel erfolgt, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand weiter erhöht ist.
In der WO 02/075162 A1 ist in Fig. 10 ein Wegeventil mit zwei koaxialen ventilschiebern offenbart, bei denen die beiden Ventilschieber unmittelbar ohne dazwischen geschaltete Feder angeordnet sind. Die Betätigung erfolgt jedoch auch mittels Elektromagneten. Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Betätigung hydraulisch erfolgt, dazu ist den rückwärtigen Steuerflächen der beiden Ventilschieber jeweils ein Antriebskolben zugeordnet, der mit zwei Steuerflächen ausgeführt ist, deren Flächen mit dem Verhältnis 1:2 ausgeführt sind. In der Grundposition wird die kleinere Fläche entsprechend mit dem doppelten Steuerdruck beaufschlagt. Das Verschieben erfolgt, in dem der auf eine der Steuerflächen lastende Steuerdruck abgesenkt oder erniedrigt ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die mit dem Ventilschieber fest verbundenen Antriebskolben vergleichsweise aufwendig ausgebildet sind und dass für die Axialverschiebung der Ventilschieber in die Arbeitspositionen nur der halbe Steuerdruck zur Verfügung steht, so dass entsprechend die Auflösung gering ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil sowie eine damit ausgeführte LS-Steueranordnung zu schaffen, die einfach und kompakt ausgeführt ist und eine exakte Verschiebung der Ventilschieber in vorbestimmte Arbeitspositionen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Wegeventils durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der LS-Steueranordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst.
Erfindungsgemäß ist das Wegeventil mit zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilschiebern ausgebildet, die direkt, d. h., ohne Zwischenschaltung einer Feder oder einer Zugstange oder dergleichen miteinander in Anlage bringbar sind. Die benachbarten Stirnflächen der Ventilschieber lassen sich mit dem gleichen Steuerdruck wie rückwärtige Steuerflächen beaufschlagen, deren Wirkfläche jedoch kleiner als diejenige der Stirnflächen ist. Durch Anlegen dieses Steuerdrucks können die beiden Ventilschieber entsprechend auseinander gefahren werden, um sehr schnell und exakt eine vorbestimmte Schieberstellung, beispielsweise eine Schwimmstellung einzunehmen. Dementsprechend sind bei der erfindungsgemäßen Lösung weder direkt am Ventilschieber angreifende elektrische Komponenten (beispielsweise Stößel eines Elektromagnets) zur Verschiebung erforderlich, noch muss zwischen den beiden Ventilschiebern ein Bauelement vorgesehen werden, um den Hub zu begrenzen. Die Verstellung in die vorbestimmte Schieberposition erfolgt aufgrund der Flächendifferenz, wobei die Stirnflächen und die Steuerflächen mit dem gleichen Steuerdruck beaufschlagt sind, so dass die Kanalführung gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich vereinfacht ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird diese Flächendifferenz durch Kölbchen ausgebildet, die in die rückwärtigen Endabschnitte der Ventilschieber eintauchen und die sich am Gehäuse abstützen. Diese Kölbchen begrenzten mit dem jeweiligen Ventilschieber einen Kolbenraum, der mit dem Steuerdruck beaufschlagt ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden in kinematischer Umkehr zur Bildung der Flächendifferenz die Endabschnitte der Ventilschieber radial zurückgesetzt und tauchen jeweils in eine Kappe ein, wobei die Zapfenstirnflächen die Steuerflächen mit verringertem Querschnitt bilden. Eine derartige Konstruktion ist per se aus der DE 3732445 A1 (Fig. 5) bekannt.
Die Vorspannung der beiden Ventilschieber in ihre Grundposition erfolgt beispielsweise über zwei jeweils in einem Federraum aufgenommene Zentrierfedern, die jeweils an einem rückwärtigen Endabschnitt der Ventilschieber angreifen. Der die Zentrierfeder aufnehmende Federraum ist tankdruckbeaufschlagt. Jeder vom Ventilschieber und Kölbchen begrenzte Kolbenraum ist vorzugsweise über zumindest einen Manteldurchbruch mit einem den Steuerdruck führenden Steuerraum der Ventilbohrung verbunden und nach einer Verschiebung mit Tankdruck beaufschlagbar.
Der Aufbau des Wegeventils ist besonders einfach, wenn dieser Manteldurchbruch nach der Verschiebung der Ventilschieber den Kolbenraum mit dem Federraum verbindet.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn in der Ventilbohrung zwei den Tank- oder Rücklaufdruck führende Tankkammern außenliegend angeordnet sind, so dass zwei mit einem Druckanschluss verbundene Druckkammern, sowie zwei mit jeweils einem Arbeitsanschluss verbundene Arbeitskammern und eine zentrale, mit dem Steuerdruck beaufschlagte Zentralsteuerkammer sowie ggf. weitere Steuerkammern zwischen den Tankkammern angeordnet sind.
Der Zentralsteuerraum ist in der Grundposition über ein inverses Wechselventil mit den Kolbenräumen der Ventilschieber verbunden, so dass im Zentralsteuerraum stets der niedrigere der Steuerdrücke anliegt.
Die hydraulische Ansteuerung des Wegeventils erfolgt vorzugsweise durch zwei proportional wirkende Druckreduzierventile, über die die Steuerflächen der beiden Ventilschieber mit dem Steuerdruck beaufschlagbar sind und die in ihrer Grundstellung die Steuerflächen mit Tankdruck verbinden und somit entlasten.
Die LS-Steueranordnung wird vorzugsweise mit einer Individualdruckwaage ausgeführt und zumindest einem Arbeitsanschluss ein Sperrblock zugeordnet.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen LS-Steueranordnung;
Fig. 2 eine konkrete Ausführung der LS-Steueranordnung gemäß Fig. 1 in Neutralstellung;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Ventilschieber des Wegeventils aus Fig. 2;
Fig. 4 die Ausführung gemäß Fig. 2 in einer Arbeitsstellung;
Fig. 5 die Ausführung gemäß Fig. 2 in einer Schwimmstellung und
Fig. 6 ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LS-Steueranordnung.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema einer Ventilscheibe eines LS-Mobilsteuerblocks, über den hydraulische Verbraucher eines Traktors ansteuerbar sind. Die Ventilscheibe 1 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die beispielsweise zu den beiden Druckkammern eines Hydraulikzylinders führen, einen Druckanschluss P, zwei Ablauf- oder Tankanschlüsse R1 und R2, einen LS-Anschluss LS, einen Steuerdruckanschluss P_x sowie einen Steuerrücklaufanschluss R_x. Der Grundaufbau derartiger LS-Steueranordnungen bei Anwendungen in der Mobilhydraulik ist im Wesentlichen gleich, sie enthalten ein proportional verstellbares Wegeventil 2, das einen Geschwindigkeitsteil und einen Richtungsteil zur Einstellung des Druckmittelvolumenstroms zum bzw. vom Verbraucher enthält. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 2 mit zwei Ventilschiebern 4, 6 ausgeführt, die in einer gemeinsamen Ventilbohrung koaxial zueinander aufgenommen sind und über eine Zentrierfederanordnung mit einer rechten Zentrierfeder 8 und einer linken Zentrierfeder 10 in die dargestellte Grundposition vorgespannt sind, in der die beiden Ventilschieber 4, 6 stirnseitig aneinander anliegen. Die Betätigung der Ventilschieberanordnung erfolgt über zwei elektrisch betätigbare Druckreduzierventile 12, 14, deren Eingangsanschluss P mit dem Steuerdruckanschluss P_X, an dem ein relativ hoher Eingangssteuerdruck anliegt und deren Tankanschluss T mit dem Steuerrücklaufanschluss R_X verbunden ist. Der Ausgangsanschluss A der Druckreduzierventile 12, 14 ist mit der Steuerseite des jeweils zugeordneten Ventilschiebers 4 bzw. 6 verbunden.
Der Geschwindigkeitsteil des Wegeventils 2 wird jeweils durch eine durch Steuerkanten der Ventilschieber 4, 6 gebildete Zumessblenden 16, 18 gebildet, denen eine Individualdruckwaage 20 vorgeschaltet ist. Diese ist im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts durch die Kraft einer Druckwaagenfeder 22 und dem Lastdruck des zugeordneten Verbrauchers beaufschlagt, der über einen LS-Kanal 26 an der in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerfläche der Druckwaage 20 anliegt. Der Lastdruck der über die anderen Ventilscheiben des LS-Mobildrucks angesteuerten Verbraucher wird über den Steueranschluss Y_W an den Eingang eines Wechselventils 24 angelegt und mit dem Lastdruck des an die Ventilscheibe angeschlossenen Verbrauchers verglichen, der größte Lastdruck wird dann am LS-Anschluss abgegriffen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der größere der Lastdrücke an den Arbeitsanschlüssen A, B über ein weiteres Wechselventil 28 abgegriffen, an dessen Ausgang der LS-Kanal 26 angeschlossen ist. In Schließrichtung ist die Druckwaage 20 von dem Druck im Druckmittelströmungspfad zwischen der Druckwaage 20 und dem Wegeventil 2 beaufschlagt. Die Druckwaage 20 hält in ihrer Regelposition den Druckabfall über der eingestellten Zumessblende 16 lastdruckunabhängig konstant. Wie bei derartigen LS-Steueranordnungen üblich, wird der höchste Lastdruck aller vom Mobilsteuerblock angesteuerten Verbraucher zu einem Pumpenregler einer Verstellpumpe oder zur Bypassdruckwaage einer Konstantpumpe geführt, wodurch der Pumpendruck in einer Pumpenleitung so eingestellt wird, dass er stets um ein vorbestimmtes Δp oberhalb dieses maximalen Lastdrucks liegt.
Zum Einstellen einer Schwimmstellung können die beiden Ventilschieber 4, 6 aus der dargestellten Grundposition gegen die Kraft der Zentrierfedern 8, 10 nach außen bewegt werden. Dazu ragen die aufeinander zuweisenden Stirnflächen der Ventilschieber 4, 6 in eine gemeinsame Zentraldruckkammer 30, die mit dem Ausgangsdruck der Druckreduzierventile 12 oder 14 beaufschlagbar ist. Für den Fall, dass diese Druckreduzierventile 12, 14 auf unterschiedliche Steuerdrücke eingestellt sind, wird über ein inverses Wechselventil 32 der kleinere dieser Steuerdrücke abgegriffen und zu der an den Ausgang dieses inversen Wechselventils 32 angeschlossenen Zentralsteuerdruckkammer 30 weitergeleitet. Wenn beide Druckreduzierventile 12, 14 auf den gleichen Steuerdruck eingestellt sind, liegt dieser Steuerdruck auch in der Zentralsteuerdruckkammer 30 an.
Im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Wegeventil und dem zugeordneten Arbeitsanschlüssen A, B ist jeweils ein Sperrblock 34, 36 vorgesehen, deren Aufbau anhand Fig. 2 näher erläutert ist. Derartige Sperrblöcke 34, 36 lassen eine Druckmittelströmung zum zugeordneten Arbeitsanschluss A, B zu. Um eine Druckmittelrückströmung vom Verbraucher zu ermöglichen, kann der Sperrblock 34, 36 mittels eines Aufstoßkolbens entriegelt werden. Bei ziehenden Lasten wirkt dieser Sperrblock 34, 36 dann als Druckwaage, die es ermöglicht mit der über das Wegeventil aufgesteuerten Ablaufmessblende 38, 40 eine lastdruckunabhängige Druckmittelsteuerung durchzuführen. Über das weitere Wechselventil 28 wird im Falle einer ziehenden Last der dann größere Druck auf der Ablaufseite abgegriffen und in den LS-Kanal 26 gemeldet, so dass eine hinreichende Druckmittelversorgung auch im Falle einer ziehenden Last gewährleistet ist und Kavitationen verhindert werden können. Weitere Einzelheiten hierzu können der DE 103 21 914 A1 der Anmelderin entnommen werden.
Der Verlauf der in Fig. 1 dargestellten Steuer- und Druckmittelkanäle wird anhand des konkreten Ausführungsbeispiels in Fig. 2 erläutert.
Fig. 2 zeigt eine konkrete Ausführungsform der Ventilscheibe 1 eines Mobilsteuerblocks. Diese Ventilscheibe 1 wird in Querrichtung von einer Ventilbohrung 42 durchsetzt, in der die beiden Ventilschieber 4, 6 axial verschiebbar geführt sind. Die beiden Ventilschieber werden über die Zentrierfedern 8, 10 in eine Anlageposition vorgespannt, in der die Stirnflächen 44, 46 der Ventilschieber 4, 6 aneinander anliegen. Die Zentrierfedern 8, 10 sind an die Ventilbohrung 42 axial abschließenden Federkappen 48, 50 abgestützt, die jeweils einen Federraum begrenzen, in dem stets der Tank- oder Rücklaufdruck anliegt, der über den in Fig. 2 an den Federraum angrenzenden, nur im Querschnitt dargestellten Kanal abgegriffen wird.
In jedem in den Federraum eintauchenden Endabschnitt der Ventilschieber 4, 6 ist ein Kolbenraum 52 bzw. 54 ausgebildet, wobei der Kolbenraum des Ventilschiebers 6 lediglich gestrichelt angedeutet ist. In die Kolbenräume 52, 54 ist jeweils ein Kölbchen 56, 58 eingesetzt, die mit einem aus dem Ventilschieber 4, 6 hervorstehenden Endabschnitt an dem Boden der Federkappe 48 bzw. 50 abgestützt sind. Die Kölbchen 56, 58 schließen die beiden Kolbenräume 52, 54 in Axialrichtung druckmitteldicht ab. Die Bodenflächen jedes Kolbenraums 52, 54 bilden jeweils eine Steuerfläche 60, 62 deren Wirkfläche geringer ist als die Querschnittsfläche der Stirnfläche 44, 46 des jeweiligen Ventilschiebers 4 bzw. 6. In die beiden Kolbenräume 52, 54 münden jeweils axial beabstandete Mantelbohrungen 64, 66 bzw. 68, 70 ein, auf deren Funktion noch im Folgenden eingegangen wird. Anstelle dieser Mantelbohrungen 64, 66; 67, 70 könnte jeweils auch ein Langloch vorgesehen werden. Sie sollen von den Kölbchen 56, 58 nicht überdeckt werden.
Anstelle durch die Kölbchen 56, 58 können die mit geringerer Wirkflächen ausgeführten Steuerflächen 60, 62 in kinematischer Umkehr auch gebildet werden, in dem die Endabschnitte der Ventilschieber 4, 6 zapfenförmig zurückgestuft und in Kappen eintauchen, so dass durch jeweils eine Kappe und einen Endabschnitt ein von der Steuerfläche 60, 62 begrenzter Raum gebildet ist, der über Kanäle in Ventilschieber 4, 6 mit dem Steuerdruck oder mit Tankdruck beaufschlagbar ist.
In der Ventilbohrung sind in der Darstellung gemäß den Figuren 2 und 3 von außen nach innen zwei außenliegende Tankkammern 72, 74, zwei Arbeitskammern 76, 78, zwei Zulaufkammern 80, 82, zwei Steuerdruckkammern 84, 86, zwei innen davon angeordnete Steuerkammern 88, 90 und die mittige Zentralsteuerkammer 92 ausgebildet. Die beiden Tankkammern 72, 74 sind über nicht dargestellte Kanäle mit den Federräumen und den beiden Rücklaufanschlüssen R1, R2 (Fig. 1) der Ventilscheibe 1 verbunden. Die beiden innen davon angeordneten Arbeitskammern 76, 78 führen über einen Vorlaufkanal 94 zum Arbeitsanschluss A bzw. über einen Rücklaufkanal 96 zum Arbeitsanschluss B. Die beiden Zulaufkammern 80, 82 sind über einen Zulaufkanal 98 miteinander verbunden, in den der Ausgang der Individualdruckwaage 20 einmündet, deren Eingang über eine Druckwaageneingangskammer 100 mit dem Druckanschluss P (Fig. 1) der Ventilscheibe 1 verbunden ist. Ein die Druckwaagenfeder 22 aufnehmender Federraum 102 der Druckwaage 20 ist über den LS-Kanal 26 an den Ausgang des Wechselventils 24 angeschlossen und weiter zum Ausgang des weiteren Wechselventils 28 geführt, dessen beiden Eingänge über einen etwa U-förmigen Verbindungskanal 104 mit der Arbeitskammer 76 bzw. 78 verbunden sind.
Wie in Fig. 2 angedeutet, sind die Eingangsanschlüsse P der beiden Druckreduzierventile 12, 14 mit dem Steuerdruckanschluss P_X und deren Tankanschlüsse T mit Steuerrücklaufanschluss R_X verbunden. Die beiden Ausgangsanschlüsse A sind über Vorsteuerkanäle 106, 108 zu den Eingängen des inversen Wechselventils 32 geführt, dessen Ausgang mit der Zentralsteuerkammer 92 verbunden ist.
Wie insbesondere der vergrößerten Darstellung der beiden Ventilschieber 4, 6 gemäß Fig. 3 entnehmbar ist, sind an diesen von außen nach innen Tanksteuerkanten 110, 112, Zulaufsteuerkanten 114, 116, Steuerkanten 118, 120 sowie weitere Steuerkanten 158, 159 ausgebildet, die jeweils von Umfangskanten eines Kolbenbundes gebildet sind. Wie weiter Fig. 3 entnehmbar ist, münden die Mantelbohrungen 64, 68 in den Vorsteuerkanal 106 bzw. 108 ein, die beiden anderen Mantelbohrungen 66, 70 sind in der Grundposition überdeckt.
Die beiden Sperrblöcke 34, 36 sind gemäß Fig. 2 in den Vorlaufkanal 94 bzw. den Rücklaufkanal 96 eingesetzt. Sie haben einen mit einer Vorsteueröffnung ausgeführten Schließkörper 122 bzw. 124, der jeweils von einer Schließfeder 126, 128 gegen einen Ventilsitz 130, 132 vorgespannt ist. In jedem Ventilkörper 122, 124 ist ein Vorsteuerventilkörper 134, 136 aufgenommen und gegen einen weiteren Vorsteuerventilsitz vorgespannt. Jeder Vorsteuerventilkörper 134, 136 lässt sich mittels eines Aufstoßkolbens 138, 140 von seinem Vorsteuerventilsitz abheben, indem an seine Kolbenfläche 142, 144 ein Steuerdruck angelegt ist. Dazu begrenzt die Kolbenfläche 142, 144 einen Druckraum, der über Steuerkanalabschnitte 146, 148 mit den beiden Steuerkammern 88, 90 verbunden ist, die über die weiteren Steuerkanten 158, 159 mit der Zentralsteuerkammer 92 verbunden sind. Ein Federraum 150, 152 des Sperrblocks 34, 36 ist über einen kurzen Kanalabschnitt mit dem Vorsteuerkanal 106, 108 verbunden. Der Federraum 150, 152 ist des Weiteren mit dem Arbeitsanschluss A, B verbunden.
In der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Grundposition (Neutralstellung) des Wegeventils 2 strömt das Druckmittel über die Individualdruckwaage 20 zu und steht im Zulaufkanal 98 an. Die beiden Druckreduzierventile 12, 14 sind unbestromt, so dass die beiden Vorsteuerkanäle 106, 108 zum Rücklaufanschluss R_X hin entlastet sind. Entsprechend sind auch die beiden Kolbenflächen 142, 144 der Aufstoßkolben 138, 140 zum Rücklaufanschluss R_X hin entlastet. Die beiden Schieber 4, 6 nehmen aufgrund der Vorspannung der Zentrierfedern 8, 10 ihre dargestellte Mittelposition ein, in der die Steuerkanten 112, 114 und 116, 118 die Druckmittelverbindung der Arbeitsanschlüsse A, B zum Druckanschluss P und zu den Rücklaufanschlüssen R1 und R2 absperren. Die beiden Arbeitskammern 76, 78 und damit der Vorlaufkanal 94 und der Rücklaufkanal 96 sind jeweils über im Ventilschieber 4 bzw. 6 ausgebildete Verbindungsbohrungen 154, 156 (gestrichelt in den Figuren 2 und 3) mit den Tankkammern 72, 74 und damit mit den Rücklaufanschlüssen R1 und R2 verbunden und somit ebenfalls druckentlastet. Das Lastdrucksignal, das über den Verbindungskanal 104 und das darin angeordnete weitere Wechselventil 28 abgegriffen wird, ist dann entsprechend für diese Ventilscheibe 1 ebenfalls auf Tankdruckniveau. Die beiden Sperrblöcke 34, 36 sind gesperrt, da die beiden Ventilkörper 122, 124 durch den jeweiligen Lastdruck und die Schließfedern 126, 128 gegen die zugeordneten Ventilsitze 130, 132 gedrückt sind.
Soll nun beispielsweise das Druckmittel über den Arbeitsanschluss A zum Verbraucher und von diesem über den Arbeitsanschluss B zurückströmen, so wird das Druckreduzierventil 12 bestromt. Der Steuerdruck, der sich proportional zur Bestromung des Druckreduzierventils einstellt, wird über den Ausgangsanschluss A des Druckreduzierventils 12, den Vorsteuerkanal 108 und die Mantelbohrungen 70 und - nach einer Axialverschiebung der Ventilschieber - 68 in den linken Kolbenraum 54 geführt. Der rechte Kolbenraum 52 ist - wie in der Neutralstellung - noch über das unbestromte Druckreduzierventil 14 zum Rücklauf R_X hin entlastet. Entsprechend liegt auch im rechten Vorsteuerkanal 106 der Tankdruck an. Der über das Druckreduzierventil 12 eingestellte Steuerdruck liegt auch am linken Eingang des inversen Wechselventil 32 an, während an dessen rechten Eingang über den Vorsteuerkanal 106 der Tankdruck anliegt - das inverse Wechselventil 32 ist somit zum Tankdruck hin geöffnet, so dass dieser in der Zentralsteuerkammer 92 wirkt.
Die beiden Ventilschieber 4, 6 werden durch den Druck auf die Steuerfläche 62 gemäß der Darstellung in Fig. 4 nach rechts verschoben, wobei sich das Kölbchen 58 weiter an der Federkappe 50 abstützt. Der Hub der Ventilschieber 4, 6 wird bestimmt durch den Durchmesser des Kölbchens 58, die Fläche der Steuerfläche 62, die Kraft der Zentrierfeder 8 und die Größe des vom Druckreduzierventil 12 eingestellten Steuerdrucks. Durch die Axialverschiebung nach rechts wird über die Zulaufsteuerkante 116 die Verbindung von der Zulaufkammer 82 zur Arbeitskammer 78 aufgesteuert, so dass das Druckmittel vom Ausgang der Druckwaage 20 in den Vorlaufkanal 94 einströmen kann. Der nun als Rückschlagventil wirkende Ventilkörper 124 wird von seinem Ventilsitz 132 abgehoben und der Druckmittelvolumenstrom zum Arbeitsanschluss A freigegeben. Die Kolbenfläche 144 des Aufstoßkolbens 140 ist dabei über die Zentralsteuerkammer 92 und das inverse Wechselventil 32 mit Tankdruck beaufschlagt. Über die weitere Steuerkante 158 des Ventilschiebers 4 wird die Verbindung der Steuerkammer 88 mit der druckentlasteten Zentralsteuerkammer 92 abgesperrt und über die Steuerkante 118 eine Verbindung mit der den Eingangssteuerdruck des Druckreduzierventils 12, 14 führenden Steuerdruckkammer 84 aufgesteuert, so dass die Kolbenfläche 42 des Aufstoßkolbens 138 mit dem hohen Eingangssteuerdruck des Druckreduzierventils 12 beaufschlagt ist. Der Aufstoßkolben 138 wird dadurch gemäß Fig. 4 nach rechts verschoben und hebt den Vorsteuerventilkörper 134 gegen die Kraft seiner Ventilfeder vom Vorsteuersitz ab, so dass der Druck im Federraum 150, der zuvor dem Lastdruck des Verbrauchers entsprach, abgebaut wird. Sobald dieser Druck im Federraum 150 soweit abgesunken ist, dass ein Kräftegleichgewicht vorliegt zwischen dem Druck im Federraum, der auf die federraumseitige Stirnfläche des Ventilkörpers 122 wirkt und dem Lastdruck, der auf die Differenzfläche wirkt, die aus dem Kolbendurchmesser des Ventilkörpers 122 und dem Durchmesser des Ventilsitzes 130 gebildet ist, folgt der Ventilkörper 122 dem Vorsteuerventilkörper 134 und das Druckmittel kann vom Verbraucher über den Arbeitsanschluss B, den Rücklaufkanal 96 und die durch die Tanksteuerkante 110 aufgesteuerte Verbindung zwischen der Arbeitskammer 76 und der Tankkammer 72 zum Rücklaufanschluss R2 abströmen. Der Druck, der an der Tanksteuerkante 110 und damit im Rücklaufkanal 96 anliegt, wirkt auf den Aufstoßkolben 138 zurück, so dass dieser zusammen mit dem Ventilkörper 130 des Sperrblocks 34 wie eine Ablaufdruckwaage wirkt, die den Ablaufdruck an der Tanksteuerkante 110 des Ventilschiebers 4 konstant hält, und damit bei ziehenden Lasten eine lastdruckunabhängige Ablaufsteuerung ermöglicht. Die beiden Mantelbohrungen 64, 66 öffnen sich während der Axialverschiebung des Ventilschiebers 4 hin zum Federraum der Zentrierfeder 8, in dem ebenfalls Tankdruck anliegt.
Zur Einstellung der weiteren Arbeitsstellungen, in denen das Druckmittel über den Arbeitsanschluss B zum Verbraucher und über den Arbeitsanschluss A vom Verbraucher abströmt, wird entsprechend durch Bestromung des Druckreduzierventils 14 eingestellt.
Zur Einstellung der Schwimmstellung, in der die beiden Arbeitsanschlüsse A, B beide mit dem Rücklaufanschluss R1/R2 verbunden sind und der Druckanschluss P abgesperrt ist, werden beide Druckreduzierventile 12, 14 bestromt, so dass an deren Ausgängen A der gleiche Ausgangssteuerdruck eingestellt wird. Dieser Ausgangssteuerdruck der beiden Druckreduzierventile 12, 14 liegt dann über die Vorsteuerkanäle 106, 108 auch an den beiden Eingängen des inversen Wechelventils 32 sowie an den Steuerflächen 60, 62 der Kolbenräume 52, 54 (siehe Fig. 2) an. Da an beiden Eingängen des inversen Wechselventils 32 der gleiche Ausgangssteuerdruck anliegt, wird auch die Zentralsteuerkammer 92 mit diesem Druck beaufschlagt. Da die an die Zentralsteuerkammer 92 angrenzenden Stirnflächen 44, 46 der Ventilschieber 4, 6 größer sind als die Steuerflächen 60, 62 der Kolbenräume 52, 54 (in Fig. 5 nur 52, 60 dargestellt) werden die beiden Ventilschieber 4, 6 gegen die Kraft der vergleichsweise schwachen Zentrierfedern 8, 10 auseinanderbewegt. Dabei wird über die Steuerkanten 118, 120 die Verbindung der Steuerkammern 88, 90 zu den Steuerdruckkammern 84, 86 aufgesteuert, so dass die Kolbenflächen 142, 144 der beiden Aufstoßkolben 138, 140 mit dem hohen Steuereingangsdruck am Steueranschluss P_X beaufschlagt sind. Beide Sperrventile 34, 35 werden - wie vorstehend im Zusammenhang in Fig. 4 - geöffnet und somit die beiden Arbeitsanschlüsse A, B über den Vorlaufkanal 94, den Rücklaufkanal 96, die beiden Arbeitskammern 76, 78, die Tanksteuerkanten 110, 112 und die außenliegenden Tankkammern 72, 74 mit den Rücklaufanschlüssen R1/R2 verbunden. Die Zulaufsteuerkanten 114, 116 sperren die Verbindung zum Zulaufkanal 98 und damit zum Ausgang der Druckwaage 20 ab - die Schwimmstellung ist eingestellt.
Wie des Weiteren Fig. 5 entnehmbar ist, öffnen die beiden Mantelbohrungen 64, 66 des Ventilschiebers 4 und 68, 70 des Ventilschiebers 6 die Verbindung zwischen dem Federraum der Zentrierfeder 8 bzw. 10 mit dem jeweiligen Kolbenraum 52, 54 (letzterer nicht dargestellt in Fig. 5), so dass die Steuerflächen 60, 62 (siehe Fig. 2) nicht mehr wie zuvor von dem über die Druckreduzierventile 12, 14 eingestellten Steuerdruck, sondern von dem in den Federräumen anliegenden Tankdruck beaufschlagt sind. Da die beiden Stirnflächen 44, 46 wesentlich größer als die Steuerflächen 60, 62 sind und diese druckentlastet werden, können die Druckreduzierventile 12, 14 auf einen wesentlich geringeren Ausgangsdruck eingestellt werden, um die Ventilschieber 4, 6 über längere Zeit gegen die Kraft der Zentrierfedern 8, 10 in ihrer Schwimmstellung zu halten.
Wie dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entnehmbar, kann die LS-Steueranordnung mit nur einem Sperrblock 34 ausgebildet werden, wobei die Kanalführung im Wesentlichen dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, mit der Ausnahme, dass nunmehr der Verbindungskanal 104, über den der Lastdruck abgegriffen wird nicht mehr zur Arbeitskammer 78 sondern zu einer Kammer 160 führt, die in der dargestellten Grundposition über die etwas länger als bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführte Verbindungsbohrung 156 mit der linken Tankkammer 74 verbunden ist. Bei der Axialverschiebung des Ventilschiebers 6 nach rechts wird dann über eine Zusatzsteuerkante 162 die Verbindung zur Steuerkammer 90 aufgesteuert, über die dann der Lastdruck am Arbeitsanschluss A in den Verbindungskanal 104 gemeldet wird. Das heißt, die Kammern am Ventilschieber 4, 6, die bei der Verwendung von Sperrblöcken zum Steuern des Aufstoßdruckes dienen, werden bei diesem Ausführungsbeispiel zum Abgriff des Lastdrucks verwendet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind entsprechend die beiden Ventilschieber 4, 6 nicht mehr identisch ausgebildet.
Prinzipiell können auch beide Sperrventile und die Individualdruckwaage entfallen.
Offenbart sind ein Wegeventil und eine LS-Steueranordnung, wobei des Wegeventil mit zwei koaxial zueinander angeordneten Ventilschiebern ausgeführt ist, deren benachbarte Stirnflächen größer als rückwärtige Steuerflächen ausgebildet sind und direkt miteinander in Anlage bringbar sind.

Bezugszeichenliste:

1: Ventilscheibe
2: Wegeventil
4: Ventilschieber
6: Ventilschieber
8: rechte Zentrierfeder
10: linke Zentrierfeder
12: Druckreduzierventil
14: Druckreduzierventil
16: Zumeßblende
18: Zumeßblende
20: Individualdruckwaage
22: Druckwaagenfeder
24: Wechselventil
26: LS-Kanal
28: weiteres Wechselventil
30: Zentraldruckkammer
32: inverses Wechselventil
34: Sperrblock
36: Sperrblock
38: Ablaufmessblende
40: Ablaufmessblende
42: Ventilbohrung
44: Stirnfläche
46: Stirnfläche
48: Federkappe
50: Federkappe
52: Kolbenraum
54: Kolbenraum
56: Kölbchen
58: Kölbchen
60: Steuerfläche
62: Steuerfläche
64: Mantelbohrung
66: Mantelbohrung
68: Mantelbohrung
70: Mantelbohrung
72: Tankkammer
74: Tankkammer
76: Arbeitskammer
78: Arbeitskammer
80: Zulaufkammer
82: Zulaufkammer
84: Steuerdruckkammer
86: Steuerdruckkammer
88: Steuerkammer
90: Steuerkammer
92: Zentralsteuerkammer
94: Vorlaufkanal
96: Rücklaufkanal
98: Zulaufkanal
100: Druckwaageneingangskammer
102: Federraum
104: Verbindungskanal
106: Vorsteuerkanal
108: Vorsteuerkanal
110: Tanksteuerkante
112: Tanksteuerkante
114: Zulaufsteuerkante
116: Zulaufsteuerkante
118: Steuerkante
120: Steuerkante
122: Ventilkörper
124: Ventilkörper
126: Schließfeder
128: Schließfeder
130: Ventilsitz
132: ventilsitz
134: Vorsteuerventilkörper
136: Vorsteuerventilkörper
138: Aufstoßkolben
140: Aufstoßkolben
142: Kolbenfläche
144: Kolbenfläche
146: Steuerkanalabschnitt
148: Steuerkanalabschnitt
150: Federraum
152: Federraum
154: verbindungsbohrung
156: Verbindungsbohrung
158: weitere Steuerkante
159: weitere Steuerkante
160: Kammer
162: Zusatzsteuerkante

Claims

Wegeventil mit zwei in einer Ventilbohrung (42) geführten, koaxial zueinander angeordneten Ventilschiebern (4, 6), die in einer Grundposition über eine Zentrierfederanordnung (8, 10) aufeinander zu gespannt sind, und die zum Einstellen einer bestimmten Schieberstellung aus der Grundposition, in der zwei benachbarte Stirnflächen (44, 46) der Ventilschieber (4, 6) ohne Zwischenschaltung von elastischen Abstützelementen aneinanderliegen oder zueinander benachbart sind, auseinanderbewegbar sind, und die zum Einstellen weiterer Arbeitspositionen gemeinsam verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (44, 46) zum Verschieben in die Schieberstellung mit einem gemeinsamen Steuerdruck beaufschlagbar sind, der auch auf von den Stirnflächen (44, 46) entfernte, mit geringerer Wirkfläche ausgeführte rückwärtige Steuerflächen (60, 62) der Ventilschieber (4, 6) wirkt.
Wegeventil nach Patentanspruch 1, wobei zur Bildung der Steuerflächen (60, 62) jeweils ein Endabschnitt der Ventilschieber (4, 6) radial zu einem Zapfen zurückgesetzt ist, der in eine mittelbar oder unmittelbar am Ventilgehäuse (48) abgestützte Kappe eintaucht, so dass durch Kappe und Zapfen ein Raum gebildet ist, der stirnseitig durch die Steuerfläche (60, 62) begrenzt ist.
Wegeventil nach Patentanspruch 1, wobei zur Bildung der Steuerflächen (60, 62) in den von den Stirnflächen (44, 46) entfernten Endabschnitten der Ventilschieber (4, 6) Kölbchen (56, 58) geführt sind, die jeweils mit einem Endabschnitt in einen Kolbenraum (52, 54) der Ventilschieber (4, 6) eintauchen und mit dem anderen Endabschnitt unmittelbar oder mittelbar am Ventilgehäuse (48) abgestützt sind.
Wegeventil nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei an jedem Endabschnitt der Ventilschieber (1, 2) eine in einem Federraum aufgenommene Zentrierfeder (8) angreift, wobei der Federraum mit Tankdruck beaufschlagt ist.
Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei jeder Kolbenraum (52, 54) oder vom Zapfen und Kappe begrenzter Raum über zumindest einen Manteldurchbruch (64, 66; 68, 70) oder Kanal mit dem Steuerdruck und nach einer Verschiebung mit Tankdruck beaufschlagbar ist.
Wegeventil nach Patentanspruch 5, wobei der Manteldurchbruch (64, 66; 68, 70) oder Kanal nach der Verschiebung den Kolbenraum (52, 54) bzw. Raum mit dem Federraum der zugeordneten Zentrierfeder (8, 10) verbindet.
Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in der Ventilbohrung (42) zwischen zwei mit einem Tankanschluss (R1, R2) verbundenen, axial außen liegenden Tankkammern (72, 74) zwei mit jeweils einem Arbeitsanschluss (A, B) verbundene Arbeitskammern (76, 78), zwei mit einem Druckanschluss (P) verbundene Zulaufkammern (80, 82), weitere Steuerkammern (84, 86; 88, 90) sowie eine etwa mittige, mit dem Steuerdruck beaufschlagbare Zentralsteuerkammer (92) ausgebildet sind.
Wegeventil nach Patentanspruch 7, wobei die Zentralsteuerkammer (92) in der bestimmten Schieberstellung über ein inverses Wechselventil (32) mit den Kolbenräumen (52, 54) der Ventilschieber (4, 6) verbunden ist.
Wegeventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit zwei als Druckreduzierventile (12, 14) ausgebildeten Vorsteuerventilen, über die die Steuerflächen (60, 62) mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind und die in ihrer Grundstellung die Steuerflächen (60, 62) mit Tankdruck verbinden.
LS-Steueranordnung zur Druckmittelversorgung eines an zwei Arbeitsanschlüssen (A, B) angeschlossenen Verbrauchers mit einem Wegeventil (2) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dem eine Individualdruckwaage (20) zugeordnet ist.
LS-Steueranordnung nach Patentanspruch 10, wobei zwischen Wegeventil (2) und zumindest einem der Arbeitsanschlüsse (A, B) ein Sperrblock (34, 36) angeordnet ist.