EP2620657B1

EP2620657B1 - Ventilanordnung für eine mobile Arbeitsmaschine

Info

Publication number: EP2620657B1
Application number: EP13150234.6A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Kauss; Guillaume Fremiot
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2033-01-04
Also published as: DE102012001562A1; CN103225632B; EP2620657A2; EP2620657A3; CN103225632A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen Verbraucher einer mobilen Arbeitsmaschine mit einer Regenerationsstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem Anwendungsbeispiel wird über eine derartige Ventilanordnung ein Differenzialzylinder eines Stiels eines Baggers versorgt. Über eine Druckbeaufschlagung einer Kolbenbodenseite des Differenzialzylinders in einer Arbeitsstellung der Ventilanordnung erfolgt eine Absenkbewegung des Stiels mit einer Schaufel und damit eine Grabbewegung. Über eine Umkehrstellung der Ventilanordnung erfolgt eine Druckbeaufschlagung einer Ringflächenseite des Differenzialzylinders und damit ein Anheben des Stiels.
Bei ziehender bzw. vorauseilender Last am Stiel durch dessen Gewichtskraft wird über eine Regenerationsstellung der Ventilanordnung Öl von der Ringflächenseite des Differenzialzylinders direkt zur Kolbenflächenseite gefördert, damit die Pumpe weniger Öl liefern muss. Der entsprechende Förderdruck wird von der Last am Kolben erzeugt. In der Arbeitsstellung (graben) mit gleicher Bewegungsrichtung wird das Öl von der Ringflächenseite in den Tank abgeleitet.
Die Druckschriften DE 10 2009 021 831 A1 und JP 2002-061605 A zeigen eine Ventilanordnung, bei der zur Regeneration ein gesonderter Regenerationsschieber vorgesehen ist. Dieser bewirkt die Umschaltung zwischen Arbeits- und Regenerationsstellung selbsttätig und zwar abhängig vom Druck auf der Kolbenflächenseite. Der Regerationsschieber verstellt eine kontinuierlich veränderliche Drosselstelle, so dass ein weicher Übergang zwischen Arbeits- und Regenerationsstellung gegeben ist.
Die DE 10 2006 002 920 A1 offenbart eine Ventilanordnung, bei der die Arbeits- und die Regenerationsstellung gesonderte Schaltstellungen eines einzigen Steuerschiebers sind, die von außen aktiv geschaltet werden müssen.
Die KR 2010 0044941 A offenbart eine Ventilanordnung mit einem Regenerationsventil.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Ventilanordnung zu schaffen, bei der die Umschaltung zwischen Regenerations- und Arbeitsstellung selbsttätig und weich erfolgt. Dabei sollen Schwingungen des Regenerationsschiebers, insbesondere in der Arbeitsstellung, vermieden werden.
Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung geschaffen werden, die Vorteile bezüglich der Nachrüstbarkeit des Regenerationsventils und hinsichtlich der Optimierung des zur Verfügung stehenden Bauraums bietet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung für eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung hat ein Zumess- bzw. Steuerventil, über das ein regenerierbarer Anschluss und ein weiterer Anschluss eines Verbrauchers - z.B. Arbeitszylinder oder Motor - einer mobilen Arbeitsmaschine versorgbar sind. Es ist ein erfindungsgemäß gesondertes Regenerationsventil mit nur zwei Schaltstellungen (ganz offen; ganz geschlossen) vorgesehen, über das Druckmittel vom regenerierbaren Anschluss in einen Tank ableitbar ist. Oberhalb einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen ist das Regenerationsventil offen und im Übrigen geschlossen. Ein Hauptschieber bzw. Steuerschieber des Steuerventils weist eine gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung auf. Der Steuerschieber hat also keine entlang eines Verschiebeweges des Steuerschiebers von der Regenerationsstellung beabstandete Arbeitsstellung. Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung erfolgt die Umschaltung zwischen Regenerations- und Arbeitsstellung weich und selbsttätig. Dabei werden Schwingungen des Steuerschiebers durch seine gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung vermieden.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung hat Vorteile bezüglich der Nachrüstbarkeit des Regenerationsventils und hinsichtlich der Optimierung des zur Verfügung stehenden Bauraums.
Die mobile Arbeitsmaschine, deren Verbraucher an die erfindungsgemäße Ventilanordnung angeschlossen ist, kann ein Baggerlader oder ein Kompaktbagger oder ein Minibagger oder ein Teleskoplader sein. Bei diesen Maschinen ist eine Regeneration der begrenzten Energiereserven besonders vorteilhaft.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist der Steuerschieber im Steuerventil - vorzugsweise hydraulisch - kontinuierlich verstellbar. Damit kann ein Bediener der mobilen Arbeitsmaschine den Verbraucher stufenlos steuern. Dadurch ergibt sich ein Bereich an einem Verschiebeweg des Steuerschiebers entlang seiner Längsachse mit einer Vielzahl von Arbeitsstellungen und damit gemeinsamen Regenerationsstellungen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Regerationsventil ein entsperrbares Rückschlagventil, das mit einem vom weiteren Anschluss abgegriffenen in Öffnungsrichtung wirkenden Steuerdruck direkt angesteuert ist. Damit ist sicher gestellt, dass im Regenerationsbetrieb das Rückschlagventil geschlossen bleibt und über das Rückschlagventil kein vom regenerierbaren Anschluss zurückströmendes Druckmittel zum Tank abfließen kann. Somit strömt das gesamte vom regenerierbaren Anschluss zurückströmende Druckmittel zum Steuerventil zur Regeneration. Sobald sich die am Verbraucher ziehende Kraft in ein eine Gegenkraft ändert, also ein Richtungswechsel der äußeren Kraft am Verbraucher erfolgt, wird der Arbeitsbetrieb erkannt und das Rückschlagventil öffnet. Somit kann das vom regenerierbaren Anschluss zurückströmendes Druckmittel über das Rückschlagventil mit minimalem Widerstand zum Tank abfließen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Rückschlagventils weist dessen Schließfeder geringe Federsteifigkeit auf, so dass sich praktisch keine Zwischenstellung einstellen kann.
Bei einem ersten und zweiten Anwendungsbeispiel ist der Verbraucher, der von der erfindungsgemäßen Ventilanordnung versorgbar ist, ein Differenzialzylinder.
Dabei kann gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel - z.B. bei einem Stielzylinder eines Baggers - der Ringraum des Differenzialzylinders mit dem regenerierbaren Anschluss verbunden sein.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Regenerationsventil eine Öffnungsfläche und einer Schießfläche hat, wobei die Schließfläche kleiner als die Öffnungsfläche ist. Vorzugsweise entspricht das Verhältnis Schließfläche / Öffnungsfläche etwa dem Verhältnis Ringfläche / Bodenfläche eines Kolbens des Differenzialzylinders.
Gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel - z.B. bei einem Auslegerzylinder eines Baggers - kann der Bodenraum des Differenzialzylinders mit dem regenerierbaren Anschluss verbunden sein.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Regenerationsventil eine Öffnungsfläche und einer Schließfläche hat, wobei die Schließfläche größer als die Öffnungsfläche ist. Vorzugsweise entspricht das Verhältnis Öffnungsfläche / Schließfläche etwa dem Verhältnis Ringfläche / Bodenfläche eines Kolbens des Differenzialzylinders.
Bei einem dritten Anwendungsbeispiel ist der Verbraucher, der von der erfindungsgemäßen Ventilanordnung versorgbar ist, ein Gleichgangzylinder.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Regenerationsventil eine etwa gleich große Öffnungsfläche und Schließfläche hat.
Die Offnungsfläche und die Schließfläche können bei allen Anwendungsbeispielen an zwei verschiedenen Ventilkörpern (z.B. Schließkörper und Öffnungskolben) des Regenerationsventils angeordnet sein, die in Anlage zueinander bringbar sind.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäß Ventilanordnung ist in der bzw. in den gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellung(en) eine Regerationsleitung aufgesteuert, in der ein vom regenerierbaren zum weiteren Anschluss öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist.
In oder an der Regerationsleitung kann eine einstellbare Drossel angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Drossel über den Verschiebeweg bzw. die Stellung des Steuerschiebers im Steuerventil einstellbar.
Je nach Anwendungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn über die gemeinsame(n) Regenerations- und Arbeitsstellung(en) des Steuerschiebers der regenerierbare Anschluss über einen gedrosselten Ablauf mit dem Tank verbunden ist. Dieser gedrosselte Ablauf ist bei einer Regeneration gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel (z.B. Auslegerzylinder) wichtig, um das überschüssige Volumen abzuführen. Der gedrosselte Ablauf kann bei einer Regeneration gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel (z.B. Stielzylinder) Druckmittel abführen, das nicht regeneriert werden soll.
Bei einem vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsbeispiel ist der gedrosselte Ablauf oder seine Drossel am Steuerschieber des Steuerventils ausgebildet.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (mit zwei Anwendungsbeispielen) detailliert beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung mit einem ersten Anwendungsbeispiel in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 das Regenerationsventil der Ventilanordnung gemäß Figur 1 in einer geschnittenen Darstellung;
Figur 3 das Steuerventil der Ventilanordnung gemäß Figur 1 in einer geschnittenen Darstellung;
Figur 4 das Steuerventil gemäß Figur 3 im Regenerationsbetrieb mit dem ersten und mit einem zweiten Anwendungsbeispiel; und
Figur 5 das Steuerventil gemäß Figur 3 im Arbeitsbetrieb mit dem ersten und dem zweiten Anwendungsbeispiel.

Figur 1 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Steuerventil 1 und einem gesonderten, als entsperrbares Absperr- bzw. Rückschlagventil 2 ausgebildetes Regenerationsventil. Die Ventilanordnung 1, 2 ist über einen Pumpenanschluss P an eine Verstellpumpe 4 und über einen Tankanschluss T an einen Tank 6 angeschlossen. Die Ventilanordnung 1, 2 dient (gemäß der in Figur 1 gezeigten ersten Anwendungsbeispiel) zur Versorgung eines Differenzialzylinders 8 und ist dazu über einen regenerierbaren Anschluss C2 an einen Ringraum 10 und über einen weiteren Anschluss C1 an einen Bodenraum 12 des Differenzialzylinders 8 angeschlossen. Der Differenzialzylinder 8 dient (bei dem in Figur 1 gezeigten Anwendungsbeispiel) zur Betätigung eines (nicht gezeigten) Stiels eines Baggers. Eine Druckbeaufschlagung des Bodenraums 12 führt zu einer Absenkung des Stiels und einer (ebenfalls nicht gezeigten) Schaufel. Diese Funktion wird insbesondere zum Graben benutzt. Eine Druckbeaufschlagung bzw. Versorgung des Ringraums 10 führ zu einem Anheben des Stiels und der Schaufel. Zur entsprechenden Ansteuerung und Dosierung eines Druckmittelstroms von der Verstellpumpe 4 zum jeweiligen Anschluss C1 oder C2 dient das Steuerventil 1, das als kontinuierlich verstellbares 4/3-Wegeventil ausgebildet ist. In der (in Figur 1 gezeigten) federvorgespannten Grundstellung 0 eines Steuerschiebers 14 sind die Anschlüsse A, B abgesperrt. In einer Arbeitsstellung a, die gleichzeitig eine Regenerationsstellung ist, wird der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B verbunden und damit der weitere Anschluss C1 und damit der Bodenraum 12 mit Druckmittel beaufschlagt. In einer weiteren Arbeitsstellung b wird der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A verbunden und damit der Anschluss C2 und damit der Ringraum 10 mit Druckmittel beaufschlagt.
In der gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellung a des Steuerschiebers 14 ist eine Druckmittelverbindung vom Anschluss A zum Anschluss B vorgesehen, über die die Regeneration erfolgt. In dieser Druckmittelverbindung ist ein vom Anschluss A zum Anschluss B öffnendes Rückschlagventil 16 und eine Drossel 18 vorgesehen, deren Öffnungsquerschnitt über die Position bzw. Stellung des Steuerschiebers 14 einstellbar ist.
Das entsperrbare Rückschlagventil 2 hat einen Ventilkörper 20 und einen Tankanschluss T, wobei in einem Normal- bzw. Arbeitsbetrieb der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1, 2 eine Verbindung vom Anschluss C2 zum Tankanschluss T geöffnet ist, während im Regenerationsbetrieb die Verbindung vom Anschluss C2 zum Tankanschluss T durch den Ventilkörper 20 abgesperrt ist. Für diese Funktion hat das Rückschlagventil 2 eine Steuerleitung 22, die an einem den weiteren Anschluss C1 mit einem Anschluss V1 des Rückschlagventils 2 verbindenden Arbeitsleitungsabschnitt 24 angeschlossen ist.
Figur 2 zeigt den konstruktiven Aufbau des als entsperrbares Rückschlagventil 2 ausgebildeten Regenerationsventils der Ventilanordnung gemäß Figur 1. Es hat einen Zulauf, der an den regenerierbaren Anschluss C2 angeschlossen ist, und einen Ablauf bzw. Tankanschluss T. Weiterhin verbindet das Rückschlagventil 2 den weiteren Anschluss C1 und den Anschluss V1, zwischen denen der Arbeitsleitungsabschnitt 24 ausgebildet ist. Durch diesen strömt je nach Einstellung des Steuerventils 1 (vgl. Figur 1) Druckmittel von diesem zum Bodenraum 12 des Differenzialzylinders 8 (vgl. Figur 1) oder umgekehrt. Das Rückschlagventil 2 hat eine Buchse 26, die in ein Gehäuse 28 eingeschraubt ist, und in der der Ventilkörper 20 durch eine Schließfeder 30 in eine Schließrichtung vorgespannt ist. In der in Figur 2 dargestellten geschlossenen Position des Ventilkörpers 20 ist eine Verbindung vom regenerierbaren Anschluss C2 zum Tankanschluss T abgesperrt, so dass eine Regeneration des aus dem Ringraum 10 verdrängten Druckmittels über das Hauptventil 1 möglich ist. Ebenfalls in Schließrichtung des Ventilkörpers 20 wirkt der am regenerierbaren Anschluss C2 herrschende Druck. Dem entgegen in eine Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 20 wirkt der am weiteren Anschluss C1 herrschende Druck. Dazu ist ein in Öffnungsrichtung wirkender Steuerdruckraum 31 über die Steuerleitung 22 und über den Arbeitsleitungsabschnitt 24 an den weiteren Anschluss C1 angeschlossen. Der Steuerdruckraum 31 wird von einer Öffnungsfläche 33 eines Öffnungskolbens 32 begrenzt, der in Anlage mit dem Ventilkörper 20 gebracht werden kann und dann in Abhängigkeit des Arbeitsdrucks am weiteren Anschluss C1 den Ventilkörper 20 mit einer Öffnungskraft beaufschlagt.
Figur 3 zeigt das Steuerventil 1 der Ventilanordnung gemäß Figur 1 in einer geschnittenen Darstellung. Sein Steuerschieber 14 ist (wie in Figur 1) in einer mittleren Grundstellung 0 gezeigt, in der die beiden Arbeitsanschlüsse A, B, der Pumpenanschluss P und der Tankanschluss T abgesperrt sind. Das Steuerventil hat (in Figur 3 von links nach rechts) entlang einer Längsachse 34 folgende Druckräume:

ein erster Tankdruckraum 36;
ein mit dem Arbeitsanschluss A verbundener Druckraum 38;
ein erster mit einem Brückenkanal 40 verbundener Brücken-Druckraum 42;
ein mit dem Pumpenanschluss P verbindbarer Zumess-Druckraum 44;
ein mit dem Pumpenanschluss verbundener Pumpen-Druckraum 46;
ein zweiter mit dem Brückenkanal 40 verbundener Brücken-Druckraum 48;
ein mit dem Arbeitsanschluss B verbundener Druckraum 50; und
ein zweiter Tank-Druckraum 52.

Der Brückenkanal 40 verbindet den Zumess-Druckraum 44 über ein Lasthalteventil 54 mit den beiden Brücken-Druckräumen 42, 48. Im Inneren des Steuerschiebers 14 ist das Rückschlagventil 16 (vgl. Figur 1) angeordnet. Dieses hat zumindest eine erste Radialbohrung 58 und zumindest eine zweite Radialbohrung 62. Das Rückschlagventil 16 öffnet bei einer Durchströmung von der ersten Radialbohrung 58 zur zweiten Radialbohrung 62, während es umgekehrt bei einer überwiegenden Druckbeaufschlagung über die zweite Radialbohrung 62 schließt. Dazu ist ein Ventilkörper bzw. Schaltkolben 60 des Rückschlagventils 16 in einer Längsbohrung des Steuerschiebers 14 beweglich angeordnet und durch eine Schließfeder 64 in der (in Figur 3 gezeigten) Schließstellung vorgespannt. Der Schaltkolben 60 hat einen radial zurückgestuften Abschnitt wodurch mit der Längsbohrung ein Ringraum 66 gebildet ist, der stets mit der ersten Radialbohrung 58 verbunden ist. An dem radial zurückgestuften Bereich des Schaltkolbens 60 ist weiterhin ein dichtender Abschnitt 68 befestigt, der in der (in Figur 3 gezeigten) Schließstellung des Schaltkolbens 60 eine Verbindung von der zweiten Radialbohrung 62 zur Radialbohrung 58 absperrt. Bei einer Bewegung des Schaltkolbens 60 mit dem dichtenden Abschnitt 68 (in Figur 3) nach rechts gegen die Kraft der Schließfeder 64 wird die Verbindung von ersten Radialbohrung 58 zur zweiten Radialbohrung 62 geöffnet. Der Schaltkolben 60 des Rückschlagventils 16 ist über eine Längsbohrung 63 und über eine radiale Druckmeldebohrung 65 vom Druck am Arbeitsanschluss B beaufschlagbar. Diese Beaufschlagung erfolgt, wenn die Druckmeldebohrung 65 mit dem Druckraum 50 in Verbindung gebracht wird. Dies geschieht durch einen Verstellung des Steuerschiebers 14 (in Figur 3) nach links in die gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung a. In dieser Stellung a, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, schließt das Rückschlagventil 16, wenn die Drücke an den Arbeitsanschlüssen A und B etwa gleich sind.
Die einstellbare Drossel 18 (vgl. Figur 1) ist durch die zweite Radialbohrung 62 und eine am ersten Brücken-Druckraum 42 angeordnete Steuerkante 70 gebildet.
Um den Arbeitsanschluss A mit dem Pumpenanschluss P und den Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T zu verbinden, wird der Steuerschieber 14 in Figur 3 nach rechts in die Arbeitsstellung b (vgl. Figur 1) verschoben. Dadurch wird eine Verbindung vom Pumpenanschluss P über den Pumpendruckraum 46, über eine Zumessblende 56b, den Zumess-Druckraum 44, das Lasthalteventil 54, einen Abschnitt des Brückenkanals 40, den ersten Brücken-Druckraum 42, und den Druckraum 38 zum Arbeitsanschluss A hergestellt.
Die in Figur 1 gezeigte gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung a des Steuerventils 1 wird durch eine Verschiebung seines Steuerschiebers 14 (in Figur 3 nach links) erreicht.
Figur 4 zeigt das Steuerventil 1 der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1, 2 gemäß Figur 3 im Regenerationsbetrieb. Dieser wird mit der (in Figur 4 gezeigten) gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellung a des Steuerschiebers 14 erreicht. Dazu sind in Figur 4 das erste Anwendungsbeispiel mit dem Differenzialzylinder 8 und ein zweites Anwendungsbeispiel mit einem Differenzialzylinder 108 dargestellt. Beim ersten Anwendungsbeispiel wird aus dem Ringraum 10 des Differenzialzylinders 8 Druckmittel zur Regeneration über den regenerierbaren Anschluss C2 zum Arbeitsanschluss A verdrängt, während beim zweiten Anwendungsbeispiel Druckmittel aus einem Bodenraum 112 des Differenzialzylinders 108 über den regenerierbaren Anschluss C2 zum Arbeitsanschluss A verdrängt wird.
Bei beiden Anwendungsbeispielen strömt das Druckmittel über die erste Radialbohrung 58, in den im Innern des Steuerschiebers 14 angeordneten Ringraum 66. Das Druckmittel strömt weiter über das geöffnete Rückschlagventil 16, über die einstellbare Drossel 18 und über den Brückenkanal 40 zum Anschluss B. Dabei kann beim ersten Anwendungsbeispiel mit dem Differenzialzylinder 8 das gesamte aus seinem Ringraum 4 verdrängte Druckmittel regeneriert werden. Dem entgegen kann beim zweiten Anwendungsbeispiel mit dem Differenzialzylinder 108 nicht das gesamte Druckmittel des Bodenraums 112 regeneriert werden, da der Ringraum 110 nicht die entsprechende Druckmittelmenge aufnehmen kann. Daher ist zwischen dem Druckraum 38 und dem ersten Tank-Druckraum 36 ein gedrosselter Ablauf ST zum Tank T vorgesehen. Dieser hat eine durch eine am Steuerschieber 14 gebildete Nut. Der gedrosselte Ablauf ST dient zur Ableitung zumindest des überschüssigen aus dem Bodenraum 112 verdrängten Druckmittels.
Wenn in der in Figur 4 gezeigten Stellung der Druck am regenerierbaren Anschluss C2 abnimmt beziehungsweise wenn in der in Figur 4 gezeigten Stellung der Druck am Anschluss C1 zunimmt, und insbesondere wenn etwa ausgewogene Druckverhältnisse am Rückschlagventil 16 herrschen, dann schließt das Rückschlagventil 16 über seine Schließfeder 64. Damit wird die Regeneration beendet.
Figur 5 zeigt das Steuerventil 1 der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1, 2 gemäß Figur 3 im Normal- bzw. Arbeitsbetrieb. Dieser wird ebenfalls durch die in Figur 4 gezeigte Regenerations- und Arbeitsstellung a des Steuerschiebers 14 erreicht. Dabei strömt das Druckmittel vom Pumpendruckraum 46, über den Zumess-Druckraum 44, über den (in Figur 5) rechten Abschnitt des Brückenkanals 40 und über den Druckraum 50 zum Arbeitsanschluss B. Das dabei von der Verstellpumpe 4 (vgl. Figur 1) geförderte Druckmittel beaufschlagt weiterhin über den (in Figur 5) linken Abschnitt des Brückenkanals 40 und über die Drossel 18 das im Innern des Steuerschiebers 14 gebildete Rückschlagventil 16, wodurch dieses geschlossen ist.
Das Wegeventil bzw. Steuerventil 1 ist mit einem Regerations-Steuerschieber 14 ausgerüstet. Der Querschnitt des gedrosselten Ablaufs ST dient zur Druckentlastung im Augenblick der Lastumkehr. Das hydraulisch gesteuerte Sperr- bzw. Rückschlagventil 2 ist beim ersten Anwendungsbeispiel mit dem regenerierbaren Ringraum 10 zwischen der Stangenseite bzw. dem Ringraum 10 und der Bodenseite bzw. dem Bodenraum 12 des Differenzialzylinders 8 angeordnet. Solange die Last der Ausrüstung an der Stange des Differenzialzylinders 8 zieht, bleibt das Sperr- bzw. Rückschlagventil 2 geschlossen. Sobald sich die am Differenzialzylinder 8 angreifende Zugkraft in eine Druckkraft umkehrt und der Druck auf der Bodenseite größer wird als auf der Stangenseite, öffnet das Rückschlagventil 2 die Stangenseite zum Tank T und die Druckkraft des Zylinderbodens steht als Arbeitskraft zur Verfügung.
Ein Umschalter ist in den Steuerschieber 14 des Steuerventils 1 integriert. In Neutralstellung 0 des Steuerschiebers 14 ist des der darin aufgenommene Schaltkolben 60 nicht mit dem Pumpenanschluss P und den Arbeitsanschlüssen A, B verbunden, er hat also keinen Einfluss auf die innere Leckage, da er den geschlossenen Steuerkanten nachgeschaltet ist.
In Figur 4 mit dem ersten Anwendungsbeispiel steht der Steuerschieber 14 in der Stellung "Zylinder Ausfahren" a und am Differenzialzylinder 8 wirkt bedingt durch das Gewicht der Ausrüstung eine ziehende Last. Der stangenseitige Druck ergibt sich also aus der ziehenden Last plus den um das Flächenverhältnis erhöhten Bodendruck. Damit ist der im Anschluss A herrschende Druck höher als der Druck im Anschluss B. Der Schaltkolben 60 wird also gegen die Schließfeder 64 in der dargestellten Position gehalten und der gesamte von der Stangenseite verdrängte Volumenstrom wird auf die Bodenseite des Differenzialzylinders 8 geleitet. Für die gleiche Stellgeschwindigkeit wird weniger Volumenstrom von der Verstellpumpe 4 benötigt.
In Figur 5 mit dem ersten Anwendungsbeispiel ist eine Grabposition gezeigt, bei der der Bodenwiderstand steigt und die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsanschlüssen A, B sinkt. Die kleinere Druckdifferenz führt zu einer Verringerung des Volumenstroms vom Arbeitsanschluss A zum Arbeitsanschluss B, die Bewegung wird umso langsamer je größer der Grabwiderstand wird. Erreicht die Druckdifferenz den durch die Schließfeder 64 vorgegebenen Wert, verschiebt sie den Schaltkolben 60. In dieser zweiten Stellung des Schaltkolbens 60 wird die Regenerationsverbindung vom Arbeitsanschluss A zum Arbeitsanschluss B unterbrochen und die Stangenseite wird mit Tank T verbunden, d. h., auf der Stangenseite wird kein Gegendruck mehr erzeugt und der Differenzialzylinder 8 kann mit maximaler Leistung gegen den Bodenwiderstand ausfahren.
Der Ausleger des Kompaktbaggers, das Hubgerüst des Laders und der Ausleger des Teleskopladers werden von Druckzylindern gemäß dem in Figur 4 gezeigten zweiten Anwendungsbeispiel betätigt. Beim Senken bzw. Einfahren des Differenzialzylinders 108 wird mehr Öl auf der Bodenseite verdrängt als die Stangenseite aufnehmen kann. Auch in diesem Fall kann die erfindungsgemäße Regenerationsschaltung angewandt werden, um nahezu ohne hydraulische Pumpenleistung zu senken. Der überschüssige Volumenstrom, welcher dem Stangenvolumen entspricht, wird über Steuerkerben des gedrosselten Ablaufs ST vom Druckraum 38 über den ersten Tank-Druckraum 36 zum Tank 6 gesteuert.
Mit Bezug zur Figur 5 erreicht beim Absenken des Differenzialzylinders 108 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel der Arbeitsausrüstung der Boden und die äußere Last stützt sich nicht mehr auf dem Differenzialzylinder 108 sondern auf dem Boden ab. Da der Druckunterschied bedingt durch die äußere Last verschwindet, unterbricht der federbelastete Schaltkolben 60 die Verbindung von A nach B und verbindet den bodenseitigen Arbeitsanschluss A mit Tank 6. Ein begrenzter Volumenstrom vom Pumpenanschluss P über die Zumessblende D zum Arbeitsanschluss B bewirkt eine Umkehrung der äußeren Last, die Arbeitsausrüstung drückt auf den Boden und die Maschine kann angehoben werden.
Abweichend von dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel kann beim ersten Anwendungsbeispiel, bei dem der Ringraum 10 des Differenzialzylinders 8 mit dem regenerierbaren Anschluss C2 verbunden ist, der im Steuerschieber 14 vorgesehene gedrosselte Ablauf ST zum Tank 6 entfallen. Statt dem gedrosselten Ablauf ST kann bei der gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellung a des Steuerschiebers 14 eine Absperrung des Rücklaufs vom Anschluss A zum Tankanschluss T des Steuerventils 1 vorgesehen sein. Somit wird bei der Regeneration das gesamte Druckmittel aus dem Ringraum 10 über das Steuerventil 1 in den Bodenraum 12 geführt.
Statt dem in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Lasthalteventil 54 kann in dem Brückenkanal 40 eine Druckwaage nach dem Prinzip der lastunabhängigen Durchflussverteilung (LUDV) vorgesehen sein.
Offenbart ist eine Ventilanordnung für eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Zumess- bzw. Steuerventil, über das ein regenerierbarer Anschluss und ein weiterer Anschluss eines Verbrauchers - z.B. Arbeitszylinder oder Motor - der mobilen Arbeitsmaschine versorgbar sind. Es ist ein gesondertes Regenerationsventil mit nur zwei Schaltstellungen (ganz offen; ganz geschlossen) vorgesehen, über das Druckmittel vom regenerierbaren Anschluss in einen Tank ableitbar ist. Oberhalb einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen ist das Regenerationsventil offen und im Übrigen geschlossen. Ein Haupt- bzw. Steuerschieber des Steuerventils weist eine gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung auf. Der Steuerschieber hat also keine entlang eines Verschiebeweges des Steuerschiebers von der Regenerationsstellung beabstandete Arbeitsstellung, so dass kein aktives Umschalten zwischen Arbeitsbetrieb und Regernationsbetrieb nötig ist.

Bezugszeichenliste

1: Steuerventil
2: Rückschlagventil
4: Verstellpumpe
6: Tank
8; 108: Differenzialzylinder
10; 110: Ringraum
12; 112: Bodenraum
14: Steuerschieber
16: Rückschlagventil
18: Drossel
20: Ventilkörper
22: Steuerleitung
24: Arbeitsleitungsabschnitt
26: Buchse
28: Gehäuse
30: Schließfeder
31: Steuerdruckraum
32: Öffnungskolben
33: Öffnungsfläche
34: Längsachse
36: erster Tank-Druckraum
38: Druckraum
40: Brückenkanal
42: erster Brücken-Druckraum
44: Zumess-Druckraum
46: Pumpen-Druckraum
48: zweiter Brücken-Druckraum
50: Druckraum
52: zweiter Tank-Druckraum
54: Lasthalteventil
56a, 56b: Zumessblende
58: erste Radialbohrung
60: Schaltkolben
62: zweite Radialbohrung
63: Längsbohrung
64: Schließfeder
65: Druckmeldebohrung
66: Ringraum
68: dichtender Abschnitt
70: Steuerkante

ST: gedrosselter Ablauf
C1: weiterer Anschluss
C2: regenerierbarer Anschluss
V1: Anschluss
A: Arbeitsanschluss
B: Arbeitsanschluss
D: Zumessblende
P: Pumpenanschluss
T: Tankanschluss
0: Grundstellung
a: Regenerations- und Arbeitsstellung
b: Arbeitsstellung

Claims

Ventilanordnung (1, 2) für eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Steuerventil (1) und einem Regenerationsventil (2); wobei über das Steuerventil (1) ein regenerierbarer Anschluss (C2) und ein weiterer Anschluss (C1) eines Verbrauchers (8; 108) versorgbar sind, wobei das Regenerationsventil (2) mit nur zwei Schaltstellungen vorgesehen ist, über das Druckmittel vom regenerierbaren Anschluss (C2) in einen Tank (6) ableitbar ist, und wobei das Regenerationsventil (2) oberhalb einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen (C1, C2) offen und im Übrigen geschlossen ist, und wobei ein Steuerschieber (14) des Steuerventils (1) eine gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung (a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regenerationsventil (2) als ein vom Steuerventil (1) gesondertes Ventil mit einem separaten Gehäuse (28) ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (28) des Regenerationsventils (2) über Druckmittelleitungen mit einem Gehäuse des Steuerventils (1) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei der Steuerschieber (14) im Steuerventil (1) kontinuierlich verstellbar ist, und wobei ein Bereich an einem Verschiebeweg des Steuerschiebers (14) mit gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellungen (a) gebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Regerationsventil ein entsperrbares Rückschlagventil (2) ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 3, wobei das Rückschlagventil (2) mit einem von dem weiteren Anschluss (C1) abgegriffenen in Öffnungsrichtung wirkenden Steuerdruck direkt angesteuert ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Rückschlagventil (2) eine Schließfeder (30) mit geringer Federsteifigkeit aufweist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher ein Differenzialzylinder (8) ist, dessen Ringraum (10) mit dem regenerierbaren Anschluss (C2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 6, wobei das Regenerationsventil (2) eine Öffnungsfläche (33) und einer Schießfläche hat, und wobei die Schließfläche kleiner als die Öffnungsfläche ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Verbraucher ein Differenzialzylinder (108) ist, dessen Bodenraum (112) mit dem regenerierbaren Anschluss (C2) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 8, wobei das Regenerationsventil (2) eine Öffnungsfläche und einer Schießfläche hat, und wobei die Schließfläche größer als die Öffnungsfläche ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Verbraucher ein Gleichgangzylinder ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 10, wobei das Regenerationsventil (2) eine Öffnungsfläche und einer Schießfläche hat, die etwa gleich groß sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der gemeinsamen Regenerations- und Arbeitsstellung (a) eine Regerationsleitung aufgesteuert ist, in der ein vom regenerierbaren Anschluss (C2) zum weiteren Anschluss (C1) öffnendes Rückschlagventil (16) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 12, wobei in oder an der Regerationsleitung eine einstellbare Drossel (18) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 13, wobei die Regerationsleitung mit dem Rückschlagventil (16) im Steuerschieber (14) ausgebildet ist, und wobei die einstellbare Drossel (18) zwischen dem Steuerschieber (14) und dem Gehäuse des Steuerventils (1) gebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der gemeinsame Regenerations- und Arbeitsstellung (a) der regenerierbare Anschluss (C2) über einen gedrosselten Ablauf (ST) mit dem Tank (6) verbunden ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 15, wobei der gedrosselte Ablauf (ST) am Steuerschieber (14) des Steuerventils (1) ausgebildet ist.