B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil zur Steuerung eines einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden doppelt wirkenden Arbeitszylinders, wobei das in Kolbenschieberbauweise ausgebildete Steuerventil vier externe Anschlüsse mit zugeordneten, im Ventilgehäuse ausgebildeten Ringkanälen, nämlich einen Pumpenanschluss P, einen Anschluss A für eine Zu- und Abfuhrleitung zum großen Hubraum des Arbeitszylinders, einen Anschluss B für eine Zu- und Abfuhrleitung zum kleinen Hubraum des Arbeitszylinders sowie einen zum Tank führenden Tankanschluss T, aufweist und die Anschlüsse durch einen längsverschiebbar angeordneten, mittels in diesem angeordneter Ausnehmungen ausgebildete Kolbenbunde aufweisenden Steuerkolben über entsprechende, über den Umfang der Kolbenbunde verlaufende Steuerkanten freigegeben beziehungsweise gesperrt werden, und wobei eine Einrichtung zur Rückspeisung des beim Ausfahren der Kolbenstange aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten und zum Anschluss B des Steuerventils geführten Fluides in den großen Hubraum des Arbeitszylinders vorgesehen ist. Ein Steuerventil mit den vorgenannten Merkmalen ist in der DE 30 00 260 C2 beschrieben. Die daraus bekannte Ausbildung des Steuerventils soll ein Verfahren des Kolbens des Arbeitszylinders mit Differentialwirkung, das heißt mit einer schnellen Kolbenbewegung, ermöglichen, indem eine Rückspeisung des beim Arbeitshub des Differentialzylinders, das heißt beim Ausfahren der Kolbenstange, aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluids in die vom Steuerventil zum großen Hubraum des Arbeitszylinders führende Leitung vorgesehen ist, so dass die Pumpe sowohl beim Arbeitshub des Arbeitszylinders als auch bei dessen Rückhub mit einem Einfahren der Kolbenstange jeweils nur die gleiche Fördermenge liefern muss. Da zusätzlich beim Rückhub des Arbeitszylinders die aus dem großen Hubraum verdrängte Fluidmenge größer ist als die beim Arbeitshub des Arbeitszylinders aus dem kleinen Hubraum verdrängte Fluidmenge sind bei dem aus der DE 30 00 260 C2 bekannten Steuerventil sechs externe Anschlüsse ausgebildet. Zusätzlich zu den Standard-Anschlüssen P, A, B, T eines Standard-Kolbenschieberventils ist an dem Gehäuse zunächst ein zweiter externer Anschluss A2 ausgebildet, der über eine zusätzliche ventilexterne Leitungsverbindung an die vom Anschluss A zum größeren Hubraum des Arbeitszylinders führende Zu- und Abfuhrleitung angeschlossen ist, um beim Arbeitshub des Arbeitszylinders die aus dem kleinen Hubraum verdrängte Flüssigkeit unter Umgehung der Pumpe rückspeisen zu können. Weiterhin ist ein zweiter externer Anschluss T2 vorgesehen, um den beim Rückhub des Arbeitszylinders aus dem großen Hubraum verdrängten Fluidstrom aufteilen und über das Steuerventil abführen zu können. Entsprechend weist das Steuerventil einen speziellen Steuerkolben mit drei Kolbenbunden auf, da zur Steuerung der j eweiligen Anschlussverbindungen mindestens fünf Steuerkanten erforderlich sind.

Mit dem bekannten Steuerventil ist der wesentliche Nachteil verbunden, dass das Steuerventil ein von der Standardausführung entsprechender Kolbenschieberventile abweichendes Lochbild mit sechs externen Anschlüssen aufweist, sowie ferner einen speziell dafür ausgebildeten Steuerkolben. Nachteilig ist weiterhin die außerhalb des Steuerventils zum Arbeitszylinder hin vorzusehende Leitungsverbindung. Insgesamt sind somit Herstellung und Montage des bekannten Steuerventils in Verbindung mit einem Differentialzylinder aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Steuerventil so auszugestalten, dass die Standard-Ausführung eines Ventilgehäuses mit lediglich vier externen Anschlüssen beibehalten werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass im Ventilgehäuse ein fünfter interner und bei einer zugeordneten Steuerstellung des Steuerkolbens mit dem Anschluss B verbundener Ringkanal V ausgebildet ist, der über eine im Ventilgehäuse ausgebildete interne Brücke mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum verbunden ist, und dass die die Verbindung der Anschlüsse A und T herstellende Ausnehmung im Steuerkolben mindestens doppelt so groß bemessen ist wie die in der betreffenden Steuerstellung des Ventilkolbens die Anschlüsse P und A beziehungsweise B sowie B und V verbindenden Ausnehmungen. Erfindungsgemäß erfolgt somit die Einspeisung des aus dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders verdrängten Fluids in den zum Anschluss A gehörigen Ringraum, damit hinter die zwischen den Anschlüssen P und A wirksame Steuerkante des Steuerkolbens. Somit herrscht im kleineren Hubraum des Arbeitszylinders im wesentlichen der gleiche Druck wie in dessen großem Hubraum.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass durch die Anordnung eines lediglich internen zusätzlichen Ringkanals ohne dessen Verbindung nach außen und die ebenfalls ventilinterne Verbindung dieses Ringkanals mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringkanal über die ventilinterne Brücke ein weiterer Gehäuseanschluss vermieden ist. Der Notwendigkeit einer über das Steuerventil beim Rückhub des Arbeitszylinders zum Tank zu führenden Fluidmenge wird durch die entsprechend groß bemessene Ausnehmung im Steuerkolben Rechnung getragen. Somit kann in vorteilhafter Weise das Standard-Lochbild eines üblichen Ventilgehäuses mit vier externen Anschlüssen verwendet werden, wobei gleichzeitig keine externen zusätzlichen Leitungsverbindungen zwischen dem Steuerventil und dem Arbeitszylinder beziehungsweise den dahin führenden Zu- und Abfuhrleitungen erforderlich sind. Weiterhin kann ein im wesentlichen standardmäßig ausgebildeter Steuerkolben mit zwei Kolbenbunden verwendet werden, bei dem lediglich eine äußere Ausnehmung eine entsprechend größere Abmessung erhalten muss. Ventilintern sind bei dem Ventilgehäuse lediglich der fünfte Ringkanal und die gehäuseinterne Brücke anzubringen. Insgesamt bedeuten insoweit die an einem Standardventil in Kolbenschieberbauweise vorzunehmenden Änderungen im Vergleich zu den im Stand der Technik beschriebenen Lösungen keinen erheblichen Mehraufwand.

Bei derartigen Steuerungen von Differentialzylindern tritt als zusätzliche Forderung auf, zumindest am Ende des Arbeitshubes bei ausgefahrener Kolbenstange die volle von der Pumpe zur Verfügung gestellte Kraft nicht mehr zum Bewegen des Kolbens, sondern als Haltekraft einzusetzen. Hierzu ist bei der in der DE 30 00 260 C2 beschriebenen Anordnung zusätzlich in die zwischen dem Anschluss A2 des Steuerventils und der zum größeren Hubraum des Arbeitszylinders führenden Zu- und Abfuhrleitung verlaufende Verbindungsleitung ein Wegeventil mit zwei Schaltstellungen eingeschaltet. Wenn sich die Kolbenstange in der ausgefahrenen Stellung befindet, schaltet das Wegeventil in eine Stellung um, in welcher die über das Steuerventil realisierte Rückspeisungs-Verbindung zwischen dem kleinen Hubraum und dem großen Hubraum des Arbeitszylinders unterbrochen und nunmehr der kleine Hubraum des Arbeitszylinders unmittelbar an den Tank angeschlossen ist. Bei einer solchen Schaltstellung des Wegeventils wirkt dem an der großen Fläche des Kolbens des Arbeitszylinders im großen Hubraum wirkenden Druck kein Druck in dem kleinen Hubraum des Arbeitszylinders mehr entgegen, so dass die Haltekraft gegenüber dem Zustand beim Ausfahren der Kolbenstange jedenfalls bei symmetrischer Ausbildung des Arbeitszylinders auf das Doppelte erhöht ist. Mit dieser bekannten Ausführung ist der Nachteil verbunden, dass das zusätzliche Wegeventil einen vermehrten Aufwand bei der entsprechenden Ausgestaltung der Steuerung insgesamt bedeutet, insbesondere auch deswegen, weil dieses Wegeventil auf die gleiche Nenngröße ausgelegt sein muss wie das der Hauptsteuerung des Arbeitszylinders dienende Steuerventil, soweit in dem angesprochenen Funktionsfall des Anschlusses des kleinen Hubraumes des Arbeitszylinders an den Tank der gleiche Durchlass an Fluid über das Wegeventil zu führen ist, wie dies für das Steuerventil gilt.

Hierzu ist es aus der WO 98/01677 wie auch der WO 98/01678 j eweils bekannt, das hydraulische Steuerventil zu modifizieren, indem ein weiterer siebter externer Anschluss vorgesehen und der Ventilkolben entsprechend mit sieben Steuerkanten ausgebildet ist. Gleichzeitig ist eine weitere externe Verbindungsleitung vorgesehen. Bei dieser Modifikation ist zwar das zusätzliche Wegeventil entfallen, jedoch zeichnet sich das modifizierte Steuerventil durch eine noch kompliziertere Ausgestaltung von Ventilgehäuse und Steuerkolben aus. Nachteilig ist weiterhin, dass der Zeitpunkt des Umschaltens zwischen der schnellen Kolbenbewegung und dem Aufbringen der vollen Haltekraft von der konstruktiven Auslegung des Steuerkolbens abhängig ist.

Insofern sieht die Erfindung in einer besonderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prinzips zur Beibehaltung von nur vier externen Anschlüssen vor, dass die vom fünften internen Ringkanal V wegführende gehäuseinterne Brücke sowohl an den zum Anschluss A gehörigen Ringraum als auch an den zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum angeschlossen ist, wobei in eine hierzu zwischen der gehäuseinternen Brücke und dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum ausgestaltete Verbindungsbohrung ein ventilinternes Rückschlagventil mit einer zum Anschluss A gerichteten Durchlassrichtung und in dem stromabwärts der von der gehäuseinternen Brücke abgehenden Verbindungsbohrung zu dem zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum führenden Abschnitt der gehäuseinternen Brücke ein extern ansteuerbares Sperrventil zum Öffnen und Schließen der Verbindung von V nach T angeordnet ist.

Bei dieser Ausgestaltung des Steuerventils ist nun einerseits weiterhin über den fünften Ringraum und die gehäuseinterne Brücke bei entsprechender Stellung des Steuerkolbens die der Rückspeisung bei schneller Kolbenfahrt dienende Verbindung der externen Anschlüsse B und A gegeben, wobei die Verbindung der ventilinternen Brücke zum Tankanschluss T über das ventilinterne Sperrventil gesperrt ist und das Rückschlagventil die Verbindung von B über V in Richtung nach A freigibt. Soll von schneller Kolbenfahrt auf die volle Haltekraft umgeschaltet werden, so ist, wie beim Stand der Technik auch, die Verbindung zwischen den Anschlüssen B und T zu öffnen, was durch die Umschaltung des ventilinternen Sperrventils von dessen Sperrstellung in dessen Offenstellung geschieht, so dass nun der Anschluss B über V unmittelbar in den zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum entlastet. Da die ventilinterne Brücke an den Ringraum von T angeschlossen ist, bleibt die Verbindung zum Tank von der Sperrung der Anschlüsse A und T durch den zugehörigen Kolbenbund des Ventilkolbens unberührt. Mit dieser Modifikation des Steuerventils ist über die Vermeidung ventilexterner zusätzlicher Leitungsverbindungen und/oder Steuerventile hinaus der besondere Vorteil verbunden, dass die Umschaltung von schneller Kolbenfahrt auf volle Haltekraft zu jedem Zeitpunkt, dass heißt in jeder Stellung des Kolbens des Arbeitszylinders möglich ist, weil es lediglich der von extern zu bewirkenden Ansteuerung des ventilinternen Sperrventils bedarf. Somit ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Steuerventils hinsichtlich des Zeitpunktes der vorgenannten Umschaltung von der Bauweise des Steuerventils unabhängig.

Vorzugsweise ist dabei das ventilinterne Sperrventil ein elektrisch ansteuerbares Sperrventil .

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein hydraulisches Steuerventil mit daran angeschlossenem Arbeitszylinder in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 das Steuerventil gemäß Figur 1 in einer anderen Ausführungsform mit einer Umschaltmöglichkeit von schneller Kolbenfahrt auf Erhöhung der Haltekraft,

Die vorstehende Zeichnung gibt lediglich die Ausgangsstellung für die nachstehende Funktionserläuterung ohne Rücksicht auf die maßstäbliche Ausführung des Steuerventils als Anhalt wieder, so dass die konstruktive Auslegung und Wahl der Abmessungen von dem Durchschnittsfachmann in Kenntnis der von der Erfindung gewollten Funktionszusammenhänge zu treffen ist.

Ein sich zunächst aus Figur 1 ergebender Arbeitszylinder 10 weist einen darin verschieblichen und beiderseits unterschiedliche Flächen aufweisenden Kolben 1 1 mit einer Kolbenstange 12 auf. Der Kolben 1 1 unterteilt den Arbeitszylinder 10 in einen großen Hubraum 13 und einen kleinen Hubraum 14. Jeder Hubraum 13 , 14 ist über eine an ihm angeschlossene Zu- und zugleich Abfuhrleitung 15 beziehungsweise 16 für das Fluid mit den Verbraucheranschlüssen eines Steuerventils 20 verbunden, wobei dem Steuerventil 20 weiterhin ein Tank 17 und eine Pumpe 18 zugeordnet sind. Insofern sind an dem Ventilgehäuse 21 des Steuerventils 20 vier Standard- Anschlüsse P, A, B, T ausgebildet, wobei der Anschluss P mit der Pumpe 18, der Anschluss A über die Zu- und Abfuhrleitung 15 mit dem großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 und der Anschluss B über die Zu- und Abfuhrleitung 16 mit dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Dem Tankanschluss T ist der Tank 17 zugeordnet. Im Inneren des Ventilgehäuses 21 sind den einzelnen, vorgenannten Gehäuseanschlüssen jeweils Ringräume zugeordnet, und zwar ein Ringraum 22 für den Anschluss P, ein Ringraum 23 für den Anschluss A, ein Ringraum 24 für den Anschluss B und ein Ringraum 25 für den Anschluss T.

In der zugeordneten Bohrung des Ventilgehäuses 21 des Steuerventils 20 ist ein Steuerkolben 26 verschiebbar, der zwei Kolbenbunde 27 aufweist, wobei zwischen den Kolbenbunden 27 und jeweils auf der Außenseite eines j eden Kolbenbundes 27 Ausnehmungen 28 bzw. 28a ausgefräst sind. In der schematisch dargestellten Mittelstellung des Steuerkolbens 26 in Figur 1 sperren die beiden Kolbenbunde 27 die Verbraucheranschlüsse A und B ab.

Zur Herbeiführung der Steuerbewegungen des Steuerkolbens 26 sind an den beiden Enden des Steuerkolbens 26 in dem Ventilgehäuse 21 jeweils Steuerräume 46 ausgebildet, die über im Ventilgehäuse 21 ausgebildete Vorsteuerleitungen 47 mit einer an dem Steuerventil 20 angeschlossenen, nicht dargestellten Vorsteuerung in Verbindung stehen. In den Steuerräumen 46 sind Federn 45 angeordnet, die den Steuerkolben 26 bei einem in den Steuerräumen 46 herrschenden Druck von null bar in seiner Mittenstellung fixieren. An dem einen Ende des Steuerkolbens 26 ist ein Wegmesssystem 48 angeschlossen. Durch Einleitung von entsprechendem Steueröl in einen der beiden Steuerräume 46 kann der Steuerkolben 26 in dem Ventilgehäuse 21 in beiden Richtungen j eweils verschoben werden, so dass die an dem Steuerkolben 26 ausgebildeten Kolbenbunde 27 über die dazwischen liegenden Ausnehmungen 28 bzw. 28a jeweils die Gehäuseanschlüsse P, A, B, T im Hinblick auf die gewünschte Ventilfunktion verbinden. Um eine Rückspeisung des bei dem Arbeitshub des Arbeitszylinders 10, dass heißt bei dem Ausfahren der Kolbenstange 12 aus dem Arbeitszylinder 10, aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängten Fluids unter Umgehung der Pumpe in den großen Hubraum 13 des Arbeitszylinders 10 durchführen zu können, ist in dem Ventilgehäuse 21 dem Anschluss B benachbart ein zusätzlicher, fünfter Ringkanal V ausgebildet, der über eine im Ventilgehäuse 21 ausgebildete interne Brücke 30 mit dem dem Anschluss A zugehörigen Ringraum 23 verbunden ist.

Mit dieser Ausgestaltung wird ermöglicht, dass in einer nach links versetzten Stellung des Steuerkolbens 26, in welcher eine Verbindung zwischen dem Anschluss P und dem Anschluss A hergestellt und der Tankanschluss T durch den linken Kolbenbund 27 blockiert ist, gleichzeitig die Verbindung zwischen P und B durch den rechten Kolbenbund 27 gesperrt ist, während die Verbindung von B nach V geöffnet ist. In dieser Stellung kann das aus dem kleinen Hubraum 14 verdrängte Fluid über die Zu- und Abfuhrleitung 16, den Anschluss B, den Ringkanal V und die interne Brücke 30 zu dem dem Anschluss A gehörigen Ringraum 23 hinzutreten, so dass hier der von der Pumpe P gelieferte Volumenstrom um die Rückspeisung aus dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 erhöht wird. Somit ist ein Schnellgang des Kolbens 1 1 im Arbeitszylinder 10 gegeben.

Zum Rückhub des Kolbens 1 1 im Arbeitszylinder 10 wird der Steuerkolben 26 gegenüber der in Figur 1 dargestellten Stellung nach Rechts versetzt, so dass die Verbindung von P nach B geöffnet und gleichzeitig die Verbindung von B nach V durch den rechten Ringbund 27 gesperrt ist. Da gleichzeitig die Verbindung von P nach A durch den linken Ringbund 27 gesperrt ist, fördert die Pumpe 18 nun über die Verbindung P - B in den kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 und sorgt für ein Verfahren des Kolbens 1 1 nach links. Gleichzeitig ist in der nach rechts versetzten Stellung des Steuerkolbens 26 die Verbindung von A nach T durch die linke äußere Ausnehmung 28 im Steuerkolben 26 freigegeben, so dass das beim Rückhub des Kolbens 1 1 aus dem großen Hubraum 13 verdrängte Fluid über die Zu- und Abfuhrleitung 15 , den Anschluss A, die Ausnehmung 28 und den Anschluss T zum Tank 17 abfließen kann. Soweit hierbei die doppelte Fluidmenge über das Steuerventil zu führen ist, weist die die Verbindung von A nach T öffnende Ausnehmung 28 mindestens die doppelte Größe der anderen, an dem Steuerkolben 26 ausgebildeten Ausnehmungen 28a auf.

In Figur 2 ist eine Weiterbildung des vorstehend zu Figur 1 beschriebenen Steuerventils dargestellt, bei welchem nun eine Umschaltmöglichkeit von dem sogenannten Eilgang des Arbeitszylinders mit schnellerer Ausschubbewegung der Kolbenstange 12 auf einen Zustand mit hoher Haltekraft möglich ist. Wie im Stand der Technik grundsätzlich vorgegeben, muss dabei der kleine Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 durch die Umschaltung zum Tank 17 hin entlastet werden, damit im kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 kein Druck mehr ansteht. Hierzu ist das in Figur 1 dargestellte Steuerventil 20 dahingehend weitergebildet, dass die interne Brücke 30 in Richtung des zum Tankanschluss T gehörigen Ringraumes 25 weitergeführt ist und davon abgehend eine Verbindungsbohrung 40 zu dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum 23 angeordnet ist. Insofern weist die interne Brücke 30 einen stromabwärts der Verbindungsbohrung 40 gelegenen und zu dem zum Tankanschluss T gehörigen Ringraum 25 führenden Abschnitt 41 auf. Dabei ist in die Verbindungsbohrung 40 im Inneren des Ventilgehäuses 21 ein Rückschlagventil 42 eingeschaltet, welches eine zum Anschluss A hin gerichtete Durchlassrichtung aufweist. Ferner ist in den zwischen der Verbindungsbohrung 40 und dem Ringraum 25 des Anschlusses T gelegenen Abschnitt 41 ein vorzugsweise elektrisch betätigbares Sperrventil 43 eingeschaltet, mittels dessen die von dem Ringkanal V herkommende Verbindung zum Anschluss T absperrbar beziehungsweise offenbar ist.

In der sogenannten Eilgangsschaltung also beim schnellen Vorfahren des Kolbens 1 1 in dem Arbeitszylinder 10 mit Ausschub der Kolbenstange 12 befindet sich das Sperrventil 43 in der Sperrstellung, so dass das aus dem kleinen Hubraum 14 des Arbeitszylinders 10 verdrängte Fluid vom Anschluss B über V, die weiterführende interne Brücke 30 und die davon abgehende Verbindungsbohrung 40 mit dem zum Anschluss A gehörigen Ringraum 23 verbunden ist, wobei in dieser Fließrichtung sich das Rückschlagventil 42 jeweils öffnet. Soll nun auf die volle Haltekraft im Arbeitszylinder 10 umgeschaltet und insofern eine Verbindung des kleinen Hubraums 14 zum Tank 17 hergestellt werden, so wird das Sperrventil 43 in die Offen-Stellung geschaltet, so dass der Verbindungsweg von dem kleinen Hubraum 14 über den Anschluss B, den Ringkanal V, die interne Brücke 30 mit Abschnitt 41 zu dem dem Anschluss T zugeordneten Ringraum 25 freigegeben ist. In dieser Stellung sperrt das Rückschlagventil 42 den Weg vom unter Pumpendruck stehenden Ringkanal 23 in Richtung der internen Brücke 30 mit Abschnitt 41 , so dass hier eine Entlastung des dem Anschluss A zugehörigen Ringraums 23 zum Tankanschluss T nicht möglich ist.