Hydraulikventil

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil, bei dem zur Implementierung einer 3/3-Wege-Ventilfunktion zwei 2/2-Wege-Ventile vorgesehen sind, und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.

Die 3-Stellungsfunktion ist bei derartigen Ventilen durch die Umschaltbarkeit der beiden 2/2-Wege-Ventile implementiert, derart, dass sie gemeinsam in ihre Sperrstellung steuerbar sind, wodurch sich diejenige Funktionsstellung des Ventils insgesamt ergibt, in der sämtliche Anschlüsse, nämlich in der Regel zwei Versorgungsanschlüsse und ein gemeinsamer Verbraucheran- Schluss, gegeneinander abgesperrt sind, dass jedoch jeweils nur eines der beiden 2/2-Wege-Ventile in seine Durchflussstellung steuerbar ist, so dass mit diesen - alternativ eingenommenen - Durchflussstellungen der Komponenten-Ventile auch die alternativen Durchflussstellungen des Gesamtventils verknüpft sind.

Hydraulikventile dieser Art, auch solche mit anderer Multiplizität der schaltbaren Wege und möglichen und insoweit auch anderen Funktionsstellungen, werden vielfach als Schieberventile mit in zylindrischen Gehäusebohrungen verschiebbaren, abschnittsweise kolbenförmigen Ventilkörpem realisiert, wobei die Wege-Schaltfunktionen bzw. die Freigabe und Absperrung von Durchflusspfaden durch positive und negative überdeckungen von gehäuse- seitigen Steuerkanten mit kolbenseitigen Steuerkanten bedingt sind.

Bezogen auf eine "Null"-überdeckung, in der die den schaltbaren Wegen zugeordneten - kreisförmigen - gehäuseseitigen Steuerkanten und die kolbenseitigen Steuerkanten paarweise in einer senkrecht zur zentralen Achse eines Ventils verlaufenden gemeinsamen Ebene liegen, ist mit positiver Cl-

berdeckung die jeweilige Sperrstellung verknüpft, die mehr oder weniger großem axialem Abstand der kolbenseitigen Steuerkante und der gehäuse- seitigen Steuerkante entspricht, während negative überdeckung die Durchflussstellung bedeutet, in der ein mehr oder weniger großer lichter Abstand der kolbenseitigen Steuerkante von der gehäuseseitigen Steuerkante gegeben ist, der die Weite des Ringspaltes bestimmt, über den Hydraulikflüssigkeit zwischen den Steuerkanten hindurchströmen kann.

Werden bei solchen Ventilen die Positionen der Nullüberdeckung von ge- häuseseitigen und kolbenseitigen Steuerkanten zur Markierung der Funktionsstellungen herangezogen, so ist es praktisch unvermeidlich, dass in den jeweiligen Sperrstellungen erhebliche Leckölströme und mit solchen verknüpfte Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Werden andererseits im Sinne einer wirksamen Sperrfunktion den Sperrstellungen Positionen positiver überlappung von gehäuseseitigen und kolbenseitigen Steuerkanten zugeordnet, so müssen entsprechend erhöhte Unscharfen der Kolbenpositionen und hiermit sinnfällig verknüpfte Nachteile, z. B. hinsichtlich eines hohen Aufwandes der Ansteuerung von Positionieran- trieben in Kauf genommen werden.

Andererseits ist es unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer guten Dichtwirkung bei gleichwohl weitgehender Vermeidung von Positionsun- schärfen in den jeweiligen Funktionsstellungen auch bekannt (CH-PS 368 031), ein Ventil der eingangs genannten Art mit Hilfe von Sitzventilen zu realisieren, die in ihrer Sperrstellung hermetisch dicht sind. Hierbei hat das eine der beiden Sitzventile einen gehäusefesten, ringförmigen Ventilsitz und als Dichtkörper eine radial äußere Ringrippe einer der Grundform nach rohrförmigen Hülse, die in Bohrungsabschnitten einer zentralen Gehäusebohrung druckdicht gleitfähig verschiebbar ist; das andere - innere - Sitzventil hat in einem zu dem ersten Sitzventil analogen Aufbau als Ventilsitz eine in einem zentralen Bereich der rohrförmigen Hülse, die gleichsam

das Gehäuse dieses Ventils bildet, radial nach innen ragende innere Ringrippe und als Dichtungskörper eine radial nach außen ragende Ringrippe eines der Grundform nach stangenförmigen Ventilkörperelements, das in den einander abgewandten Endabschnitten der Hülse druckdicht gleitfähig verschiebbar angeordnet ist.

Dieses innere Sitzventil wird durch eine vorgespannte Ventilfeder, die sich an einem Ventilkörper festen Stützring, einerseits, abstützt und andererseits an dem hülsenförmigen Ventilkörperelement angreift, in die Sperrstellung gedrängt.

Das Ventil ist im übrigen so ausgeführt, dass die beiden Sitzventile in der Neutralstellung der Hülse und des Ventilkörpers, in die diese Ventilelemente durch die Ventilfeder bzw. diese und eine zusätzliche Rückstellfeder als Grundstellung gedrängt werden, d. h. das Ventil so gestaltet ist, dass die Aktivierung einer seiner beiden Prüfungsstellungen eine aktive Betätigung des Ventils - Ausübung einer gerichteten Betätigungskraft - erfordert. Wird eine solche nicht ausgeübt, geht das bekannte Ventil selbsttätig in seine Sperrstellung über, unabhängig davon, in welcher Konfiguration sich ein mit- tels des Ventils gesteuerter Hydroantrieb, z. B. ein hydraulischer Linearzylinder befindet.

Die zur Ventilbetätigung erforderliche Auslenkung eines Ventilkörpers oder Ventilkörperverbundes gegen Rückstellkräfte ist, wie auch immer eine dies- bezüglich geeignete „mechanische" Betätigungseinrichtung realisiert sein mag, zwangsläufig mit einer Hysteresie oder einem Spiel verbunden, mit dem eine Positionsungenauigkeit des mittels des Ventils gesteuerten Hydromotor verknüpft ist, sei es durch Fertigungstoleranzen oder Stick-Slip- Effekte, die eine exakte Korrelation der Positionen des Ventilkolbens und z. B. des Kolbens eines gesteuerten Hydromotors verhindern bzw. Positionsfehler bedingen, die innerhalb eines Streubereiches variieren können, d. h. die durch die Konstruktion der Ventilelemente als Sitzventile bedingte enge

Positionstoleranz der Schließstellung nicht zu einer entsprechenden Genauigkeit der Positionen im übrigen voll genutzt werden kann.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein 3/3-Wege-Ventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Genauigkeit einer mit Hilfe des Ventils implementierbaren Positionssteuerung der Genauigkeit entspricht, mit der die Schließposition eines Ventils reproduzierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 entsprechende Gestaltung des Ventils und hiernach vorgegebene Art seiner Betätigung gelöst.

Hierdurch wird das äußere Sitzventil durch die Vorspannung einer Rückstellfeder, die sich an der Innenseite eines rechtwinkelig zur zentralen Achse des Ventilgehäuses verlaufenden Bodenteils eines Gehäuseabschlussteils abstützt und an einem diesem Bodenteil gegenüber liegenden Stirnseite des hülsenförmigen Ventilkörperelements angreift, gleichsam in öffnungsrichtung vorgespannt, wobei die Rückstellfeder und die Ventilfeder dahingehend ausgelegt und aufeinander abgestimmt sind, dass in den möglichen Positio- nen der Ventilkörperelemente die Federspannung der einseitig am Gehäuse abgestützten Rückstellfeder signifikant niedriger ist als die Federspannung der zwischen den beweglichen Ventilkörperelementen angreifenden Ventilfeder, jedoch groß genug, um den Ventilkörperverbund in öffnungsrichtung des durch diesen und das Gehäuse gebildeten Sitzventils zu verschieben, wenn eine Betätigungskraft, die an dem zentralen Ventilkörperelement angreift, in hinreichendem Maße zurückgenommen wird, was durch Rückzug eines Betätigungselements erfolgt, das axial an dem zentralen stangenför- migen Ventilkörperelement des durch dieses und das hülsenförmige Ventilkörperelement gebildeten Ventilkörperverbundes angreift.

Zur Verschiebebetätigung des die Ansteuerung des Hydraulikventils vermittelnden Betätigungselements ist eine elektrisch ansteuerbare Antriebseinheit

vorgesehen, mittels derer das Betätigungselement in Betätigungsrichtung relativ zu einem Träger bewegbar ist, der mit den Arbeitsbewegungen eines mittels des Hydraulikventils gesteuerten Hydromotors, z. B. eines Linearzylinders, korrelierte Rückmeldebewegungen ausführt, die den Stellauslenkun- gen des Betätigungselements entgegengesetzt gerichtet sind

Hierdurch ist das erfindungsgemäße Hydraulikventil in der Art eines Regelventils betreibbar, das mit elektronischer Positions-Sollwertvorgabe und mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung arbeitet. Es stellt in dieser Gestal- tung für eine große Zahl von Einsatzfällen eine preiswerte Alternative zu bekannten Typen von Nachlaufregelventilen der genannten Art dar.

Das erfindungsgemäße Hydraulikventil vermittelt aufgrund seiner eingehend erläuterten baulichen und funktionellen Eigenschaften den Vorteil der abso- luten Dichtigkeit in der Sperrstellung, welche die möglichen alternativen Durchflusszustände "scharf gegeneinander absetzt. Die Präzision der Markierung der Sperrstellung entspricht derjenigen der Nullüberdeckung von Steuerkanten eines Schieberventils, die der Sperrstellung die Verlaufsebene der Steuerkanten zuordnet, d. h. eine wohl definierte Ebene, die mit keinerlei Positionsunschärfe behaftet ist. Diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Ventils ermöglicht die Realisierung desselben mit weitestgehend hysteresefreien Kraft-Weg-Kennlinien und erlaubt die Nutzung günstig hoher Werte der Kraftverstärkung mittels des erfindungsgemäßen Ventils gesteuerter Antriebe.

Hierbei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn, wie gemäß Anspruch 2 vorgesehen, ein schaltbares Getriebe vorgesehen ist, mittels dessen definierte Werte des (übersetzungs-) Verhältnisses der Arbeitshübe zu den Stellhüben des Betätigungselements des Ventils vorgebbar sind; es sind re- lativ große Werte des übersetzungsverhältnisses nutzbar, da die Sperrstellung innerhalb sehr enger Toleranzen exakt vorgegeben werden kann.

Für eine überwiegende Zahl von Einsatzfällen ist es jedoch ausreichend, wenn ein Träger, an dem eine Antriebseinheit der Betätigungseinrichtung des Ventils fest anmontiert ist, seinerseits fest mit der Kolbenstange eines als Leistungsantrieb vorgesehenen linearen Hydrozylinders verbunden ist.

Durch die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind konstruktiv einfache Maßnahmen zur Implementierung des Ventils mit für einen Einsatz in Regelungseinrichtungen günstigen Proportionalitätseigenschaften angegeben.

Mit speziellem Bezug hierauf sind durch die Merkmale des Anspruchs 6 günstige Werte von Kegelwinkeln angegeben, bei deren Wahl innerhalb relativ weit ausgedehnter Einstellhübe eine gute - näherungsweise - Proportionalität zwischen Ventilkörperverstellhub und Durchflussmenge von Hydraulikmedium gegeben ist.

Durch die Merkmale der Ansprüche 7 bis 9 sind alternativ oder in Kombination einsetzbare Gestaltungen von Dichtrippen der Ventilkörperelemente und der ihnen am Ventilgehäuse bzw. an einem der Ventilkörperelemente zugeordneten Anlageflächen angegeben, die zu einer guten Dichtwirkung im sperrenden Zustand des Ventils führen und auch für eine gute Annäherung des öffnungsverhaltens des Ventils an einem proportionalen Zusammenhang zwischen öffnungsquerschnitt und Ventilkörperhub günstig sind.

Durch die Merkmale des Anspruchs 10 wird erreicht, dass im Falle einer Druckbeaufschlagung eines Ventilkörperelements beidseits der einander abgewandten Ventilkörperflächen des beweglichen Ventilkörperelements, die Kräfte, die auf den Ventilkörper ausgeübt werden, ausgeglichen sind.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Hydraulikventils ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig.1 ein Funktionsschema eines hydraulischen Linearantriebes mit einem mittels eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils gesteuerten Differenzialzylinder, das Ventil im Schnitt in einer seine zentrale Längsachse und die zentralen Achsen von Versorgungsan- Schlüssen enthaltenden Ebene,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Linearantriebes gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 3 das Hydraulikventil gemäß Fig. 1 in einer dem Ausfahren der Kolbenstange des Differenzialzylinders zugeordneten Konfiguration, in einer der Fig. 1 entsprechenden, jedoch vergrößerten Schnittdarstellung.

Das in den Fig. 1 und 2 jeweils insgesamt mit 10 bezeichnete - erfindungsgemäße - Hydraulikventil ist in der zur Erläuterung gewählten Gestaltung als 3/3-Wege-Ventil ausgebildet, dessen Aufbau und Funktion anhand seines Einsatzes zur Steuerung alternativer Bewegungsphasen - Vorschub und Rückzug - sowie des Stillstandes eines als doppelt wirkender Linearzylinder 11 vorausgesetzten hydraulischen Verbrauches erläutert wird. Ein derartiger Linearzylinder kann z. B. zum Antrieb einer Presse oder als Vorschubantrieb für ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine eingesetzt sein.

Der Linearzylinder 11 ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Differen- zialzylinder mit einseitig aus dem Zylindergehäuse 12 austretender Kolbenstange 13 vorausgesetzt, bei dem der Zylinderkolben 14 die bewegliche Abgrenzung eines bodenseitigen Druckraumes 16 gegen einen stangenseitigen Druckraum 17 bildet, den die Kolbenstange 13 axial durchsetzt. Der Betrag F1 der Kreisfläche des Kolbens 14, die dem im bodenseitigen Druckraum 16 des Zylinders 11 herrschenden Druck ausgesetzt ist, und der Betrag F ₂ der Kreisringfläche 19 auf der der Zylinderkolben 14 dem im stangenseitigen

Druckraum 17 herrschenden Druck ausgesetzt ist, stehen im Verhältnis 2/1 zueinander.

Das Hydraulikventil 10 hat eine mit dem Stillstand des Zylinderkolbens 14 verknüpfte Sperrstellung 0 (Fig. 2), in der sämtliche Weg-Anschlüsse des Ventils, nämlich sein P-Versorgungsanschluss 21 und der Tankrücklaufan- schluss 22 sowie der A-Verbraucheranschluss 23 gegeneinander abgesperrt sind, so dass der hohe Ausgangsdruck des insgesamt mit 24 bezeichneten Druckversorgungsaggregats dessen Druckausgang 26 an den P-Versorgungsanschluss 21 des Ventils 10 angeschlossen ist, sowohl gegen den Verbraucheranschluss 23 des Ventils als auch gegen dessen Tankan- schluss 22 abgesperrt ist, gleichwohl - bei dem zur Erläuterung dargestellten Ausführungsbeispiel - in den stangenseitigen Druckraum 17 des Linearzylinders 11 angekoppelt ist.

Aus dieser Sperrstellung des Ventils 10 ist dieses in alternative Durchflussstellungen umschaltbar, nämlich zum einen in die Funktionsstellung (Fig. 2), in der der Verbraucheranschluss 23 des Ventils 10, der an den bodenseiti- gen Druckraum 16 des Hydrozylinders 11 angeschlossen ist, mit dem P-Versorgungsanschluss 21 des Ventils 10, d. h. mit dem Hochdruckausgang 26 des Druckversorgungsaggregats 24 kommunizierend verbunden ist und gegen den Tankrücklaufanschluss 22 abgesperrt ist, und zum anderen in die Funktionsstellung II, in welcher der Verbraucheranschluss 23 des Ventils 10 gegen den Hochdruckversorgungsanschluss 21 abgesperrt, dafür je- doch mit dem Tankrücklaufanschluss 22 des Ventils 10 verbunden und daher der bodenseitige Druckraum 16 des Hydrozylinders 11 zum Tank 27 des Druckversorgungsaggregats 24 hin druckentlastet ist.

In dieser Funktionsstellung Il des Hydraulikventils 10 wird die Kolbenstange 13 des Hydrozylinders 11 eingefahren, d. h. der Kolben 14 des Hydrozylinders 11 bewegt sich gemäß der Darstellung der Fig. 1 auf den Gehäusebo-

den 27 des Gehäuses 12 zu, gemäß der Darstellung der Fig. 1 in Richtung des Pfeils 28 nach links.

In der Funktionsstellung I des Hydraulikventils 10 wird die Kolbenstange 13 des Hydrozylinders 11 ausgefahren, d. h. in Richtung des Pfeils 29 der Fig. 1 "nach rechts" bewegt.

Das 3/3-Wege-Ventil 10 gelangt durch "axiale" Verschiebung von Ventilkör- perelementen 31 und/oder 32 eines insgesamt mit 33 bezeichneten Ventil- körperverbundes in alternativen Richtungen, die durch die Richtungspfeile 34, 36 repräsentiert sind, innerhalb des Ventilgehäuses 37 in die alternativen Funktionsstellungen I und Il und - selbsttätig - in seine Sperrstellung 0, nach dem eine zur Bewegungssteuerung des Zylinderkolbens 14 erfolgte Verschiebung der Ventilkörperelemente 31 und 32 in einer vorgegebenen SoII- position derselben beendet worden ist.

Zur Implementierung dieser funktionellen Eigenschaften des 3/3-Wege- Ventils 10 ist dieses mehr im einzelnen wie folgt aufgebaut:

In einem zentralen Gehäuseblock 41 , der äußerlich die Grundform eines Quaders hat, ist eine durchgehende, sich zwischen ebenen Stirnflächen 42 und 43 erstreckende, insgesamt mit 44 bezeichnete zentrale Bohrung vorgesehen, in der das äußere, hülsenförmige Ventilkörperelement 32 mit Abschnitten seiner äußeren Zylindermantelfläche druckdicht verschiebbar an- geordnet ist.

Die zentrale Bohrung 44 hat einen Mittelabschnitt 44/1 , der sich zwischen einer zentralen Ringnut 46 und einer äußeren Ringnut 47 erstreckt, auf die - nach außen hin - ein äußerer Bohrungsabschnitt 44/2 folgt, der denselben Durchmesser hat wie der Mittelabschnitt 44/1 der zentralen Bohrung 44.

Die Bohrungsabschnitte 44/1 und 44/2 bilden Gleitdichtflächen für das hül- senförmige Ventilkörperelement 32, an denen dieses mit seiner äußeren Zylindermantelfläche gleitfähig unmittelbar anliegt, wobei hier die Dichtwirkung durch die Präzision der Anpassung der Bohrung und des hülsenförmigen Kolbenelements aneinander erzielt ist, derart, dass Dichtringe oder andere Dichtkörper nicht vorgesehen werden müssen.

An diese äußere Bohrungsstufe 44/2 schließt über eine radiale Gehäusestufe 48 eine in axialer Richtung nur wenig ausgedehnte, äußere Endstufe 44/3 der zentralen Bohrung 44 an. Von dieser äußeren Bohrungsendstufe 44/3 ist ein Endabschnitt des zylindrischen Mantels 49 eines topfförmigen Gehäuseabschlussteils 51 aufgenommen, dessen Boden 52 die gehäusefeste Ab- stützungsstelle für eine unter Vorspannung gehaltene Ventilrückstellfeder 53 bildet, die sich über einen ringförmigen Ventilteller 54 an der ringförmigen äußeren Endstirnfläche 56 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 axial abstützt.

Das topfförmige Gehäuseteil 51 ist innerhalb der erweiterten Bohrungsendstufe 44/3 des Gehäuseblocks 37 mittels einer Ringdichtung 57 gegen die- sen äußeren Bohrungsendabschnitt 44/3 abgedichtet. Der Durchmesser des topfförmigen Gehäuseabschlussteils 51 ist um 10% bis 25% größer als der Außendurchmesser des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32, das mit seinem Endabschnitt, an dem die Ventilfeder 53 angreift, in das Gehäuseabschlussteil 51 hineinragt.

Der zentrale Bohrungsmittelabschnitt 44/1 und der äußere Bohrungsabschnitt 44/2, gegen die das hülsenförmige Ventilkörperelement 32 gleitfähig abgedichtet ist, sind durch die Ringnut 47 gegeneinander abgesetzt, in die ein radialer Anschlusskanal 58 mündet, der den ventilseitigen P-Versor- gungsanschluss 21 bildet, der mit dem Hochdruckausgang 26 der Pumpe des Druckversorgungsaggregats 24 verbunden ist.

Auch in den gehäuseseitig durch die zentrale Ringnut 46 begrenzten Ringraum mündet ein radialer Anschlusskanal 61 , der den Verbraucheranschluss 23 des Ventils 10 bildet.

Die zentrale Ringnut 46 ist an der dem P-Ringraum 47 abgewandten Seite durch eine Zwischenwand 62 (Fig. 3) des Gehäuses 37 gegen einen weiteren, äußeren Ringraum 63 abgesetzt, der über einen Anschlusskanal 64 des Gehäuses 37 mit den drucklosen T-Verbraucheranschluss 22 des Ventils 10 bzw. des Druckversorgungsaggregats 24 verbunden ist.

Dieser T-Anschlussraum 63 ist gehäuseseitig radial durch eine äußere Bohrungsendstufe 44/4 begrenzt, die wiederum von einer radialen Schulter 66 der Zwischenwand 62 des Gehäuses ausgeht und sich bis zur gegenüberliegenden Endstirnfläche 43 des Gehäuses 37 erstreckt.

Auch dieser Gehäuseringraum 63 ist durch ein im wesentlichen zylindrisch- topfförmiges Gehäuseabschlussteil 67, das gleichsam eine axiale Verlängerung des T-Ringraumes 63 bildet, nach außen flüssigkeitsdicht abgeschlossen, wobei jedoch durch eine zentrale öffnung des Bodens 68 dieses Ge- häuseteils 67 eine stangenförmige Verlängerung 69 des insgesamt zylind- risch-stabförmigen Ventilkörperelements 31 hindurchtritt, an dem ein Betätigungselement 71 zur Verschiebung des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 angreift.

Der lichte Innendurchmesser dieses äußeren Gehäuseabschlussteils 67 entspricht demjenigen des anderen topfförmigen Gehäuseabschlussteils 51 , das an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuseblocks 37 angeordnet ist. Auch der Durchmesser der äußeren Bohrungsstufe 44/4, die einen Teil des betätigungsseitigen Gehäuseabschlussteils aufnimmt, hat denselben Betrag wie derjenige der gegenüberliegenden Bohrungsstufe 44/3 des Gehäuseblocks 37.

Die in der Fig. 1 dargestellte Funktionsstellung des 3/3-Wege-Ventils 10 ist dessen Sperrstellung 0, in der sowohl der P-Ringraum, der durch die Ringnut 47 berandet ist, als auch der T-Ringraum 63 des Ventils 10 gegen dessen Verbraucheranschluss, d. h. den zentralen Ringraum 59 des Ventils 10 ab- gesperrt sind.

Die Absperrung des P-Ringraumes gegen den Verbraucheranschluss 23 vermittelt ein erstes Sitzventil, das durch eine im zentralen Bereich des hül- senförmigen Ventilkörperelements 32 angeordnete, nach innen ragende in- nere Ringrippe 72 (Fig. 3) als Ventilsitz und einen radial äußeren Bund 73 des inneren stangenförmigen Ventilkörperelements 31 gebildet ist, wobei an den Bund 73 unmittelbar ein zentraler kegelstumpfförmiger Ventilkörperabschnitt 74 anschließt, der sich zu einem stangenförmigen Zwischenstück 76 hin verjüngt, das diesen zentralen Ventilkörperabschnitt 74 mit einem zylind- risch kolbenförmigen Führungs- und Dichtungsabschnitt 77 verbindet, der in einem Bohrungsabschnitt 78 des betätigungsseitigen Endabschnitts 79 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 gleitfähig dichtend verschiebbar angeordnet ist.

Das durch die Rippe 72 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 als Sitz und den radialen Bund 73 des inneren, stangenförmigen Ventilkörperelements 31 als Ventilkörper gebildete, erste Sitzventil 72, 73, wird in seine sperrende Stellung, d. h. Anlage dieser Ventilelemente aneinander, durch eine vorgespannte Ventilfeder 81 gedrängt, die sich an einer radial äußeren Ringstirnfläche 82 des betätigungsseitigen Endabschnitts 79 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32, einerseits, und zum anderen an einem verschiebefest am stangenförmigen Ventilkörperelement 31 gehaltenen Federteller 83 axial abstützt und dadurch das stangenförmige Ventilkörperelement 31 relativ zu dem hülsenförmigen Ventilkörperelement "nach außen", d. h. in die Sperrstellung des ersten Sitzventils 72, 73 zieht.

Die Ringstirnfläche 82 des Hülsenendabschnitts 79, die in einer rechtwinklig zur zentralen Achse 84 des Ventils 10 sich erstreckenden Ebene verläuft, bildet die äußere Begrenzungsfläche einer äußeren Ringrippe 86 des hül- senförmigen Ventilkörperelements 32, die das bewegliche Ventilelement des zweiten Sitzventils 86,87 ist, dessen Ventilsitz durch eine radial nach innen ragende Sitzrippe 87 des Ventilgehäuses 37 gebildet ist. Die konvex gewölbte Sitzrippe 87 schließt an die äußere Bohrungsstufe 44/4 des Ventilgehäuses 37 an, die durch die Zwischenwand 62 gegen die zentrale Ringnut des Gehäuses - die A-Nut - abgesetzt ist und dem Durchmesser nach etwas größer ist als der Durchmesser D der Bohrungsstufen 44/1 und 44/2 des Gehäuses 37, in denen das hülsenförmige Ventilkörperelement 32 druckdicht gleitfähig gelagert ist. Dieser Durchmesser D ist gleich demjenigen der Kreislinie, entlang derer sich im gesperrten Zustand des zweiten Sitzventils dessen Sitzrippe 87 und die Ringrippe 86 des beweglichen Ventilkörperele- ments 32 berühren.

Zwischen der Ringrippe 86 des Hülsenendabschnitts 79 und dem Mittelabschnitt des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32, mit dem dieses im Bohrungsmittelabschnitt 44/1 der Gehäusebohrung 44 gleitend dicht geführt ist, ist die Hülse 32 mit einer kegelstumpfförmigen Verjüngung versehen, deren Kegelwinkel einen typischen - relativ kleinen - Wert um 15° hat und dahingehend gewählt ist, dass bei einem Abheben des Ventilkörpers von der Ventilsitzrippe in guter Näherung ein zum Verschiebeweg des Ventilkörpers proportionaler Hydrauliköldurchfluss erzielt wird.

Zwischen dem außen konischen Endabschnitt 79 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 und dessen Mittelabschnitt, mit dem es in dem mittleren Bohrungsabschnitt 44/1 des Ventilgehäuses 37 druckdicht verschiebbar gelagert ist, nimmt der Außendurchmesser des hülsenförmigen Ventilkörper- elements 32 einen Minimalwert an, der kleiner ist als der Durchmesserwert D in den Bohrungsabschnitten 44/1 und 44/2 des Gehäuses 37.

Bei beiden Sitzventilen des Ventils 10 ist die Gestaltung der Ventilkörper und der Sitzrippen so gewählt, dass die Bereiche, innerhalb derer der jeweilige Ventilkörper entlang einer kreisförmigen Berührungslinie am jeweiligen Sitz anliegt, glatt gekrümmt sind und eine Kerbwirkung zwischen den aneinander anliegenden Elementen vermieden wird.

Bei dem insoweit geschilderten Aufbau des Ventilkörperverbundes 33 des Ventils 10 ist der Durchmesser d 1 des zylindrischen Führungs- und Dichtungsabschnittes 77 des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 , abgese- hen von einem für die Montage gegebenenfalls notwendigen, dem Betrage nach jedoch vernachlässigbaren Mindestmaß, gleich dem lichten Durchmesser d2 der zentralen Ringrippe 72 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 31.

Der Außendurchmesser d3 des zentralen Ringflansches 73 des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 ist signifikant größer als der Durchmesserwerte d1 bzw. d2, z. B. um 20 % größer. Der Durchmesser d4 des der Ringrippe 73 benachbarten, dem kegelstumpfförmigen Ventilkörperabschnitt 74 abgewandt angeordneten, äußeren zylindrischen Führungs- und Dichtungs- abschnittes 88 entspricht dem Betrage nach dem Durchmesserwert d1 des bezüglich der Ringrippe 73 gegenüberliegend angeordneten Dichtungs- und Führungsabschnittes 77 des stangenförmigen Ventilkörperelements 31.

Die Abdichtung dieses äußeren zylindrischen Führungs- und Dichtungsab- Schnittes 88 gegenüber dem ihn koaxial umschließenden äußeren Abschnitt 32/a des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 vermittelt eine in dieses eingesetzte rohrförmige Hülse 89, deren Innendurchmesser dem Durchmesser d4 des von ihr umschlossenen Dichtungs- und Führungsabschnittes 88 des stangenförmigen Ventilkörperelements entspricht und deren Außen- durchmesser d5, entsprechend dem Innendurchmesser des sie enthaltenden Hülsenabschnitts 32/a etwas größer ist als der Durchmesser d3 der zentralen Ringrippe 73, die den Ventilkörper des ersten Sitzventils 72, 73 bildet.

Die innere Ringstirnfläche 91 dieser rohrförmigen Hülse 89 bildet innerhalb des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 die eine gehäusefeste axiale Begrenzung eines inneren Ringraumes 92, der über Querbohrungen 93 mit den P-Anschlussringraum 47 des Ventils 10 in ständig kommunizierender Verbindung gehalten ist. Im sperrenden Zustand des zentralen Sitzventils 72, 73 ist dieser innere Ringraum 92 gegen einen "benachbarten" inneren Ringraum 94 abgesperrt, der innerhalb des Ventilkörperverbundes 33 axial "gehäusefest" durch die Ringrippe 72 und axial beweglich durch den betäti- gungsseitigen Dichtungs- und Führungsabschnitt 77 des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 begrenzt ist. Dieser zweite innere Ringraum 94 des Ventilkörperverbundes 33 steht über Querbohrungen 96 mit dem durch die zentrale Ringnut 46 begrenzter Ringraum, der mit dem Verbraucheran- schluss 22 des Ventils 10 kommunizierend verbunden ist, in ständig kom- munizierender Verbindung.

Durch eine axiale Verschiebung des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 in Richtung des Pfeils 34 der Fig. 1 , die gegen die zunehmende Rückstellkraft der Ventilfeder 81 erfolgt, wobei das Sitzventil 86, 87 gesperrt bleibt, gelangt das zentrale Sitzventil 72, 73 in seine Offenstellung (Fig. 3), in der der hohe Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats 24 am Verbraucheranschluss 23 ansteht.

Durch axiale Verschiebung des Ventilkörperverbundes 33 in Richtung des Pfeils 36 der Fig. 1 gelangt das zweite Sitzventil 86, 87, während das zentrale Sitzventil 72, 73 gesperrt bleibt, in seine Offenstellung, in welcher der Verbraucheranschluss 22 des Ventils 10 zum Tank 77 des Druckversorgungsaggregats 24 hin druckentlastet ist.

Zur Betätigung des Ventils 10 ist ein lediglich schematisch angedeuteter, insgesamt mit 97 bezeichneter, elektrisch steuerbarer Spindeltrieb vorgesehen, der eine auf einen fest mit der Kolbenstange 13 des Antriebszylinders

11 verbundenen Träger 98 montierte Mutterantriebseinheit 99 hat, mittels derer der Betätigungsstößel 71 , der koaxial mit der zentralen Achse 84 des stangenförmigen Ventilkörperelements 31 an diesem angreift, in Richtung der Pfeile 34 und 36 in alternativen Richtungen gesteuert verschiebbar ist. Dadurch, dass der Spindeltrieb 97 die Bewegungen der Kolbenstange 13 des Antriebszylinders 11 mit ausführt, arbeitet das Ventil in der Art eines Nachlaufregelventils mit elektrisch steuerbarer Positions-Sollwertvorgabe für den Kolben 14 des Antriebszylinders 11 und, bedingt durch die Mitführung des Spindeltriebes 97, mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung.

Das Gehäuse 99 des Spindeltriebes 97 ist am Ende des Trägers 98 montiert. In dem Gehäuse 99 ist um die zentrale Achse 101 des Spindeltriebes, die mit der zentralen Längsachse 84 des Ventils 10 zusammenfällt, drehbar die Spindelmutter 102 des Spindeltriebes 97 angeordnet, die gegen axiale Verschiebungen relativ zu dem Gehäuse 99 gesichert ist.

Mit dem Gewinde der Spindelmutter 102 steht eine Gewindespindel 103 in kämmendem Eingriff, die ihrerseits, angedeutet durch die schematisch dargestellte Axialführung 104, axial hin - und her - verschiebbar, jedoch bezüg- lieh der zentralen Achse 101 unverdrehbar gelagert ist.

Zur Antriebssteuerung des Spindeltriebes ist ein Elektromotor 106 mit umkehrbarer Drehrichtung vorgesehen, mittels dessen über ein Zahnritzel, das mit einer Außenzahnung der Spindelmutter 102 in kämmendem Eingriff steht, die Spindelmutter in alternativen Drehrichtungen antreibbar ist, denen alternative axiale Verschiebebewegungen der Spindel 103 und ihres Betätigungsendabschnitts 71 entsprechen, über den die Spindel an der axialen Verlängerung 69 des stabförmigen Ventilkörperelements 31 angreift.

Die durch Ansteuerung des Elektromotors 106 erfolgende Positions- Sollwertvorgabe kann auf vielfältige, dem Fachmann für elektrohydraulische Steuerungen geläufige Weise realisiert werden, z. B. durch gepulste Ansteu-

erung eines als Schrittmotor ausgebildeten Spindelmutterantriebsmotors o- der durch einen Vergleich von Wegmessungen mit elektrisch vorgebbaren Sollwerten. Die diesbezüglichen Möglichkeiten werden als dem Fachmann geläufig und nicht als im einzelnen erläuterungsbedürftig angesehen.

Zur Erläuterung eines typischen Funktionsspiels des Ventils 10 sei von der in der Fig. 1 dargestellten Konfiguration ausgegangen, in der das Ventil 10 seine sperrende Funktionsstellung einnimmt und der Kolben 14 des Linearzylinders 11 steht, die Pumpe 59 des Druckversorgungsaggregats 24 jedoch in Betrieb ist und daher der hohe Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats 24 am Ausgang 26 ansteht. Diese Konfiguration entspricht z. B. dem Fall, dass der Kolben 14 des Antriebszylinders 1 , nachdem der Sollwertvorgabebetrieb des Spindeltriebs 37 stillgesetzt worden ist, eine eingesteuerte Soll-Position erreicht hat. Tritt in diesem Funktionszustand eine Störung auf, die zu einer Verschiebung des Zylinderkolbens 14 in Richtung des Pfeils 28, gemäß Fig. 1 "nach links", führt, so wird auch das stangenförmige Ventilkörperelement 31 , bedingt durch die starre Kopplung der Kolbenstange 13 des Antriebszylinders 11 mit dem Betätigungsstößel 71 der Sollwertvorgabeeinrichtung, die durch den Spindeltrieb 97 und die Gewindespindel 102 gebildet ist, "nach links" in Richtung des Pfeil 34 verschoben. Die Folge hiervon ist, dass die Ventilkörperrippe 73 von dem ringförmigen Ventilsitz 72 des hülsen- förmigen Ventilkörperelements 32 abhebt und eine kommunizierende Verbindung zwischen dem P-Ringkanal 47 und dem Verbraucheranschluss 22 des Ventils eintritt (Fig. 3).

Hierdurch ergibt sich eine Druckerhöhung im bodenseitigen Druckraum 16 des Antriebszylinders 11 die dazu führt, dass der Kolben 14 des Hydrozylin- ders 11 eine Verschiebung in Richtung des Pfeils 29 "nach rechts" erfährt, die sich über den Querträger 98 auch auf die Gewindespindel 102 überträgt, die hierdurch ebenfalls nach rechts ausweicht. Die Folge hiervon ist, dass das stangenförmige Ventilkörperelement 31 durch die Federkraft der Ventilrückstellfeder 53 mit dem Betätigungselement 71 der Spindel 103 in Anlage

gehalten bleibt und damit auch die Ringrippe 73 wieder gegen den rippen- förmigen Ventilsitz 72 des ersten Sitzventils - dichtend - gedrängt wird und dieses Ventil wieder schließt. Wird die Störung wieder aufgehoben, so dass unter der Wirkung des "geringfügig" erhöhten Druckes im bodenseitigen Druckraum 16 des Hydrozylinders 11 der Kolben 14 über die zuvor eingenommene Position hinaus "etwas nach rechts" in Richtung des Pfeils 29 verschoben wird, so hebt die Ringrippe 86 des außen konischen Endabschnittes 79 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 von der Sitzrippe 87 des Gehäuses 37 des Ventils 10 ab, wodurch nunmehr der Ringraum 59 des Ventils, der mit dem A-Verbraucheranschluss 22 kommunizierend verbunden ist, mit dem T-Ringraum in kommunizierende Verbindung gelangt und dadurch der Druck im bodenseitigen Antriebsdruckraum 16 des Hydrozylinders 11 wieder abgesenkt wird; die Folge hiervon ist dann, dass der Kolben 14 wieder in seine vor Beginn dieser Störung eingenommene Sollposition ge- langt.

Die Sperrstellung 0 des Ventils 10 ist somit eine Regelstellung, die, wenn die Positions-Sollvorgabe nicht geändert wird, aufrecht erhalten wird, solange das Druckversorgungsaggregat in Betrieb ist. Dafür, dass das Funktionsspiel in der geschilderten Weise abläuft, ist notwendig, dass die Ventilfeder 81 , über die das hülsenförmige Ventilkörperelement 32 an dem stangenförmigen Ventilkörperelement 31 axial abgestützt ist, dem Betrage nach eine größere Vorspannkraft entfaltet, als die Kraft, welche die Rückstellfeder 53 als Rückstellkraft entfaltet. Die Einhaltung dieser Bedingung ist mit gängigen Maß- nahmen der Dimensionierung und Auslegung der Ventilfedern 53 und 81 dem Fachmann ohne weiteres möglich.

Soll der Hydrozylinder 11 im Sinne eines Ausfahren der Kolbenstange "nach rechts" in Richtung des Pfeils 29 angesteuert werden, so wird der Spindel- trieb 97 in demjenigen Drehsinn angesteuert, dass sich dessen Gewindespindel 103 relativ zur Spindelmutter 102 nach rechts bewegt. Die neu eingestellte, der Einstellung des Sollwertes entsprechende Position erfolgt dann

in vollkommener Funktionsanalogie zum Ausgleich der erläuterten Störung, die den Kolben 14 relativ zum Gehäuse 12 nach links zu verschieben tendiert.

Soll andererseits die Kolbenstange 13 des Linearzylinders 11 eingefahren werden, d. h. der Kolben 14 in eine Position geringeren Abstandes vom Boden 27 des Zylindergehäuses 12 gebracht worden, so wird der Spindeltrieb 97 so angesteuert, dass sich der Ventilkörperverbund 33 insgesamt in Richtung des Pfeils 37 nach rechts bewegt, mit der Folge, dass der bodenseitige Druckraum 16 des Hydrozylinders 11 über den zwischen der gehäuseseiti- gen Sitzrippe 87 und der Ringrippe 86 des hülsenförmigen Ventilkörperelements 32 sich öffnenden Ventilspalt zum Tank hin druckentlastet wird und somit der Druck im stangenseitigen Druckraum 17 des Hydrozylinders 11 den Zylinderkolben 14 wieder gegen den Restdruck im bodenseitigen Druck- räum 16 "nach links" verschieben kann.

Die Einstellung der Gleichgewichtsposition erfolgt in Analogie zu den vorausgehend geschilderten Ausgleichsvorgängen, sobald der Sollwertvorgabebetrieb des Spindelmotors 106 abgeschaltet wird.

In zweckmäßiger Auslegung der Rückstellfeder 53 und der Ventilfeder 81 des Ventils stehen deren Vorspannungen, die sie in der Sperrstellung des Ventils entfalten im Verhältnis ^λ A zueinander, wobei es jedoch auch ausreichend sein kann, wenn die Vorspannung der Rückstellfeder 53 noch kleiner ist, sofern sie nur ausreicht, den Ventilkörperverbund 33 gegen die vorhandene Reibung zu verschieben. Unter dem Gesichtspunkt einer hermetisch dichtenden Anlage eines Ventilkörperelements am jeweiligen Ventilsitzelement kann eine vorteilhafte Gestaltung dieser Ventilelemente auch darin bestehen, dass der Anlagebereich eines Ventilkörperelements, mit dem dieses an einer konkaven oder ebenen Ventilsitzfläche anliegt, wulstförmig gestaltet ist, d. h. z. B. von einer ebenen Fläche vorspringend oder als Wölbung, deren gekrümmter Umfangsbereich mehr als 180° umfasst.