Hydraulische Antriebe (10): Wie funktioniert ein vorgesteuertes Wegeventil?

Wegeventile können direkt oder indirekt gesteuert (= vorgesteuert) sein. Kleinere Wegeventile schaltet man direkt. Werden aber - wie etwa bei großen Baumaschinen - die Ölströme sehr groß, dann reicht die Handkraft nicht mehr aus. Eine verständliche Schnittzeichnung zeigt, wie die Vorsteuerung funktioniert.

Hydraulische Antriebe (8):

Wegeventile steuern

Die Schaltstellungen von Wegeventilen können direkt oder indirekt gesteuert (= vorgesteuert) werden.
Direkt gesteuert werden kleinere Wegeventile, d. h. der Steuerkolben wird z. B. von Hand verschoben. Dazu sind am Wegeventil Betätigungselemente wie Druckknöpfe, Hebel, Pedale, Stößel usw. angebracht, über die der Steuerkolben unmittelbar betätigt wird. Das Bild zeigt ein (durch Elektromagnet) direkt gesteuertes 4/2-Wegeventil in beiden Schaltstellungen. Oben: Das Öl fließt von P nach A. Unten: Das Öl fließt von P nach B. Oft bedient man sich - wie hier - der elektrischen Variante, bei der der Kolben über Relaisspulen in seine Schaltstellungen gebracht wird. Alle erwähnten Betätigungsarten setzen relativ kleine Ölströme voraus.

Werden die Ölströme aber sehr groß wie etwa bei großen Baumaschinen, dann reicht die Handkraft nicht mehr aus, die großen Kolben zu schalten.

Vorgesteuertes Wegeventil

Ein kurzer rechnerischer Überschlag soll erläutern, was in einem solchen Wegeventil los ist, wenn Öl strömt. In Baggern etwa wird mit Drücken in der Größenordnung von 300 bar gearbeitet. Um z. B. den Auslegerzylinder (d >150 mm) zu füllen, fließen durchaus bis zu 100 Liter Öl pro Minute durch das Ventil. Der Steuerkolben muss also entsprechend groß ausgelegt sein, damit diese Ölmenge das Ventil ungehindert passieren kann. Wird z. B. ein Steuerkolben-Durchmesser von 30 mm bei einen Kolbenstangendurchmesser von 15 mm verwendet, dann bedeutet dies eine Ringfläche von rund 5 cm². Darauf wirken 300 bar = 300 daN/cm² Druck, was eine axiale Kraft von etwa 1500 daN = 1 500 kg = 1,5 Tonnen ergibt. Weil diese Kraft jeweils an zwei gegenüber liegenden Ringflächen wirkt, ist der Kolben axial zwar entlastet, aber einen Kolben gegen das mit solcher Gewalt durch die Ringkanäle schießende Öl schalten zu wollen: Da ist mit drei Fingern wirklich nichts mehr zu machen.

Die Lösung ist das vorgesteuerte Ventil (Bild), bei dem die sowieso vorhandene Druckenergie im Hydrauliksystem genutzt wird, um den Hauptsteuerkolben zu verschieben. Das Prinzip: Gesteuert wird über den sehr kleinen Vorsteuerkolben. Seine Verschiebekräfte sind leicht elektro-magnetisch beherrschbar. Das Vorsteuerventil (auch Pilotventil) schickt kleine Ölmengen zu den Stirnseiten des großen Hauptsteuerkolbens. Das Steueröl schiebt, je nach Pilotventil-Stellung, den Hauptsteuerkolben von links nach rechts oder von rechts nach links. Im dargestellten Fall eines 4/3-Wegeventils wird die Mittelstellung durch Federzentrierung geschaltet. Sie müsste am Schaltsymbol noch nachgetragen werden.

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