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Die
Erfindung betrifft ein Wege- oder Stromventil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
Erfindung ist allgemein bei Ventilen zur Einstellung eines Druckmittelvolumenstroms,
insbesondere bei 2-Wege-Ventilen
oder stetig verstellbaren Blenden anwendbar. Ein wichtiger Anwendungsbereich
sind Stromregelventile, über
die ein eingestellter Volumenstrom unabhängig von Druckschwankungen
konstant gehalten werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass
einer einstellbaren Messblende eine Druckwaage zugeordnet ist, die
in Öffnungsrichtung
von der Kraft einer Feder sowie einen Druck stromabwärts der
Messblende und in Schließrichtung
vom Druck stromaufwärts
der Messblende beaufschlagt ist. Prinzipiell kann die Druckwaage
bei der veränderlichen
Messblende vor- oder nachgeschaltet werden.
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Ein
Stromregelventil mit einer einer Messblende nachgeschalteten Druckwaage
ist in der Patentanmeldung DE 10 2004 019 748 A1 der Anmelderin
gezeigt. Dieses Stromregelventil hat einen in einer Ventilbüchse geführten Messblendenschieber der
Messblende, der in Schließrichtung
federvorgespannt ist. Der Öffnungsquerschnitt
der Messblende wird über
Manteldurchbrüche
eines Bohrungssterns in dem Messblendenschieber im Zusammenwirken mit
einer umlaufenden Steuerkante eines ventilbüchsenseitigen Ringkanals gebildet,
der mit einem Ausgangsanschluss B der Ventilbüchse in Fluidverbindung steht.
Der Abströmquerschnitt
der Fluidverbindung zwischen dem Ringkanal und dem Ausgangsanschluss
B ist über
einen in der Ventilbüchse
angeordneten und den Messblendenschieber mit einem Endabschnitt
umgreifenden Druckwaagenkolben veränderbar.
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Nachteilig
an dieser Lösung
ist, dass im Bereich des Bohrungssterns verhältnismäßig hohe Durchflusswiderstände auftreten,
so dass dieses Wege- oder Stromventil eine entsprechend reduzierte Leistung
aufweist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wege- oder Stromventil mit
verringertem Durchflusswiderstand zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Wege- oder Stromventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Ein
erfindungsgemäßes Ventil
hat einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss und einen
Schieber, durch den eine fluidische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss
und dem Ausgangsanschluss steuerbar ist. Der Schieber steuert die
fluidische Verbindung an wenigstens zwei veränderlichen, parallel durchströmbaren und
axial beabstandeten Öffnungsquerschnitten.
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Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt bei Stromregelventilen,
bei denen der Messblende eine Druckwaage zugeordnet ist, über die
der Druckabfall über
der Messblende lastdruckunabhängig
konstant gehalten werden kann.
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Insbesondere
kann ein maximaler zweiter Öffnungsquerschnitt
gleich groß oder
kleiner als ein maximaler erster Öffnungsquerschnitt ausgebildet sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist über
die Öffnungsquerschnitte
jeweils eine Fluidverbindung zu einem gemeinsamen Ringraum aufsteuerbar,
in den der Ausgangsanschluss mündet.
Stirnseitig kann der gemeinsame Ringraum von dem Druckwaagenkolben
begrenzt sein.
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Vorzugsweise
ist die zweite gehäuseseitige Steuerkante
von einem Ringkanal gebildet, der über zumindest eine Diagonalbohrung
mit dem gemeinsamen Ringraum in Fluidverbindung steht.
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Die
Herstellung des Ventils ist besonders einfach, wenn der Schieber
in einer Schieberhülse geführt ist,
die in einer Ventilbohrung des Ventilgehäuses eingesetzt ist und die
die Steuerkanten, den Ringraum, den Ringkanal und die zumindest
eine Diagonalbohrung abschnittsweise begrenzt.
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Bei
einer Ausführungsform
ist ein Endabschnitt des Druckwaagenkolbens am Außenumfang
der Schieberhülse
geführt.
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Zur
Dämpfung
der Druckwaage kann der Druckwaagenkolben mit der Schieberhülse oder
einem gehäusefesten
Abschnitt überlappen
und in diesem Überlappungsbereich
ein Reibring vorgesehen werden. Ein solcher Ring übernimmt
gleichzeitig eine Dichtungsfunktion. Als Reibring kann ein handelsüblicher
O-Ring oder eine Gleitringdichtung eingesetzt werden.
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Bei
einer vereinfachten Lösung
ist der Druckwaagenkolben direkt im Gehäuse des Ventils geführt, so
dass auf eine separate Führungshülse für den Druckwaagenkolben
verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise
ist der die Öffnungsquerschnitte
bestimmende Schieber als Hohlschieber ausgeführt, der zumindest abschnittsweise
vom Druckmittel durchströmt
ist.
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Bei
einem vergleichsweise geringem Leistungsvolumen reicht es aus, das
erfindungsgemäße Ventil
direkt, beispielsweise durch einen Proportionalmagneten anzusteuern.
Zur Erhöhung
des Leistungsvolumens kann das Ventil mit einer Vorsteuerung ausgeführt sein,
wobei sich als besonders vorteilhaft eine hydraulische Folgesteuerung
herausgestellt hat. Eine derartige Folgesteuerung ist beispielsweise
in den Druckschriften
DE
196 32 368 A1 und
DE
42 14 661 A1 für
Proportionalventile beschrieben.
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Das
Ventil lässt
sich besonders kompakt ausführen,
wenn diese Folgesteuerung einen im Schieber geführten Vorsteuerkolben hat,
der seinerseits über
ein Stellglied, beispielsweise einen Proportionalmagneten verstellbar
ist, um einen Ablaufdrosselquerschnitt auf- oder zuzusteuern, wobei
der Druck stromaufwärts
dieses vom Vorsteuerkolben bestimmten Ablaufdrosselquerschnitts
in Richtung Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts
und der Druck am Eingangsanschluss des Ventils in Richtung Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
auf den Schieber wirksam ist. Die Druckverhältnisse und die Ansteuerung
des Vorsteuerkolbens kann auch in kinematischer Umkehr der oben
genannten Verhältnisse
erfolgen. Demgemäß wird bei
einer derartigen Folgesteuerung durch eine Verstellung des Vorsteuerkolbens
der Schieber entsprechend verstellt, bis sich über diesem wieder ein Kräftegleichgewicht
einstellt. Eine derartige Folgesteuerung bewirkt eine hydraulische
Stellkraftverstärkung,
so dass auch große
Strömungskräfte am Schieber
mit verhältnismäßig kleinen
Proportionalmagneten beherrschbar sind.
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Bei
derartigen Folgesteuerungen ist im Steuerölströmungspfad stromaufwärts des
vom Vorsteuerkolben bestimmten Ablaufdrosselquerschnitts vorzugsweise
eine Festdrossel vorgesehen.
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Bei
einer sehr einfach ausgeführten
Lösung ist
der Vorsteuerkolben mit einer Innenbohrung ausgeführt, über die
Steueröl
von der Festdrossel zu einer in Schließrichtung wirksamen Steuerfläche an der
Rückseite
des Schiebers geführt
ist.
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Zur
direkten Übertragung
einer Stößelbewegung
des Proportionalmagneten ist der Vorsteuerkolben über eine
Vorspannfeder in Richtung auf den Stößel vorgespannt.
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Der
bevorzugte Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Wegeventils dürfte bei
schaltbaren oder stetig verstellbaren 2-Wege-Ventilen oder -Blenden liegen.
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Das
Stromregelventil ist bevorzugterweise als ein 3-Wege-Stromregelventil
ausgeführt,
wobei über
den Druckwaagenkolben eine Fluidverbindung zu einem gehäuseseitigen
Tankanschluss des Stromregelventils aufsteuerbar ist, um einen überschüssigen Druckmittelvolumenstrom
zum Tank abzuleiten.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes 3-Wege-Stromregelventil,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
einer in 1 gezeigten Messblende,
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3 ein
Leistungsdiagramm des 3-Wege-Stromregelventils nach 1 im
Vergleich mit einem herkömmlichen
3-Wege-Stromregelventil,
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4 einen
Längsschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Stromregelventils;
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5 das
Stromregelventil aus 4 in einer Öffnungsposition;
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6 eine
als Folgesteuerung ausgeführte Vorsteuerung
des Stromregelventils aus 4 und
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7 eine
vergrößerte Darstellung
des Stromregelventils aus 4 mit einer
Druckwaage und einer veränderlichen
Messblende;
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8 eine
nach dem erfingungsgemäßen Konzept
ausgeführte
2-Wege-Blende.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein hydraulisches 3-Wege-Stromregelventil 2,
das eine veränderliche
Messblende 4 sowie eine Druckwaage 6 aufweist,
die der Messblende 4 nachgeschaltet ist und die gemeinsam
einen Stromregler bilden, über den
der Druckabfall über
der Messblende 4 unabhängig
vom Lastdruck, von Temperaturschwankungen und Druckschwankungen
am Eingangsanschluss A und am Ausgangsanschluss B konstant gehalten werden
kann.
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Das
Stromregelventil 2 hat ein mehrteiliges Ventilge-häuse 8 mit
einer axialen Ventilbohrung 10, die gemäß der Ansicht in 1 rechts
eine radiale Erweiterung 12 aufweist. Im Bereich der radialen
Erweiterung 12 umgreift das Ventilgehäuse 8 einen Befestigungsabschnitt 14 und
ist mit diesem verschraubt. In dem Befestigungsabschnitt 14 ist
eine Stößelbohrung 16 zur
Aufnahme eines nicht dargestellten Stößels eines Proportionalmagneten
zur Ver-schiebung eines Messblendenschiebers 18 der Messblende 4 ausgebildet.
Die Stößelbohrung 16 mündet in
einen radial erweiterten Federraum 20 zur Aufnahme einer
Druckfeder 22, mittels der der Messblendenschieber 18 in
Schließ-stellung
vorgespannt ist.
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Der
Messblendenschieber 18 ist in einer Axialbohrung 24 einer
in die Ventilbohrung 10 eingesetzten Schieber-hülse 26 geführt, die über einen
stirnseitig zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem eingeschraubten
Befestigungs-abschnitt 14 eingespannten Radialbund 28 lagefixiert
ist. Eine detaillierte Beschreibung des Messblendenschiebers 18 bzw.
der Messblende 4 erfolgt anhand 2.
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Die
Schieberhülse 26 hat
einen sich über den
Radialbund 28 in axialer Richtung hinaus erstreckenden
gemäß der Ansicht
in 1 rechten Endabschnitt 30, der in dem
Federraum 20 des Befestigungsabschnittes 14 eintaucht
und der von der Druckfeder 22 umgriffen ist, die sich an
dem Radialbund 28 abstützt
und an einem Federteller 36 des Messblendenschiebers 18 angreift,
so dass dieser stirnseitig gegen eine Bodenfläche 38 des Federraums 20 in
seine Schließstellung
vorgespannt ist.
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Die
Druckwaage 6 hat einen Druckwaagenkolben 40, der
an einer Innenwandung 42 der Ventilbohrung 10 geführt ist
und mit einem Endabschnitt den Messblendenschieber 18 und
die Schieberhülse 26 umgreift,
so dass ein Überdeckungsabschnitt 44 gebildet
ist.
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Der
Druckwaagenkolben 40 ist über eine Regelfeder 46 in Öffnungsrichtung
vorgespannt, so dass in seiner vorgespannten Grundstellung Druckmittel
zum Ausgangsanschluss B abströmen
kann. Die Regelfeder 46 ist in einem Raum 48 angeordnet, der
radial von dem Druckwaagenkolben 40 und einer Druckwaagenhülse 50 begrenzt
ist, die an einem linken Endabschnitt 32 der Schieberhülse 26 stirnseitig anliegt.
Dabei stützt
sich die Regelfeder 46 an einem Flansch 52 der
Druckwaagenhülse 50 ab
und greift an einem Bund 54 des Druckwaagenkolbens 40 an, so
dass dieser gegen eine in die Ventilbohrung 10 eingesetzte
und über
einen Sicherungsring 58 gesicherte Abstandshülse 56 vorgespannt
ist. In dieser Grundstellung ist, wie bereits erwähnt, der
Ausgangsanschluss B auf gesteuert, wohingegen der Druckwaagenkolben 40 mit
einer Tanksteuerkante 72 einen einen Tankanschluss T bildenden
Radialbohrungsstern 64 zusteuert. Zum Aufsteuern des Radialbohrungssterns 64 des
Tankanschlusses T weist der Druckwaagenkolben 40 eine dem
Eingangsanschluss A zugewandte wirksame Ringstirn-fläche 68 auf.
Somit ist der Druckwaagenkolben 40 in Schließrichtung
vom Druck am Eingangsanschluss A und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Messblende 4 beaufschlagt.
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Gemäß 2,
die eine vergrößerte Darstellung
des Stromregelventils 2 im Bereich der Messblende 4 zeigt,
hat der Messblendenschieber 18 eine zum stirnseitigen Eingangsanschluss
A geöffnete axiale
Sacklochbohrung 62, die bodenseitig über einen Kanal 66 mit
dem Federraum 20 des Befestigungsabschnitts 14 in
Fluidverbindung steht. Im Bereich der Sacklochbohrung 62 sind
in dem Messblen-denschieber 18 zwei in axialer Richtung
voneinander beabstandete Bohrungssterne 70, 74 ausgebildet.
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Der
gemäß der Ansicht
in 2 linke Bohrungsstern 70 weist eine Vielzahl
von Manteldurchbrüchen 76 auf,
die mit jeweils einer gehäuseseitigen Steuerkante 82 einen
ersten veränderlichen
Messblendenquerschnitt bilden. Die gehäuseseitige Steuerkante 82 wird
durch Durchbrüche 78 der
Schieberhülse 26 gebildet.
Die Durchbrüche 78 münden in
einem Ringraum 84, der mit einem den Ausgangsanschluss
B bildenden Radialbohrungsstern 86 in Fluidverbindung steht.
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Der
Ringraum 84 ist in radialer Richtung von einem Innenumfangsabschnitt 90 der
Ventilbohrung 10 und von einem Außenumfangsabschnitt 94 der Schieberhülse 26 begrenzt,
der von dem Radialbohrungsstern 86 bzw. den Durchbrüchen 78 durchsetzt ist.
In axialer Richtung ist der Ringraum 84 von einer dem Ringraum 84 zugewandten
Stirnfläche 34 des Überdeckungsabschnitts 44 des
Druckwaagenkolbens 40 und von einer Stirnfläche 100 eines
Umfangsstegs 102 der Schieberhülse 26 begrenzt. Dabei
bildet die Stirnfläche 34 des Überdeckungsabschnitts 44 eine
Druckwaagensteuerkante 60 zum Auf- und Zusteuern des Radialbohrungssterns 86.
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Der
gemäß der Ansicht
in 2 rechte Bohrungsstern 74 ist von einer
Vielzahl von Mantelbohrungen 88 gebildet, die zusammen
mit einer von einem umlaufenden schieberhülseseitigen Ringkanal 96 gebildeten
zweiten Steuerkante 92 einen zweiten veränderlichen
Messblendenquerschnitt bestimmen, der mit dem ersten Messblendenquerschnitt
den gesamten Strömungsquerschnitt
der Messblende 4 bildet. Bei dieser Lösung ist der maximale Öffnungsquerschnitt
des ersten Messblendenquerschnitt größer als der maximale Öffnungsquerschnitt
des zweiten Messblendenquerschnitts.
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Der
Ringkanal 96 steht über
mehrere Diagonalbohrungen 98 in der Schieberhülse 26 mit
dem Ringraum 84 in Fluidverbindung.
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In 3 ist
in einem Diagramm das erfindungsgemäße 3-Wege-Stromregelventil 2 einem herkömmlichen
3-Wege-Stromregelventil 104 gegenübergestellt.
Der jeweilige Volumenstrom ist über dem
Differenzdruck aufgetragen, wobei anhand der Linienverläufe deutlich
zu erkennen ist, dass das erfindungsgemäße Stromregelventil 2 bei
gleichem Differenzdruck wie das herkömmliche 3-Wege-Stromregel-ventil 104 einen
erhöhten
Volumenstrom und demgemäß einen
reduzierten Durchflusswiderstand aufweist.
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Das
3-Wege-Stromregelventil 2 ist in 1 in der
Grundposition bei unbestromten Proportionalmagneten dargestellt.
In dieser Grundposition sind die Manteldurchbrüche 76 sowie die Mantelbohrungen 88 versperrt,
d. h., das Stromregelventil 2 ist in der Grundposition
stromlos geschlossen ausgeführt. Zur
Regelung eines Druckmittelvolumenstroms vom Eingangsanschluss A
zum Ausgangsanschluss B wird der Proportionalmagnet angesteuert
und entsprechend der nicht dargestellte Stößel nach links (1)
ausgefahren, so dass der Messblendenschieber 18 gegen die
Kraft der Druckfeder 22 mitgenommen wird. Nach Überfahren
einer kleinen Überdeckung
werden die Manteldurchbrüche 76 sowie
die Mantelbohrungen 88 durch die erste Steuerkante 82 bzw.
durch die zweite Steuerkante 92 aufgesteuert, so dass Druckmittel über den
Eingangsanschluss A durch die Sacklochbohrung 62, die Bohrungssterne 70, 74 und
die aufgesteuerten Messblendenquerschnitte in den Ringraum 84 einströmen kann.
Von dort strömt
das Druckmittel über
den Radialbohrungsstern 86 zum Ausgangsanschluss B ab. Dabei ist
die Ringstirnfläche 68 des
Druckwaagenkolbens 40 vom Druck am Eingangsanschluss A
in Schließrichtung,
d. h. in Richtung einer Verkleinerung des Abströmquerschnitts des Radialbohrungsstern 86 (1)
des Ausgangsanschlusses B, und die rückwärtige Stirnfläche 34 durch
den Druck stromabwärts der
Messblendenquerschnitte (Bohrungssterne 70, 74)
im Sinne einer Vergrößerung des
Abströmquerschnitts
beaufschlagt. In gleicher Richtung wirkt die Kraft der Regelfeder 46.
Der Druckwaagenkolben 40 stellt sich in eine Gleichgewichtsposition
ein, in der der -Druckabfall über
den Messblendenquerschnitten im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Der Druck am Eingangsanschluss A wirkt über die Sacklochbohrung 62 und
den Kanal 66 auch im Federraum 20, so dass die
beiden Stirnflächen
des Messblendenschiebers 18 druckausgeglichen sind.
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In
der Gleichgewichtsposition des Druckwaagenkolbens 40 wird über die
Tanksteuerkante 72 der Öffnungsquerschnitt
des Radialbohrungssterns 64 des Tankanschlusses T aufgesteuert,
so dass überschüssiges Druckmittel
zum Tank T abströmen kann.
D. h., der überschüssige Druckmittelvolumenstrom
wird im Wesentlichen über
das Aufsteuern der Verbindung zum Tank T hin abgeregelt. Somit spielt die
Veränderung
des Abströmquerschnitts
des von der Druckwaagensteuerkante 60 auf oder zugesteuerten
Ausgangsanschlusses B bei einem derartigen 3-Wege-Stromregelventil 2 eine
untergeordnete Rolle. Im Prinzip ist bei einer derartigen Schaltung
die Druckwaage 6 nicht in Reihe, sondern parallel zur Messblende 4 geschaltet.
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Selbstverständlich können in
dem Messblendenschieber 18 weitere im axialen Abstand zu
den ersten beiden Bohrungssternen 70, 74 vorgesehene Bohrungssterne
ausgebildet sein. Ebenso kann der maximale zweite Messblendenquerschnitt
gleich oder größer als
der maximale erste Messblendenquerschnitt sein.
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In
den 4 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines nach dem erfindungsgemäßen Konzept
ausgeführten
Stromregelventils dargestellt, das sich von der vorbeschriebenen
Lösung
im Wesentlichen durch einen einfacheren Aufbau der Druckwaage 6 und
durch eine konkrete Ausführung einer
teilweise in den Messblendenschieber 18 integrierten Vorsteuerung
in Form einer hydraulischen Folgesteuerung 106 unterscheidet.
Bei der vorbeschriebenen Lösung
kann eine direkte Ansteuerung, beispielsweise durch einen Proportionalmagneten oder
auch die im Folgenden näher
beschriebene Folgesteuerung eingesetzt werden.
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Auch
bei der in 4 dargestellten Lösung sind
zwei parallele Steuerkanten 82, 92 vorgesehen, an
denen sich durch die zwei Bohrungssterne 70 und 74 am
Messblendenschieber 12 zwei Öffnungsquerschnitte parallel
aufsteuern lassen. Ein Unterschied zwischen dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
und dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
liegt darin, dass bei Letzterem der Öffnungsquerschnitt durch Verschieben
des Messblendenschiebers 18 nach links (Ansicht gemäß 1)
geöffnet
wird, während
beim im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel die Axialverschiebung
des Messblendenschiebers 18 nach rechts (kinematische Umkehr)
erfolgt, um die genannten Öffnungsquerschnitte
aufzusteuern.
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Da
der Grundaufbau der beiden Stromregelventile 2 gemäß den 1 und 4 weitestgehend identisch
ist, werden im Folgenden für
einander entsprechende Bauelemente der Einfachheit halber die gleichen
Bezugszeichen verwendet. In der Darstellung gemäß 4 ist die
Messblende 4 geschlossen, da die beiden gehäusefesten
Steuerkanten 82, 92 der Messblende 4 von
dem Gehäusemantel
des Messblendenschiebers 18 überdeckt sind. 5 zeigt
eine Öffnungsstellung
der Messblende 4, wobei der Messblendenschieber 18 über die
praktisch als Vorsteuerung wirkende Folgesteuerung 106 nach rechts
verschoben ist, so dass die beiden Bohrungssterne 70, 74 an
den beiden Steuerkanten 92, 82 teilweise aufgesteuert
werden und somit entsprechende Öffnungsquerschnitte
zum radialen Ausgangsanschluss B hin öffnen. Die Folgesteuerung wird
nunmehr anhand der vergrößerten Darstellung
in 6 erläutert.
In 6 ist lediglich der rechte Teil des Stromregelventils 2 aus 4 mit
der Messblende 4 und der Folgesteuerung 106 dargestellt.
Auf die besondere Ausführung
der Druckwaage wird später
anhand 7 eingegangen.
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Bei
der in den 4 bis 7 dargestellten Variante
ist die Schieberhülse 26 gegenüber dem
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel etwas kürzer ausgeführt, wobei
der in 1 radial zurückgesetzte
rechte Endabschnitt 30 entfällt, so dass die Führungslänge des
Messblendenschiebers 18 in der Schieberhülse 26 etwas
verringert ist. Wie insbesondere aus 6 hervorgeht,
haben die Bohrungssterne 70, 74 etwa den gleichen
maximalen Öffnungsquerschnitt – beim zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist der Öffnungsquerschnitt
des Bohrungssterns 74 etwas geringer ausgeführt. In
der Öffnungsposition
(5) erfolgt die Druckmittelverbindung von der Sacklochbohrung 62 zum
radialen Ausgangsanschluss B über
den Radialbohrungsstern 80 und einen weiteren Radialbohrungsstern 108 in
der Schieberhülse 26,
die beide in dem Ringraum 84 zwischen dem radial zurückgesetzen
Außenumfang
der Schieberhülse 26 und
der Innenumfangswandung der Ventilbuchse 8 münden. Dieser
Ringraum 84 ist nach links hin durch die rückseitige
Ringstirnfläche des
Druckwaagenkolbens 40 begrenzt. Weitere Einzelheiten der
druckwaagenseitigen Konstruktion werden anhand 7 erläutert.
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Der
als Sacklochbohrung 62 bezeichnete Innenraum des Messblendenschiebers 18 mündet gemäß 6 über eine
Drosselbohrung 110 in eine Führungsbohrung 112,
deren Durchmesser etwas geringer als derjenige der Sacklochbohrung 62 ausgeführt ist.
In dieser Führungsbohrung 112 ist
ein Vorsteuerkolben 114 geführt, dessen in 6 rechter Endabschnitt
aus dem rechten Endabschnitt des Messblendenschiebers 18 herausragt
und an einem Stößel 116 eines
Proportionalmagneten 118 anliegt. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Vorsteuerkolben 114 über eine Spannfeder 121 in diese
Anlageposition gegen den Stößel 116 vorgespannt.
Prinzipiell könnte
der Vorsteuerkolben 114 jedoch auch einstückig mit
dem Stößel 116 ausgeführt oder
auf sonstige Weise mit diesem verbunden sein.
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Der
Proportionalmagnet 118 ist in üblicher Bauweise in eine Ventilbuchse 120 eingeschraubt, die
ihrerseits in das patronenförmige
Ventilgehäuse 8 eingesetzt
ist. Diese Ventilbuchse 120 begrenzt den Federraum 20 für die Druckfeder 22, über die
bei dem in den 4 bis 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Messblendenschieber 18 mit einem Anschlagbund 124 gegen
die in 6 rechte Stirnfläche der Schieberhülse 26 vorgespannt
ist.
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Die
Spannfeder 121 ist an einer linken Ringstirnfläche der
Führungsbohrung 112 abgestützt und in
einer Federkammer 126 des Vorsteuerkolbens 114 aufgenommen,
um diesen in Richtung zum Stößel 116 vorzuspannen.
Die Federkammer 126 ist über eine Axialbohrung 128 und
eine oder mehrere Radialbohrungen 130 mit dem Federraum 20 verbunden. Die
in diesen Federraum 20 eintauchende rechte Stirnseite des
Messblendenschiebers 18 ist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 stufenweise
radial zurückgestuft,
wobei im Mündungsbereich
der Radialbohrungen 130 die Führungsbohrung 112 zu
einer Innenumfangsnut 132 erweitert ist, die über Querbohrungen 134 in
dem radial zurückgesetzten
Endabschnitt des Messblendenschiebers 18 ebenfalls mit
dem Federraum 20 in Druckmittelverbindung steht, so dass
die rechte Stirnseite des Messblendenschiebers 18 mit dem Druck
in der Federkammer 126, d. h., dem Druck stromabwärts der
Drosselbohrung 110 beaufschlagt ist.
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In
vergleichsweise geringem Abstand zur Federkammer 126 ist
der Mantel des Messblendenschiebers 18 von einem Radialkanal 136 durchsetzt, der
seinerseits in einem Ringspalt 138 zwischen dem Außenumfang
des Messblendenschiebers 18 und der Innenumfangswandung
der Schieberhülse 26 ausgebildet
ist. Dieser Ringspalt 138 steht über einen Winkelkanal 140 in
Druckmittelverbindung mit dem vorbeschriebenen Ringraum 84 und
damit auch mit dem radialen Ausgangsanschluss B.
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In
der in 6 dargestellten Grundposition des Vorsteuerkolbens 114 ist
im Bereich zwischen der rechten Ringstirnfläche der Federkammer 126 und
dem Radialkanal 136 eine Radialbohrung 142 ausgebildet,
die in einer Ringnut 144 am Außenumfang
des Vorsteuerkolbens 114 mündet. Diese Ringnut 144 ist
in der dargestellten Grundposition von der Innenumfangswandung der
Führungsbohrung 112 überdeckt.
Bei einer Axialverschiebung des Vorsteuerkolbens 114 nach
rechts (Ansicht in 6) kommt die Ringnut 144 mit
dem Radialkanal 136 zur Überdeckung. Dadurch wird ein
Ablaufdrosselquerschnitt zum Radialkanal 136 aufgesteuert,
so dass Steueröl aus
dem mit "Sacklochbohrung" 62 bezeichneten
Innenraum des Messblendenschiebers 18 über die Drosselbohrung 110,
die Federkammer 126, die Axialbohrung 128 und
den aufgesteuerten Ablaufdrosselquerschnitt durch den Radialkanal 136,
den Ringspalt 138 und den Winkelkanal 140 zum
Arbeitsanschluss B hin strömen
kann.
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Die
hierzu erforderliche Axialverschiebung des Vorsteuerkolbens 114 erfolgt
durch den ziehenden Proportionalmagneten 118, dessen in
einem Polrohr 146 geführter
Anker 148 von einer Regelfeder 150 in Richtung
auf den Vorsteuerkolben 114 vorgespannt ist. Bei dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Stößel 116 in
herkömmlicher Weise
in den Anker 148 eingehängt.
Da der Aufbau derartiger ziehender Hubmagneten bekannt ist, kann auf
eine weitere Erläuterung
unter Hinweis auf den Stand der Technik, beispielsweise das Handbuch "Der Hydrauliktrainer", Band 1 bis 5, Vereinigte
Fachverlage Mainz, verwiesen werden.
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In
der in 4 dargestellten Grundposition des Stromregelventils
wirkt der Druck am Eingangsanschluss A auf die in 4 linke
Stirnfläche
des Messblendenschiebers 18. Dieser Druck beaufschlagt über die
Drosselbohrung 110, die Federkammer 126, die Axialbohrung 128,
die Radialbohrung 130 sowie die Innenumfangsnut 132 und
die Querbohrung 134 auch die im Federraum 20 aufgenommene
rechte Stirnfläche
des Messblendenschiebers 18, so dass dieser druckausgeglichen
ist und durch die Kraft der Druckfeder 22 in Richtung seiner
Grundposition vorgespannt ist. Der Proportionalmagnet ist unbestromt.
Der Anker 148 wird durch die Kraft der Regelfeder 150 gegen
den Vorsteuerkolben 114 gedrückt, so dass dieser gegen die
Kraft der schwachen Spannfeder 126 in seine dargestellte
Grundposition vorgespannt ist, in der die linke Ringstirnfläche an der benachbarten
Innenstirnfläche
der Führungsbohrung 112 anliegt,
wobei die Ringnut 144 von der Innenumfangswandung der Führungsbohrung 112 überdeckt ist
und somit keine Steuerölverbindung
zum Radialanschluss B vorhanden ist.
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Bei
Bestromung des Proportionalmagneten 118 wird der Anker
gegen die Kraft der Regelfeder 150 nach rechts (Ansicht
nach 5) bewegt, wobei der Vorsteuerkolben 114 dieser
Bewegung durch die Kraft der Spannfeder 121 folgt und entsprechend nach
rechts verschoben wird. Nach einem gewissen Hub überfährt die Ringnut 144 die Überdeckung
und öffnet
einen Ablaufdrosselquerschnitt zum Radialkanal 136 hin,
so dass Steueröl
aus der Federkammer 126 zum radialen Arbeitsanschluss B hin abströmen kann.
Die in 6 rechte Stirnfläche des Messblendenschiebers 18 wird
somit druckentlastet, so dass sich eine Druckdifferenz einstellt, über die
der Messblendenschieber 18 solange nach recht verschoben wird,
bis dieser eine Relativposition zum Vorsteuerkolben 114 einnimmt,
in der über
dem Messblendenschieber 18 ein Kräftegleichgewicht wirkt. Der
Messblendenschieber 18 folgt somit der Bewegung des Vorsteuerkolbens 114,
wobei zu dessen Verstellung ein vergleichsweise kleiner Proportionalmagnet
erforderlich ist. Eine derartige Folgesteuerung ermöglicht insbesondere
in Verbindung mit den zwei Bohrungssternen 70, 74 die
sichere Beherrschung der am Schieber 18 auftretende Strömungskräfte. Dies erlaubt
eine äußerst kompakte
Bauweise des Stromregelventils, wobei unter Umständen auf ein Ventil größerer Nennweite
verzichtet werden kann, das ohne eine derartige Folgesteuerung eingesetzt
werden müsste.
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Selbstverständlich ist
die in 6 erläuterte Folgesteuerung
auch bei einer Ventilkonstruktion gemäß 1 einsetzbar.
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7 zeigt
den druckwaagenseitigen Teil des Stromregelventils 2, der
im Vergleich zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 vereinfacht
ausgeführt
ist. Bei der in 7 dargestellten Lösung wird auf
die Druckwaagenhülse 50 (siehe 1)
zur Führung
des Druckwaagenkolbens 40 verzichtet, wobei dessen Grundaufbau
im Wesentlichen demjenigen aus 1 entspricht,
so dass diesbezüglich
auf die entsprechenden Ausführungen
verwiesen werden kann. Demgemäß liegt
ein am linken Endabschnitt des Druckwaagenkolbens 40 ausgebildeter
Bund 54 in der Grundposition der Druckwaage 6 an
einer in das patronenförmige
Ventilgehäuse 8 eingesetzten Abstandshülse 56 an.
Der Druckwaagenkolben 40 ist an einer dem Eingangsanschluss
A zugewandten Eingangsdruck beaufschlagt. Bei dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird der Druckwaagenkolben 40 ebenfalls durch die Regelfeder 46 in diese
Grundposition vorgespannt, die jedoch im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 nicht
im Inneren des Druckwaagenkolbens sondern im Ringraum 84 aufgenommen
ist und dabei mit ihrem rechten (Ansicht nach 7)
Endabschnitt an einer Schulter 152 der Schieberhülse 26 abgestützt ist und
mit ihrem anderen Endabschnitt an dem Druckwaagenkolben 40 angreift.
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Ähnlich wie
beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel überlappt
der Druckwaagenkolben 40 mit dem in 1 linken
Endabschnitt der Schieberhülse 26.
An dieser ist im Überlappungsbereich
eine umlaufende Ringnut ausgebildet, in die eine Gleitringdichtung 154 eingesetzt
ist. Über
diese wird zum Einen der Überlappungsbereich
abgedichtet. Der Hauptvorteil liegt jedoch darin, dass der Druckwaagenkolben 40 durch
diese Gleitringdichtung 154 einer mechanischen Reibung
unterliegt und somit bedämpft
wird, so dass keine unerwünschten Druckschwankungen
in das System eingeleitet werden. Der Aufbau derartiger Gleitringdichtungen
ist bekannt. Üblicherweise
wird bei derartigen Gleitringdichtungen ein Ring aus einem Material
mit guten Gleiteigenschaften, beispielsweise aus PTFE, modifiziert
mit Kohle, Bronze oder Glasfaser eingesetzt und von einem gummielastischen
Ring, beispielsweise einem O-Ring an die Gleitfläche angepresst. Die Stärke der
mechanischen Reibung kann durch die Vorspannung des O-Rings eingestellt
werden.
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Prinzipiell
kann an Stelle dieser mehrteiligen Gleitringdichtung auch bei einfacheren
Anwendungen ein herkömmlicher
O-Ring verwendet
werden. Im Übrigen
entspricht das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel
einer Druckwaage 6 dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel,
so dass weitere Ausführungen entbehrlich
sind. Selbstverständlich kann
die anhand von 7 dargestellte Bedämpfung oder
die Führung
des Druckwaagenkolbens 40 ohne Druckwaagenhülse auch
bei einem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 eingesetzt
werden.
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In
den 1 bis 7 sind jeweils Stromregelventile
mit einer Druckwaage und einer verstellbaren Messblende beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf derartige 2- oder 3-Wege-Stromregelventile
begrenzt sondern kann in allgemeiner Form bei schaltbaren oder stetig
verstellbaren Wege- oder Stromventilen eingesetzt werden.
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In 8 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer 2-Wege-Blende dargestellt, deren Grundaufbau im Prinzip dem
Aufbau der verstellbaren Messblende 4 aus 1 entspricht.
Die einzigen Unterschiede zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 bestehen
darin, dass der Messblende 4 keine Druckwaage 6 zugeordnet
ist. Des Weiteren sind – wie
bei den Ausführungsbeispielen
gemäß den 4 bis 7 – die beiden
Bohrungssterne 70, 74 mit dem gleichen maximalen Öffnungsquerschnitt
ausgeführt
und die Druckmittelverbindung zum Radialausgangsanschluss B erfolgt – wie beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 – über zwei
Radialbohrungssterne 80, 108 in der Schieberhülse 26,
in der der Messblendenschieber 18 geführt ist. Im Übrigen entspricht
dieses Ausführungsbeispiel
demjenigen aus 1, so dass weitere Ausführungen
entbehrlich sind. Die Verstellung des Messblendenschiebers 18 kann
direkt, beispielsweise über
einen Proportionalmagneten oder mittels einer Vorsteuerung, beispielsweise
einer Folgesteuerung gemäß 6 erfolgen.
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Erfindungsgemäß hat das
Wege- oder Stromventil einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss
und einen Schieber, durch den eine fluidische Verbindung zwischen
dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss steuerbar ist. Der
Schieber steuert die fluidische Verbindung an wenigstens zwei veränderlichen,
parallel durchströmbaren
und axial beabstandeten Öffnungsquerschnitten.
-
- 2
- Stromregelventil
- 4
- Messblende
- 6
- Druckwaage
- 8
- Ventilgehäuse
- 10
- Ventilbohrung
- 12
- Erweiterung
- 14
- Befestigungsabschnitt
- 16
- Stößelbohrung
- 18
- Messblendenschieber
- 20
- Federraum
- 22
- Druckfeder
- 24
- Axialbohrung
- 26
- Schieberhülse
- 28
- Radialbund
- 30
- rechter
Endabschnitt
- 32
- linker
Endabschnitt
- 34
- Stirnfläche
- 36
- Federteller
- 38
- Bodenfläche des
Federraums
- 40
- Druckwaagenkolben
- 42
- Innenwandung
- 44
- Überdeckungsabschnitt
- 46
- Regelfeder
- 48
- Raum
- 50
- Druckwaagenhülse
- 52
- Flansch
- 54
- Bund
- 56
- Abstandshülse
- 58
- Sicherungsring
- 60
- Druckwaagensteuerkante
- 62
- Sacklochbohrung
- 64
- Radialbohrungsstern,
Tankanschluss
- 66
- Kanal
- 68
- Ringstirnfläche
- 70
- Bohrungsstern
- 72
- Tanksteuerkante
- 74
- Bohrungsstern
- 76
- Manteldurchbruch
- 78
- Hülsendurchbruch
- 80
- Radialbohrungsstern,
Durchbruch
- 82
- erste
Steuerkante
- 84
- Ringraum
- 86
- Radialbohrungsstern,
Ausgangsanschluss
- 88
- Mantelbohrung
- 90
- Innenumfangsabschnitt
- 92
- zweite
Steuerkante
- 94
- Außenumfangsabschnitt
- 96
- Ringkanal
- 98
- Diagonalbohrung
- 100
- Stirnfläche
- 102
- Umfangssteg
- 104
- herkömmliches
Stromregelventil
- 106
- Folgesteuerung
- 108
- Radialbohrungsstern
- 110
- Drosselbohrung
- 112
- Führungsbohrung
- 114
- Vorsteuerkolben
- 116
- Stößel
- 118
- Proportionalmagnet
- 120
- Ventilbuchse
- 121
- Spannfeder
- 122
- Federraum
- 124
- Anschlagbund
- 126
- Federkammer
- 128
- Axialbohrung
- 130
- Radialbohrung
- 132
- Innenumfangsnut
- 134
- Querbohrungen
- 136
- Radialkanal
- 138
- Ringspalt
- 140
- Winkelkanal
- 142
- Radialbohrung
- 144
- Ringnut
- 146
- Polrohr
- 148
- Anker
- 150
- Regelfeder
- 152
- Schulter
- 154
- Gleitringdichtung