DE102007052602A1 - Pilot-controlled directional valve for controlling larger flows of hydraulic fluid, is designed for reduced control area with increased opening cross section - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Wegeventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a pilot operated directional control valve according to the Preamble of claim 1.
Vorgesteuerte Wegeventile werden in der hydraulischen Steuerungstechnik zu Steuerung großer Volumenströme eingesetzt, insbesondere dann, wenn die auf einen Steuerkolben des Wegeventils einwirkenden hydrostatischen Kräfte nicht mehr durch eine direkte Betätigung mittels Elektromagneten etc. aufgebracht werden können. Übliche Wegeventile besitzen einen Ventilschieber, der z. B. durch Federn in einer Ruhestellung zentriert ist. Durch Beaufschlagung von stirnseitigen Steuerflächen des Schiebers mit einem Steuerdruck wird der Schieber gegen die Kraft der Federn ausgelenkt.Piloted Directional valves are used as controls in hydraulic control technology large volume flows used, in particular when acting on a spool of the directional control valve hydrostatic forces no longer by a direct actuation can be applied by means of electromagnets, etc. usual Directional valves have a valve spool z. B. by springs is centered in a rest position. By applying frontal Control surfaces of the slide with a control pressure is the slider is deflected against the force of the springs.
Für
größere Volumenströme verwendet man häufig
auch so genannte 2/2-Wege-Einbauventile. Diese Ventile werden durch
die Druckverhältnisse an der Vorderseite und an der Rückseite
ihres Schließkolbens gesteuert. Ein spezielles 2/2-Wegeventil zeigt
die Firma Vickers auf dem Datenblatt GB2371B vom August 1993 unter
der Bezeichnung „Valvistor® Proportional
Throttles ..." (abrufbar unter
Dieses konventionelle Wegeventil ist aufwendig in der Herstellung. Es ist eine umfangsreiche und präzise Bearbeitung des Schließkolbens erforderlich, um die für die Zulaufdrossel erforderlichen Kanäle und Steuerkanten bereit zu stellen. Auch in der Ventilhülse sind zusätzliche Stufen erforderlich.This Conventional directional valve is expensive to manufacture. It is a comprehensive and precise machining of the closing piston required to the required for the inlet throttle channels and control edges to provide. Also in the valve sleeve additional stages are required.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine möglichst einfach aufgebautes zuverlässiges vorgesteuertes Wegeventil anzugeben.The The present invention is directed to a possible simply constructed reliable pilot-operated directional control valve specify.
Diese Aufgabe wird durch eine vorgesteuertes Wegeventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is by a pilot operated directional control valve with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße vorgesteuerte Wegeventil umfasst einen in einem Gehäuse beweglich geführten Steuerkolben, durch den ein Öffnungsquerschnitt zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss verstellbar ist, und eine Vorsteuereinrichtung zur Beaufschlagung einer an dem Steuerkolben vorgesehenen ersten Steuerfläche mit einem Steuerdruck. Am Steuerkolben ist eine zweite Steuerfläche vorgesehen, welche mit einem im Eingangsanschluss herrschenden Druck in Richtung einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts beaufschlagt ist. Die Besonderheit liegt darin, dass ein von dem Druck im Eingangsanschluss wirksam beaufschlagter Anteil der zweiten Steuerfläche mit steigendem Öffnungsquerschnitts abnimmt, und dass die Vorsteuereinrichtung so ausgebildet ist, dass der Steuerdruck ein vorgebbarer Bruchteil des im Eingangsanschluss herrschenden Druck ist.The inventive pilot operated directional control valve comprises a control piston movably guided in a housing, through the opening cross-section between an input port and an output port is adjustable, and a pilot control device for acting on a provided on the control piston first Control surface with a control pressure. At the control piston is a second control surface is provided, which with a in the Input port prevailing pressure in the direction of enlargement the opening cross-section is acted upon. The peculiarity is that one of the pressure in the input port is effectively acted upon Share of the second control surface with increasing opening cross-section decreases, and that the pilot control device is designed so that the control pressure is a predefinable fraction of that in the input connection is prevailing pressure.
Auf diese Weise stellt sich bei einem bestimmten Öffnungsquerschnitt ein Gleichgewicht ein, bei dem die Höhe des Steuerdrucks mit dem dem Druck im Eingangsanschluss ausgesetzten Anteil der zweiten Steuerfläche korrespondiert. Durch die Vorgabe des Steuerdrucks als Bruchteil des Eingangsdrucks ist der eingestellte Öffnungsquerschnitts unabhängig vom Eingangsdruck. Die Steuerung des Öffnungsquerschnitts durch den Steuerkolben gehorcht einem hydrostatischen Kräftegleichgewichts. Da die Steuerflächen mit dem Eingangsdruck oder einem Bruchteil davon beaufschlagt sind, ist der Öffnungsquerschnitts lediglich von dem eingestellten Verhältnis zwischen Eingangsdruck und Steuerdruck abhängig, aber nicht von der Höhe des Eingangsdrucks. Die Veränderung eines dem Eingangsdruck ausgesetzten Flächenanteils lässt sich konstruktiv sehr einfach darstellen, wesentlich einfacher als z. B. eine mit einem Kolbenhub verstellbaren Drossel. Das erfindungsgemäße vorgesteuerte Wegeventil kann demgemäß einfach gefertigt werden, es besitzt eine geringe Komplexität und eine geringe Fehleranfälligkeit.On This way arises at a certain opening cross-section a balance in which the amount of control pressure with the proportion of the second exposed to the pressure in the input port Control surface corresponds. By specifying the control pressure as a fraction of the inlet pressure is the set opening cross-section independent of the inlet pressure. The control of the opening cross section through the control piston obeys a hydrostatic balance of forces. There the control surfaces with the inlet pressure or a fraction are acted upon, the opening cross-section is only from the set ratio between inlet pressure and control pressure dependent, but not on the height the inlet pressure. The change of one exposed to the input pressure Area ratio can be structurally very simple represent, much easier than z. B. one with a piston stroke adjustable throttle. The pilot-operated according to the invention Directional valve can therefore be easily manufactured, It has a low complexity and a low susceptibility to errors.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the present invention are defined in the subclaims specified.
Vorzugsweise ist die den Steuerkolben umfassende Hauptstufe als 2/2-Wege-Einbauventil ausgebildet. An einem solchen Ventil lässt sich die Veränderung einer mit dem Eingangsdruck beaufschlagten Fläche besonders einfach darstellen.Preferably is the main spool of the control piston as a 2/2-way cartridge valve educated. At such a valve, the change can be a surface acted upon by the inlet pressure particularly easy to represent.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mündet der Eingangsanschluss in eine koaxial zu einer Bewegungsachse des Steuerkolbens angeordneten Zulaufbohrung. Der Steuerkolben weist an einer der Zulaufbohrung zugewandten Stirnseite einen sich verjüngenden, in die Zulaufbohrung aufnehmbaren Zapfen auf. Dies erlaubt eine kontinuierliche Variation der dem Eingangsdruck ausgesetzten Anteils der Stirnfläche mit dem Hub des Steuerkolbens.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the input port opens into a coaxial with a movement axis of the control piston arranged inlet bore. The control piston has a tapered end face, which can be received in the inlet bore, on an end face facing the inlet bore. This allows a continuous variation of the the input pressure exposed portion of the end face with the stroke of the control piston.
Ein leckölfreies Ventil erhält man, wenn die Hauptstufe als Sitzventil ausgebildet ist und der Zapfen einer Sitzkante am Steuerkolben vorgelagert ist. Eine feinfühlige Steuerung auch geringer Öffnungsquerschnitte erzielt man, wenn der Zapfen an einer Stelle seiner maximalen radialen Ausdehnung eine Spielpassung mit der Zulaufbohrung besitzt.One Leakage-free valve is obtained when the main stage is designed as a seat valve and the pin of a seat edge on Control piston is upstream. A sensitive control Even smaller opening cross sections can be achieved if the Pin a clearance fit at one location of its maximum radial extent owns with the inlet bore.
Vorzugsweise weist der Zapfen einen Kegelstumpfabschnitt auf und eine Mantellinie des Kegelstumpfabschnitts schließt mit der Bewegungsachse eine Winkel im Bereich von 5° bis 20°, vorzugsweise 7° bis 18°, vorzugsweise 15° ein. Dies ergibt einen etwa linearen Verlauf zwischen dem Hub des Steuerkolbens und dem dem Eingangsdruck ausgesetzten Flächenanteil. Sind andere Hub-Flächen-Kennlinien gewünscht, um z. B. nicht-lineare Vorsteuereinrichtungen zu kompensieren, kann auch ein – in Querschnittsansicht – konkaver oder konvexer Verlauf der Mantellinie gewählt werden.Preferably the pin has a truncated cone section and a generatrix of the truncated cone section closes with the axis of movement Angle in the range of 5 ° to 20 °, preferably 7 ° to 18 °, preferably 15 °. This gives you an approximate linear course between the stroke of the control piston and the Inlet pressure exposed surface area. If other stroke-area characteristics are required, to z. B. to compensate for non-linear pilot devices can also a - in cross-sectional view - concave or convex course of the generatrix are selected.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorsteuereinrichtung zwei in Serie geschaltete Drosseln aufweist, wobei zumindest eine der Drosseln verstellbar ist. Dies erlaubt die einfache Darstellung einer Vorsteuer einrichtung deren Vorsteuerdruck einem vorgebbaren Bruchteil des Eingangsdrucks entspricht.A Particularly preferred embodiment provides that the pilot control device two throttles connected in series, wherein at least one of Chokes is adjustable. This allows the simple presentation a pilot control device whose pilot pressure a predetermined Fraction of the inlet pressure corresponds.
Die verstellbare Drossel kann durch ein stetig verstellbares, direkt gesteuertes Wegeventil oder durch ein Schaltventil mit einer Elektronik zur getakteten Ansteuerung des Schaltventils dargestellt werden. Stetig verstellbare Ventile sind erprobt und günstig in der Beschaffung. Bei Verwendung eines Schaltventils wird das Druckverhältnis zwischen Eingangsdruck und Steuerdruck durch Veränderung des Tastverhältnisses des Schaltventils eingestellt. Das Schaltventil kann einen einfacheren, wartungsärmeren Aufbau als ein Stetigventil besitzen.The Adjustable throttle can be adjusted by a steadily, directly controlled directional control valve or by a switching valve with electronics be shown for clocked control of the switching valve. Constantly adjustable valves are tried and tested in the procurement. When using a switching valve, the pressure ratio between inlet pressure and control pressure through change set the duty cycle of the switching valve. The switching valve can be a simpler, lower-maintenance construction than a Own continuous valve.
Einen besonders einfachen Aufbau des vorgesteuerten Wegeventils erzielt man, wenn eine nicht verstellbare Drossel in einem im Steuerkolben ausgeführten Kanal angeordnet ist.a achieved particularly simple construction of the pilot-operated directional control valve one, if one non-adjustable throttle in one in the control piston running channel is arranged.
Vorzugsweise ist am Steuerkolben durch eine Druckmittelbeaufschlagung der ersten Steuerfläche eine Kraft in Schließrichtung bewirkt. Bei einer solchen Bauform benötigt man am Steuerkolben nur zwei Steuerflächen. Prinzipiell kann dabei ein herkömmliches 2/2-Wege-Einbauventil mit modifizierten Schließkolben verwendet werden. Es müsste nur die dem Eingangsanschluss zugewandte zweite Steuerfläche entsprechend umgestaltet werden.Preferably is on the control piston by a pressure medium of the first Control surface causes a force in the closing direction. With such a design you need on the control piston only two control surfaces. In principle, a conventional 2/2-way cartridge valve with modified closing piston used become. It would only have to face the input port second control surface to be redesigned accordingly.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass am Steuerkolben durch eine Druckmittelbeaufschlagung der ersten Steuerfläche eine Kraft in Öffnungsrichtung bewirkt ist. Dies erlaubt ein schnelles, zuverlässiges Öffnen des Steuerkolbens.A Particularly preferred embodiment of the present invention sees before, that the control piston by a pressure medium of the first Control surface causes a force in the opening direction is. This allows a fast, reliable opening of the control piston.
Vorzugsweise ist am Steuerkolben eine dritte Steuerfläche vorhanden, an der eine Druckmittelbeaufschlagung eine Kraft in Schließrichtung bewirkt. Die dritte Steuerfläche ist mit dem im Eingangsanschluss herrschenden Druck beaufschlagt und ist größer als die zweite Steuerfläche aber kleiner als die Summe der ersten und zweiten Steuerfläche. Auf diese Weise erzielt man die stabile Steuerung des Öffnungsquerschnitts durch den Steuerkolben nach Maßgabe eines hydrostatischen Kräftegleichgewichts.Preferably there is a third control surface on the control piston, at the pressure medium loading a force in the closing direction causes. The third control surface is the one in the input port prevailing pressure is applied and is larger but the second control area is less than the sum the first and second control surfaces. Achieved in this way the stable control of the opening cross-section through the control piston in accordance with a hydrostatic balance of forces.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.following The present invention and its advantages will be better understood by reference to the embodiments illustrated in the figures explained in more detail.
Gemäß
Von
der dem Anschluss A zugewandten Stirnseite
Über
einen Steuerkanal
Nachfolgend
wird die Funktion des in
An
der dem Anschluss A zugewandten Stirnseite
Die
Größe der Flächen wird so gewählt,
dass die Fläche C größer als die Fläche
d und kleiner als die Summe der Flächen d und X ist. Wenn
das 2/2-Wege-Proportionalventil
Durch
Einstellen eines bestimmten Öffnungsgrads am 2/2-Wege-Proportionalventil
Übersteigt
die Summe der durch den Steuerdruck t × PA auf
die Fläche X aufgebrachte Kraft und der auf die Stirnseite
Nach
kürzen von PA:
Die
Kraft, die an der Fläche X in Öffnungsrichtung
wirkt, wird beim Öffnen des Steuerkolbens
Das
vorgesteuerte Wegeventil
In
der Steuerkammer
Eine
zweites Ausführungbeispiel ist in der
Das
in
Entsprechend
der einfacheren Form des Steuerkolbens
Entlang
der Längsachse des Steuerkolbens
Der
im Anschluss A anstehenden Druck PA beaufschlagt
die dem Anschluss A zugewandte Stirnseite
Bei
geschlossenen 2/2-Wege-Proportionalventil
Nach
kürzen von PA:
Der
sich einstellende Öffnungshub h lässt sich also
unabhängig vom Druck PA im Anschluss
A durch Einstellen eines Öffnungsquerschnitts am 2/2-Wege-Proportionalventil
In
der Steuerkammer
Erfindungsgemäß ist bei einem vorgesteuerten Wegeventil ein Steuerkolben an einer ersten Fläche mit einem Steuerdruck beaufschlagbar. An einer zweiten Fläche nimmt ein von dem Druck im Eingangsanschluss wirksam beaufschlagter Flächenanteil mit steigendem Öffnungsquerschnitts der Hauptstufe – also mit steigendem Öffnungshub des Steuerkolbens – ab. Die Vorsteuereinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass der Steuerdruck ein vorgebbarer Bruchteil des im Eingangsanschluss herrschenden Drucks ist.According to the invention in a pilot-operated directional control valve, a control piston at a first Surface can be acted upon by a control pressure. At a second Area takes effect from the pressure in the input port applied area fraction with increasing opening cross-section the main stage - so with increasing opening stroke of the control piston - off. The pilot control device is included designed so that the control pressure a predetermined fraction of the in the inlet port prevailing pressure is.
Bei einem bestimmten Öffnungshub des Steuerkolbens stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Höhe des Steuerdrucks mit dem dem Druck im Eingangsanschluss ausgesetzten Anteil der zweiten Fläche korrespondiert. Durch die Vorgabe des Steuerdrucks als Bruchteil des Eingangsdrucks ist der eingestellte Öffnungshub bzw. der Öffnungsquerschnitt unabhängig vom Eingangsdruck.at a certain opening stroke of the control piston turns a balance in which the amount of control pressure with the proportion of the second exposed to the pressure in the input port Surface corresponds. By specifying the control pressure as a fraction of the inlet pressure is the set opening stroke or the opening cross-section regardless of the inlet pressure.
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - http://hydraulics.eaton.com/products/pdfs/gb2371b.pdf [0003] - http://hydraulics.eaton.com/products/pdfs/gb2371b.pdf [0003]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20141104 |