DE102015009424B4

DE102015009424B4 - Elektrohydraulisches Druckregelventil und Verfahren zum Betrieb des Druckregelventils

Info

Publication number: DE102015009424B4
Application number: DE102015009424.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Schneider; Thomas Zastrau
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: DE102015009424A1

Abstract

Druckregelventil (1), bestehend aus einem Schieberventil (2) und einem Proportionalmagneten (3), weist eine Ventilhülse (4) und einen in der Ventilhülse (4) verschieblich gelagerten und von der Kraft einer ersten Feder (9) beaufschlagten ersten Ventilschieber (5) auf, der abhängig von seiner Lage in der Ventilhülse (4) an einer ersten Steuerkante (21) einen Flüssigkeitsstrom von einem radialen Pumpenanschluss (P) zu einem axialen Arbeitsanschluss (A) freigibt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ventilschieber (6) in derselben Bohrung der Ventilhülse (4) verschieblich gelagert ist, der einerseits über einen Stift (7) und einen Stößel (8) von einem Anker (24) des Proportionalmagneten (3) und andererseits von einer zweiten Feder (10) beaufschlagt wird und der abhängig von seiner Lage in der Ventilhülse (4) an einer zweiten Steuerkante (22) einen Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) zu einem radialen Tankanschluss (T) freigibt, wobei der zweite Ventilschieber (6) in Längsrichtung der Ventilhülse zwischen dem ersten Ventilschieber (5) und einer von der Ventilhülse (4) umschlossenen Kammer (26) angeordnet ist und wobei der Stift (7) eine dritte Steuerkante (23) aufweist, die abhängig von der Lage des Stifts (7) in der Ventilhülse (4) einen Flüssigkeitsstrom von der Kammer (26) über einen Kanal (13) zum dem Tankanschluss (T) freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Druckregelventil entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und ein Verfahren zu seinem Betrieb.
Stand der Technik:
Elektrohydraulische Druckregelventile, die einen fluidischen Druck an einem Arbeitsanschluss in Abhängigkeit von dem elektrischen Strom durch die Spule eines Elektromagneten regeln, sind bekannt und weit verbreitet.
Bekannt sind ebenfalls Druckregelventile, die drei Anschlüsse A, P und T aufweisen, und bei zu niedrigem Druck am Arbeitsanschluss A einen Durchfluss vom Druckanschluss P nach A sowie bei zu hohem Druck am Anschluss A einen Durchfluss von A zum Tankanschluss T freigeben. Solche Druckregelventile werden 3-Wege-Druckregelventile genannt. Die Druckschriften DE 10 2012 002 189 B3 und DE 10 2013 014 452 A1 beschreiben solche elektrohydraulische Druckregelventile.
Darüber hinaus wird auch als bekannt vorausgesetzt, ein Druckregelventil mit einer Kraftübersetzung auszuführen. Dabei ist der die Durchflüsse freigebende Ventilkolben des Ventils mit einem größeren Durchmesser ausgeführt als der Stift, der die Kraft des Magneten auf den Ventilschieber überträgt und die Kraft des Drucks am Arbeitsanschluss mit der Magnetkraft vergleicht. Solche Druckregelventile mit Kraftübersetzung werden eingesetzt, wenn geringe Drücke und große Durchflüsse verarbeitet werden sollen. Ein Nachteil solcher Druckregelventile mit Kraftübersetzung besteht darin, dass bei einer ungeplanten Bewegungseinschränkung des Ventilschiebers, zum Beispiel durch ein Klemmen des Ventilschiebers, nur wenig Kraft zur Verfügung steht, um den Ventilschieber bei einer Abschaltung des elektrischen Stroms durch die Spule des Elektromagneten trotz des Klemmens in seine sichere Ruhelage zurückzuführen. Damit können erhöhte Sicherheitsanforderungen nicht erfüllt werden.
Aufgabe:
Ein Druckregelventil mit Kraftübersetzung soll so weiterentwickelt werden, dass für den Fall eines Klemmens des Ventilschiebers bei gleichzeitiger elektrischer Entlastung eine hydraulische Entlastung des Arbeitsanschlusses erfolgt, indem der Durchfluss vom Arbeitsanschluss zum Tank freigegeben wird.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb des Druckregelventils mit den Merkmalen des siebten Patentanspruchs.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil enthält zwei Ventilschieber, einen ersten Ventilschieber, der den Durchfluss von P nach A freigibt, und einen zweiten Ventilschieber, der den Durchfluss von A nach T freigibt.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb ohne eine ungeplante Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers zwingt eine erste Feder die beiden Ventilschieber zu einer gemeinsamen Bewegung entsprechend der Kraftbilanz an der Gruppe der Ventilschieber.
Erst bei einer Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers trennt eine zweite, schwächere Feder die beiden Ventilschieber voneinander, wenn die Kraftbilanz am zweiten Ventilschieber das zulässt.
Die Sicherheitsanforderungen, die an das Druckregelventil gestellt werden, verlangen, dass bei einem Abschalten des elektrischen Stroms durch die Spule des Elektromagneten der Druck am Arbeitsanschluss A unbedingt einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, damit das übergeordnete Gerät, das durch das Druckregelventil angesteuert wird, in eine sichere Lage zurückkehrt. Diese Forderung wird auch dann erfüllt, wenn wegen der genannten Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers ein geringer Durchfluss von P nach A erhalten bleibt, weil der zweite Ventilschieber einen ausreichend großen Durchfluss von A nach T freigibt, wodurch der Druck an Anschluss A den Grenzwert unterschreitet.
Damit die beiden Ventilschieber voneinander getrennt werden können, wird bei einer Abschaltung des elektrischen Stroms durch die Spule eine dritte Steuerkante wirksam, die einen Durchfluss von einer Kammer am Ende des zweiten Ventilschiebers zum Tankanschluss freigibt. Diese Steuerkante ist an dem Stift angebracht, der die Kraft des Magneten auf den zweiten Steuerschieber überträgt.
Wenn der genannte Durchfluss an der dritten Steuerkante zum Tank auftritt, entsteht an einer kleinen Querbohrung, die den Druckbereich des Arbeitsanschlusses mit dem Druckbereich der genannten Kammer verbindet, eine ausreichend große Druckdifferenz, die zusammen mit der zweiten Feder die beiden Ventilschieber voneinander trennt.
Durch diese Trennung der beiden Ventilschieber kann der zweite Ventilschieber auch dann den Durchfluss von A nach T freigeben, wenn der erste Ventilschieber klemmt.
Anwendung:
Vorsteuerung von Wegeventilen und Betätigung von Kupplungen in Arbeitsmaschinen
Bilder:
1 zeigt das Druckregelventil im unbestromten und drucklosen Zustand 2 zeigt das Ventil mit einer Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers in unbestromtem Zustand.
Beispielhafte Ausführung:
Das Druckregelventil (1) entsprechend 1 besteht aus einem Schieberventil (2) und einem Proportionalmagneten (3). Es weist eine Ventilhülse (4) und einen in der Ventilhülse verschieblich gelagerten und von der Kraft einer ersten Feder (9) beaufschlagten ersten Ventilschieber (5) auf, der abhängig von seiner Lage in der Ventilhülse (4) an einer ersten Steuerkante (21) einen Flüssigkeitsstrom von einem radialen Pumpenanschluss (P) zu einem axialen Arbeitsanschluss (A) freigibt.
Ein zweiter Ventilschieber (6) ist in der Ventilhülse (4) verschieblich gelagert, der einerseits über einen Stift (7) und einen Stößel (8) von einem Anker (24) des Proportionalmagneten (3) und andererseits von einer zweiten Feder (10) beaufschlagt wird. Abhängig von der Lage des Ventilschiebers in der Ventilhülse (4) wird an einer zweiten Steuerkante (22) ein Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) zu einem radialen Tankanschluss (T) freigegeben.
Dabei ist der zweite Ventilschieber (6) in Längsrichtung der Ventilhülse (4) zwischen dem ersten Ventilschieber (5) und einer von der Ventilhülse (4) umschlossenen Kammer (26) angeordnet.
Der erste Ventilschieber (5) umfasst mit einer Bohrung (12) einen Zapfen (11), der mit dem zweiten Ventilschieber (6) untrennbar verbunden ist, wobei der Zapfen (11) in der Bohrung (12) gleitet.
Der Stift (7) hat vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als der erste Ventilschieber (5) und weist eine dritte Steuerkante (23) auf, die abhängig von der Lage des Stifts (7) in der Ventilhülse (4) einen Flüssigkeitsstrom von der Kammer (26) über einen Kanal (13) zum dem Tankanschluss (T) freigibt.
Die Kammer (26) ist über eine Bohrung (14) und eine Querbohrung (15) mit dem Arbeitsanschluss (A) verbunden.
Die Querbohrung (15) weist einen Durchmesser von weniger als 3 mm auf und bewirkt daher, dass der Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) zu der Kammer (26) bei einem Öffnen der dritten Steuerkante (23) eine nicht unerhebliche Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsanschluss (A) und der Kammer (26) aufbaut.
Die zweite Feder (10) zwischen dem ersten Ventilschieber (5) und dem zweiten Ventilschieber (6) übt eine die beiden Ventilschieber voneinander trennende Kraftwirkung aus.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Druckregelventils, nämlich ohne eine ungeplante Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers (5), wird die Lage des ersten Ventilschiebers (5) und des zweiten Ventilschiebers (6) vorrangig durch die Kraftbilanz der Kräfte des Ankers (24), der Druckkraft der Flüssigkeit an dem Arbeitsanschluss (A) und der Kraft der ersten Feder (9) bestimmt.
Bei einer ungeplanten Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers (5) und gleichzeitigem Entfall der Kraft des Ankers (24) wird entsprechend 2 der zweite Ventilschieber (6) von einer Kraft einer Druckdifferenz über eine Querbohrung (15) von dem ersten Ventilschieber (5) getrennt und ein Flüssigkeitsstrom über die zweite Steuerkante (22) von dem Arbeitsanschluss (A) zu dem Tankanschluss (T) wird freigegeben, wobei die genannte Druckdifferenz durch einen Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) über die Querbohrung (15), die Bohrung (14), die Kammer (26), die dritte Steuerkante (23) und den Kanal (13) zu dem Tankanschluss (T) erzeugt wird.
Liste der Bezugszeichen

1: Druckregelventil
2: Schieberventil
3: Proportionalmagnet
4: Ventilhülse
5: Ventilschieber
6: Ventilschieber
7: Stift
8: Stößel
9: Feder
10: Feder
11: Zapfen
12: Bohrung
13: Kanal
14: Bohrung
15: Querbohrung
21: Steuerkante (P-A)
22: Steuerkante (A-T)
23: Steuerkante (Kammer-T)
24: Anker
26: Kammer
A: Anschluss (Arbeitsanschluss)
P: Anschluss (Versorgungsdruck)
T: Anschluss (Tank)

Claims

Druckregelventil (1), bestehend aus einem Schieberventil (2) und einem Proportionalmagneten (3), weist eine Ventilhülse (4) und einen in der Ventilhülse (4) verschieblich gelagerten und von der Kraft einer ersten Feder (9) beaufschlagten ersten Ventilschieber (5) auf, der abhängig von seiner Lage in der Ventilhülse (4) an einer ersten Steuerkante (21) einen Flüssigkeitsstrom von einem radialen Pumpenanschluss (P) zu einem axialen Arbeitsanschluss (A) freigibt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ventilschieber (6) in derselben Bohrung der Ventilhülse (4) verschieblich gelagert ist, der einerseits über einen Stift (7) und einen Stößel (8) von einem Anker (24) des Proportionalmagneten (3) und andererseits von einer zweiten Feder (10) beaufschlagt wird und der abhängig von seiner Lage in der Ventilhülse (4) an einer zweiten Steuerkante (22) einen Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) zu einem radialen Tankanschluss (T) freigibt, wobei der zweite Ventilschieber (6) in Längsrichtung der Ventilhülse zwischen dem ersten Ventilschieber (5) und einer von der Ventilhülse (4) umschlossenen Kammer (26) angeordnet ist und wobei der Stift (7) eine dritte Steuerkante (23) aufweist, die abhängig von der Lage des Stifts (7) in der Ventilhülse (4) einen Flüssigkeitsstrom von der Kammer (26) über einen Kanal (13) zum dem Tankanschluss (T) freigibt.
Druckregelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (7) einen Durchmesser von weniger als 90% des Durchmessers des ersten Ventilschiebers (5) aufweist.
Druckregelventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilschieber (5) mit einer Bohrung (12) einen Zapfen (11) umfasst, der mit dem zweiten Ventilschieber (6) untrennbar verbunden ist, aber der Zapfen (11) in der Bohrung (12) gleitet.
Druckregelventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (26) über eine Bohrung (14) und eine Querbohrung (15) mit dem Arbeitsanschluss (A) verbunden ist.
Druckregelventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (15) einen Durchmesser von weniger als 3 mm aufweist und daher bewirkt, dass der Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) zu der Kammer (26) bei einem Öffnen der dritten Steuerkante (23) eine nicht unerhebliche Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsanschluss (A) und der Kammer (26) aufbaut.
Druckregelventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (10) zwischen dem ersten Ventilschieber (5) und dem zweiten Ventilschieber (6) eine die beiden Ventilschieber voneinander trennende Kraftwirkung ausübt.
Verfahren zum Betrieb eines Druckregelventils (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Druckregelventils ohne eine ungeplante Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers (5) die Lage des ersten Ventilschiebers (5) und eines zweiten Ventilschiebers (6) überwiegend durch die Kraftbilanz der Kräfte des Ankers (24), der Druckkraft der Flüssigkeit an dem Arbeitsanschluss (A) und der Kraft der ersten Feder (9) bestimmt wird während bei einer ungeplanten Bewegungseinschränkung des ersten Ventilschiebers (5) und gleichzeitigem Entfall der Kraft des Ankers (24) der zweite Ventilschieber (6) von einer Kraft einer Druckdifferenz über eine Querbohrung (15) von dem ersten Ventilschieber (5) getrennt wird und einen Flüssigkeitsstrom über eine zweite Steuerkante (22) von dem Arbeitsanschluss (A) zu einem Tankanschluss (T) freigibt, wobei die genannte Druckdifferenz durch einen Flüssigkeitsstrom von dem Arbeitsanschluss (A) über die Querbohrung (15), eine Bohrung (14), eine Kammer (26), eine dritte Steuerkante (23) und einen Kanal (13) zu dem Tankanschluss (T) erzeugt wird, und wobei der Stift (7) die dritte Steuerkante (23) aufweist, die abhängig von der Lage des Stifts (7) in der Ventilhülse (4) einen Flüssigkeitsstrom von der Kammer (26) über den Kanal (13) zu dem Tankanschluss (T) freigibt.